改良植生型生態混凝土性能研究

徐紅燈

（中鐵十一局集團第五工程有限公司， 重慶 400037）

0 引言

隨著我國社會經濟的蓬勃發展，人們的生活質量有了極大程度的提高，城市化水平越來越高，更多的人涌入城市，城市基礎設施也擔負起不可忽視的重要作用。但在人們享受城市發展帶來的便利的同時，一些水環境問題也接踵而至，甚至不斷惡化[1]。城市化的推進使大量的高樓拔地而起，道路交通設施飛速延伸，但是這些密實且不透水的混凝土結構在為我們帶來便捷生活的同時，也給城市水環境和水生態系統帶來了破壞[2]。盡管這些人造硬化水泥石的致密結構保證了材料的高強度和耐用性，同時它卻失去了大部分滲透性能，造成了地下水補給的短缺，使城市濕度溫度變化異常，另外，在其生產和使用的過程中還會產生不利于植物生長發育的強堿性物質[3]。河流在城市防洪排澇中發揮著極為重要的作用，其自凈能力作為重要性能之一，因不斷受到人類活動的干擾而降低。此外，大量污水在未經處理的情況下排入河流使城市水體污染狀況更為嚴峻[4]。所以我們需要盡快研發出一種可針于各項新型污染問題的生態混凝土護坡技術，以緩解水環境的持續惡化。

如今，越來越多的城市開始重視河道治理。作為雨水徑流的重要屏障，人們也逐漸認識到河道質量與生活質量的密切關系。透水性是生態混凝土最主要的性能指標之一，其會受到基礎材料顆粒情況帶來的較大影響[7]。改良植生型生態混凝土景觀坡岸技術是以傳統植生型生態混凝土（Traditional planting eco-concrete,TC）技術為基礎，形成一個以生物、水以及自然因素構成的河道生態圈[5]。這種技術能夠消除部分生物之間的隔離，且對雨水中的某些污染物也有相對去除能力，真正實現了“可持續發展”的理念。蔣希雁等從生態混凝土的制備工藝、配合比方法、性能研究等方面進行了闡述，并進行了實地應用和檢測，得出植生型生態混凝土具有良好的透水性能[8]。當前，植生型生態混凝土技術在河道坡岸治理和綠化中都取得了一定的成果，也在更多的城市建設中發揮重要作用[6]。然而，傳統植生型生態混凝土技術多用于一般水污染的治理，對于重金屬和一些新型污染物來說，其處理效果就顯得不盡人意。為解決這一問題，本研究主要討論了經過一定改良后的植生型生態混凝土對復雜污染物的處理情況，具有一定的研究價值和應用推廣意義。

1 改良植生型生態混凝土的制備

植生型生態混凝土的結構和特點與傳統混凝土有較大差異，因此不能再使用傳統生態混凝土的設計方案。有一種方案認為，水泥漿體將粗集料均勻包裹并使之膠結，在水泥漿體硬化后，與粗集料之間形成多孔結構，這就是植生型生態混凝土滲透結構的重要基礎。

1.1 混凝土配合比設計

1.1.1 混凝土水灰比的選擇

植生型生態混凝土的滲透性和強度與水灰比有關。高水灰比致使水泥漿體不能固定，并形成較厚的水泥漿體層，嚴重破壞混凝土的各項性能以及影響后期植物生長發育；當水灰比太小時，不能得到均勻混合的水泥漿體，更不能使漿體包裹在粗骨料表面。本試驗為獲得緊密集成的混凝土整體以及后期植物生長的有利條件，在前期研究基礎上，最終確定水灰比為0.26。

1.1.2 混凝土灰骨比的選擇

水泥摻雜量，即灰骨比的大小對混凝土的強度和透水性能有著深遠影響。隨著水泥漿含量的增加，混凝土強度隨粗骨料表面的水泥層厚度的增加而提高。若是摻雜量過大，則混凝土的孔隙率變小，使其滲透性降低。所以，若想獲得最高強度的混凝土，就要在保證混凝土滲透性能的前提下，盡可能提升水泥摻雜量。本試驗經過多次嘗試，確定水泥摻雜量為0.125。

