植生型生態混凝土的發展現狀

陳金戈

（惠州市永恒業混凝土有限公司，廣東惠州 516000）

隨著我國社會經濟的蓬勃發展，大量人口涌入城市，城市化水平越來越高，城市化的推進使大量高樓拔地而起，道路交通設施飛速發展，但這些密實而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造成了破壞。硬化混凝土的致密結構易造成城市內澇和地下水補給的短缺。因此，可解決各項新型污染問題的生態混凝土應運而生，成為混凝土技術的研究熱點。

當前混凝土逐步以生態環保型為自己的發展方向，這種混凝土可以令人們的生活更加變得舒適，并大幅改善生態體系環境。現階段，生態混凝土主要有植生型、透水型。其中植生型混凝土一般基于特殊原材料與生產工藝，而生產出的結構多孔且兼具植生功能混凝土。其能夠適應動物和植物的生長，起到調節當地的生態環境，美化城市環境，不僅為人類構筑所需要的結構物建筑物，還能自然環境融為一體，對自然環境和生態平衡具有積極的保護作用。

隨著生態環境保護意識被人們接受，發展生態混凝土越來越引起人們的重視。相比日本、歐美等國家，國內在生態混凝土的研究起步較晚，實際應用較少，技術水平相對來說也比較低。但經過近些年研究和發展，也取得了一定科研成果。

1 植生型混凝土的基礎特點

在植生型混凝土中，主要涉及以下兩個部分：①生態型的多孔基體結構，多為多孔混凝土；②生長植物的基體，也就是植被材料。在多孔混凝土中，骨架骨料粒徑特定，骨料表面分布著膠結材料，并且形成孔隙結構，屬于功能型的全新建筑材料之一。

考慮到可靈活調整混凝土骨料粒徑、膠結料量，來獲得孔徑、孔隙率各異的材料，來達到相應用途要求，所以在建造植被、透水性路面、凈化水質等領域均在推廣應用植生型生態化新型混凝土。這種混凝土的優勢如下：

（1）在多孔混凝土中，存在孔隙大且連通的結構，所以雨水可以沿空隙順暢滲透至地下，令城市免遭澇，并且充給地下水資源。

（2）改善城市地表植物和土壤微生物的生存條件，既美化城市環境，又有利于生態平衡。

（3）在道路護坡上具體應用植生型混凝土時，便可在坡面上形成植物生長所需環境，進而美化道路環境，令整個環節煥發出生機，以提供給駕駛人員觀賞，進而消除他們的疲憊。

2 種植型生態混凝土材料性能研究現狀

2.1 低堿度膠凝材料的研究

在普通混凝土中，水泥屬于很關鍵的部分，在水化時產生大量 Ca（OH）2，體積占水泥石 20%～25%，pH 高達 12～13，所以普通的水泥混凝土具有強堿性，用在道路、港灣、護岸等工程當中用作植生混凝土時，其中的高堿性物質則會危及植物或水生物的正常生長。故研發出弱堿度、有利于生物生長的現代混凝土已然成為生態混凝土的關鍵性研究方向之一，大摻量摻合料是常見降低堿性的方案。

2.2 利用再生骨料的研究

先回收建筑行業的廢棄黏土磚等，再統一加工并形成粗、細集料，進而配制、生產形成再生集料類混凝土或建筑制品，并投入到建筑項目中使用。著名學者有基于廢棄混凝土、磚石類型集料，再利用相應的工藝、科學配合比，生產出可提供給植物正常生長所續的綠化混凝土結構構件。

2.3 影響力學性能的因素

這方面的研究主要集中在這些領域：生產工藝與施工、孔隙率和強度、配合比等。據研究發現，這種生態混凝土的孔徑大小和空隙率隨骨料尺寸的增大而增大；性能與水灰比聯系緊密，并且不同的膠結材料存在最佳水灰比范圍，超過或低于此范圍強度都會受到影響。研究也發現當摻入粉煤灰礦物摻合料時，孔結構會得到一定改善，但會降低生態混凝土的強度和透水效果。研究發現有機物漿液浸漬不能明顯提高混凝土抗壓強度，但可改善集料表面的孔隙結構，降低磚集料的吸水率，改善再生混凝土的收縮性。

2.4 植物生長

作為植被材料的生態化植生型混凝土的優勢如下：可供給植物所需養分；強度一定、可抗沖刷，避開雨水侵蝕；較傳統護坡更簡潔輕松，更具觀賞價值。據試驗分析已證明，以一定比例配合營養液、基質、種子、增黏劑等形成種植基，并基于滲透或浸漬來填充這種混凝土的空隙。再予以有效養護和管理，便可令植物茁壯生長。

