植生混凝土性能的试验研究

戢文占，王 珂，张 涛，霍 亮

（中国建筑股份有限公司技术中心，北京101300）

1 引言

随着经济、社会的不断发展和城市化进程的加快，我国对混凝土的使用量日益高涨。2010年，我国商品混凝土用量已经超过6亿m3。在人们利用混凝土的结构性能的同时，越来越重视混凝土的智能性、生态性等其它功能，因此，具有透水、透气性的植生混凝土应运而生，植生混凝土属于多孔混凝土，并且利用多孔混凝土的大孔隙、透水及透气的特点，渗透植物所需营养，生长植物根系这一特点，在孔隙内填充营养物质种植植物。

植生混凝土能够在一定程度上解决水土流失、水质净化、退化生态环境的修复等功能，在日本、欧美等国家得到了广泛的应用。我国已有不少研究机构对植生混凝土进行了试验研究，并且对混凝土原材料选择、配合比设计、植物的选择等方面做了大量的试验对比，但在实际工程应用方面还需做进一步的工作。本文从植生混凝土能够达到种植所需要的主要因素进行了阐述。

2 植生混凝土的种类与构造

植生混凝土从构造上来看，可分为孔洞型、孔洞型多层结构和多孔连续型等3种形式［1］。孔洞型结构是指植草砖一类的混凝土块，基体为普通混凝土，在浇筑时预留植草的孔洞；孔洞型多层结构植生混凝土上层为多孔混凝土板，底层为凹槽型，中间形成一定空间的培土层，一般在屋顶绿化、围墙顶部等部位使用。这两种植生结构中，混凝土只是起到外围架构的作用，植物的生长还是完全靠土壤，因此严格意义上讲，这两种都不是真正意义的植生混凝土。

本文所提到的多孔连续型植生混凝土采用多孔混凝土的配合比设计，采用大颗粒单粒级粗骨料，预留20%～30%的连通孔隙，在孔隙内填充营养物质，为绿色植物生长提供空间，在混凝土表面覆盖一层薄土，起到早期植物营养的供给和保水作用，多孔连续型植生混凝土的结构如见图1。

图1 多孔连续型植生混凝土结构图

3 实验设计及结果

植生混凝土在其连通孔隙里能够有一定的空间储存植物生长所需的营养物质，并且这个空间应该满足植物生长的环境，并且作为护坡、护堤等部位时，为了达到能够保护环境，防止水土流失的作用，需要有一定的强度要求，总的来说，植生混凝土的核心指标要求包括：强度、孔隙率、孔隙内的pH值等因素。

3．1 原材料

（1）水泥。采用河北燕新建材有限公司生产的钻牌PO42．5水泥，其物理性能见表1。

表1 水泥的性能指标

（2）粗骨料。碎石，其物理性能见表2。

表2 碎石的物理性能

（3）减水剂。采用北京慕湖外加剂厂生产的萘系高效减水剂。

（4）掺加料。北京西曼特工程技术有限公司生产的硅灰粉，用于提高混凝土的强度，并且降低混凝土的碱含量。

3．2 配合比设计

植生混凝土属于多孔混凝土，因此其配合比设计一般采用体积法进行计算，通过目标孔隙率的选择，确定各组分的用量，再根据粗骨料的空隙率、水胶比、以及目标孔隙率计算出各材料的用量［2］。本文的实验配合比见表3。

表3 植生混凝土配合比

3．3 实验结果

实验结果见表4。

表4 植生混凝土的试验结果

4 结果与讨论

4．1 强度因素

植生混凝土一般用于公路护坡等部位，无车载要求，抗压强度达到10MPa通常可以满足使用要求，从表4的试验对比结果中可以看出，孔隙率越高强度越低，反之则越高，两者呈反比的关系；同时，胶结材中使用硅灰取代部分水泥，对强度的提高有一定的作用。

4．2 孔隙率因素

孔隙率的作用是为植物所需的营养物质提供一定的存储空间，孔隙率一般不低于20%，并在强度满足要求时越大越能够存储更多的营养物质。从试验结果中可以看出，配合比合适时，孔隙率达到30%可以满足一般的使用要求。

4．3 混凝土孔隙内的pH值

混凝土中水泥的主要成分是CaO，水泥水化产生大量的Ca（OH）2，因此混凝土呈碱性，pH值在12～13左右，而植物生长环境的pH值一般在3．5～9．5之间，如何改善混凝土孔隙内部的碱环境是植生混凝土需要研究的核心内容之一［3］，从本文的试验结果来看，掺加硅灰对碱环境有一定的改善，但效果不明显，除此之外，还可以结合用弱酸性土壤改善孔隙内碱性环境；喷洒或侵入FeSO4溶液与Ca（OH）2发生化学反应降低pH值［4］；还有采用环氧树脂对多孔混凝土进行表面处理，使其在多孔混凝土表面形成一层薄膜，从而隔绝土壤与碱性物质的接触，使孔隙环境的pH值保持在一个较合理的范围。

5 结语

（1）在20%～30%的孔隙率要求下，优化混凝土配合比设计，可以配制出强度等级达到C10的植生混凝土，能够满足一般护坡混凝土的要求。

（2）通过物理与化学相结合的方法改善植生混凝土孔隙内的碱环境，能够达到植物生长环境的要求。

植生混凝土对环境的保护作用是明显的，相对于其他护坡材料的优点是强度高，整体性好，可种植绿色植物，缺点是技术性要求高，施工工艺较复杂，对于坡度较大的部位难于施工。技术方面针对于孔隙内碱环境的改善还需进一步研究工艺简单、效果更好的方法，草种的选择也是重要的方面，要选择耐旱、生命力强的植物，在北方种植还要耐寒。相信随着我国对生态环境重视程度的提高，公路、桥梁、山体的护坡及河道的护堤会越来越多的使用这种环境友好型生态材料——植生混凝土。

［1］姜伟民．植生混凝土综述与开发应用研究［J］．混凝土，2009（7）：97～98，105．

［2］宋中南，石云兴．透水混凝土及其应用技术［M］．北京；中国建筑工业出版社，2011．

［3］沈 炫．构造性多孔植被混凝土的试验研究［D］．武汉：湖北工业大学，2009．

［4］詹镇峰，李从波．植生混凝土的研究与应用述评［J］．广东水利水电，2007（6）：57～58，65．