1.2 混凝土的制備與養護

1.2.1 混凝土攪拌工藝

植生型生態混凝土在攪拌過程中由于水泥用量的不足和細集料的缺少致使攪拌流動性較差。但是在攪拌過程中，膠結漿體材料較易發生團聚，導致水泥漿體與粗骨料既不容易混合也很難分離。因此，需要調整攪拌工藝，使水泥漿體材料盡可能均勻的包裹在粗集料的表面：粗集料表面水泥漿體包裹層應光滑且均勻，且不存在流動現象。本試驗所使用的工藝方法可稱為“灰料裹石法”，此方法是多次研究與不斷探索得到成果。圖1展示了成型的植生型生態混凝土。

1.2.2 混凝土成型和養護工藝

將攪拌均勻的混凝土拌合物等分為三份，依次裝入規格為150 mm*150 mm*150 mm 的膜具內，先將一份混凝土拌合物加入至膜具內，后用搗錘將其壓實；第二份混凝土拌合物加入后，在振動臺上放置10s 使其均勻分布，使其結合地更加牢固；最后加入剩余的混凝土拌合物，將混凝土試塊的表面與膜具抹平。將試塊的表面抹平后，撒上一些水用來保濕，并用保鮮膜將其包裹起來。在室內陰涼處靜置24-36 小時后，將制備成型的土試塊取出，并放置在混凝土養護室內，以備后續試驗研究需要。

2 改良植生型生態混凝土性能研究

本研究成功制備出了4 種不同類型的生態混凝土，分別為傳統植生型生態混凝土（TC）以及三種改良植生型生態混凝土（RFC、RFC-A、RFC-A-P）。

2.1 結構性能對比研究

圖2 表明，這4 種不同類型的植生型生態混凝土的抗壓強度為9.17±0.15 MPa、8.17±0.12 MPa、7.63±0.12 MPa 和7.13±0.17 MPa，顯然，這4 種類型中抗壓強度最高的是傳統植生型生態混凝土（TC），原因是其沒有添加其他材料，另外3 種類型的植生型混凝土抗壓強度都相應有所減少，第4 種RFC-A-P 類型的抗壓強度最低，原因是在其成型過程中加入的10%的浮石，未被膠結接料裹漿；這4中混凝土的孔隙率分別為21.7±0.12%、22.1±0.34%、22.2±0.29%和24.8±0.25%，上述數據表明3 種植生型混凝土的孔隙率無明顯差別，第4 種RFC-A-P 類型的孔隙率略大于其他3 種植生型生態混凝土，原因是多孔浮石材料的添加；這4 種混凝土的透水系數分別為12.57±0.07 mm/s、12.65±0.13 mm/s、12.76±0.09 mm/s 和13.15±0.05 mm/s，4 種類型混凝土的滲透系數都相對較大，說明它們都具有較好的透水透氣性能。此外，由于浮石材料的加入， 第4 種RFC-A-P 類型的透水系數略大一些。

圖2 四種植生型生態混凝土結構性能對比

2.2 植生性能對比研究

本試驗為了觀察改良后植生生態混凝土的植生性能，采用高羊茅作為種植植物。植生型生態混凝土具有較大的孔隙率和透水透氣性能，其生長發育需要一定的空間和營養，只要pH 低于10，植物就可以進行正常的生理活動，在植生型生態混凝土（下圖展示了RFC 類型生態混凝土的生長情況）上覆土并種植高羊茅草種，圖3 表示其生長發育情況：

圖3 不同生長階段植生性能對比

3 結論

通過選用不同植生型生態混凝土材料以及探索多種制備成型方法，本研究成功制備出4 種植生型生態混凝土：T TC（傳統植生型生態混凝土）、RFC（10%赤泥20%粉煤和70%水泥）、RFC-A（在RFC 的基礎上額外添加5%的活性炭顆粒）和RFC-A-P（在RFC-A 的基礎上，將10%的粗骨料用浮石替代）。待培養完成后，對4 種生態混凝土進行了結構性能的測試，驗證了其具有滿足城市河湖護坡要求的能力。