3 生態種植型新混凝土結構當前的研究現狀

數字圖像處理技術是現代計算機硬件技術和圖像理論發展迅速的結果，已經成為一種先進的科研手段。數字圖像處理技術采集數據更精確、數據量大，可消除人員操作誤差的影響。在分析混凝土內部微觀結構、測試路面鋪裝裂紋、檢測材料變形等領域，人們利用圖像處理專業技術可妥善處理問題。圖像處理技術能夠基于CT掃描數據實現混凝土細觀結構的三維重建，基于軟件工具、矢量轉換專業技術，來轉換介質空間圖像細觀分布為細觀介質矢量空間分布，監測混凝土的收縮、水泥的水化程度，分析水泥混凝土制品中氣孔體系參數，評價孔結構特征；觀察宏觀裂縫和微觀裂縫的裂縫特征和發展趨勢。

4 配合比設計

植生型生態新型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混凝土的設計方案。水泥漿體將斷級配的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，這就是這種混凝土滲透結構的重要基礎。

植生型混凝土的制備方法與普通混凝土大致相同，但考慮到多孔混凝土自身結構和功能的特殊性，在進行配合比設計時，孔隙率為首要考慮因素，在保證具有一定透水性能的情況下，使其的抗壓強度盡可能提高。盡管目前有可以參考的規程標準規范，但是各種設計方法上卻還是暴露出諸多方面的不足和缺陷，當前設計透水混凝土內部配合比上的方法還未發展成熟。目前常見的配合比設計方法有三種：質量法、體積法、球包裹法。

球包裹法也稱為比表面積法，通過測出骨料的比表面積和包裹在骨料表面的泥漿厚度，以此來計算各材料用量，優點就是和以往漿體包裹建筑骨料基礎理論相吻合，不足就是骨料表面積和包裹漿體厚度的計算和試驗工作量大。質量法也稱為經驗法，其總的特點就是配比運算過于簡單，現場施工更加便捷，不足就是缺少能夠遵循的填漿量目標。而體積法則是以實際工程項目所需要的目標孔隙率為基礎，由此計算出制備透水混凝土各種材料的用量，其總的優點就是填漿體積控制便捷，可有效控制拌合后的結構孔隙率，不足就是提升填漿量增大后，結構孔隙率的實際測值與設計值相差較大。以上方法各具自己的優缺點，現階段體積法的應用更為廣泛。

配合比設計的主要出發點是混凝土的孔結構，要求在滿足混凝土滲透性的提前下才能進一步考慮混凝土的強度、耐久性、工作性、耐久性。其次，在配合比設計的過程中，普通混凝土的基本理念是通過骨料及膠結料顆粒之間的合理搭配實現混凝土的密實，而透水混凝土則是在混凝土內部形成連續的孔，使水能夠自由通過。

5 實踐應用

早在1995年日本便最先研究開發出先進的植生型生態類型混凝土，并經由“先端建設技術中心”于20世紀初便提出了有關的河川護岸工法，并以此為基礎來推廣應用這種多孔植被新型混凝土。該新型混凝土獨特的空間結構，能有效促進雨水滲流，改善生物、植物的生存環境，又能保持水土，促進生態循環。其多被應用于生態護坡和護岸，在邊坡防護上，植被也會起到淺層加筋、深層錨固、降低坡體空隙水壓力及控制水土流失等方面的作用，從而實現固土護坡、邊坡治理、景觀綠化的效果；也常見應用于公園、人行道等有特殊功能性景觀區域。在日本全境以內，已有多達幾百個的項目有納入該技術。我國雖開展研究比較晚，但近些年也取得了顯著的成果，已經開始在實際工程中應用生態種植型混凝土，如實體試驗工程位于崇遵高速公路第十六合同段，如中國推出的863“十五”之類的重大科研專項“鎮江市水系統改善、研究示范生態修復專業技術”等。

6 結論

隨著國家與社會各界對于生態環境的重視，植生型生態新型混凝土技術作為混凝土的前沿技術，相關技術研究的深入與取得應用成果，不僅可以解決邊建筑工程與生態環境保護之間的矛盾，而且也可以實現二者之間的協同發展和可持續性健康發展，在統籌協調當今社會效益以及增大生態效益、環境的可持續等上均表現出很巨大的理論價值與深遠的實踐意義。