生态混凝土的现状研究

井立强

摘要：混凝土工业要实现健康可持续发展必须节约资源、能源、减少对环境的污染,发展生态混凝土;也就是说,不仅要提高混凝土的使用寿命,使其具有优良的环境协调性,降低对环境的负荷,还要考虑自然循环、生物保护和景观保护等生态问题。

关键词：概念及分类现状发展意义趋势

一 生态混凝土的概念及分类

生态混凝土是能够适应动、植物生长、对调节生态平衡、美化环境景观、实现人类与自然的协调具有积极作用的混凝土材料生态混凝土可分为环境友好型生态混凝土和生物相容型生态混凝土两大类。

所谓环境友好型生态混凝土,是指在混凝土的生产、使用直至解体全过程中,能够降低环境负荷的混凝土：生物相容型生态混凝土是指能与动植物等生物和谐共存、对调解生态平衡、美化环境景观、实现人类与自然协调具有积极作用的混凝土。根据用途,这类混凝土可分为植物相容型生态混凝土、海洋生物相容型生态混凝土、淡水生物相容型生态混凝土以及净化水质型生态混凝土等。

二研究现状

（一）减轻环境负荷型生态混凝土

减轻环境负荷型混凝土,是指在生产、使用直到解体过程中,能够降低环境负担或通过改善其性能来降低环境负担的混凝土。从利用高炉矿渣、粉煤灰等工业废渣作为水泥的混合材料、混凝土的掺合料,到开发利用高流态、自密性、高强度、高性能混凝土,从再生骨料混凝土到具有吸音性、调温功能、能够吸收有害气体以及能储蓄热量的混凝土,均属于减轻环境负荷型混凝土。下面仅介绍几种。

1）再生骨料混凝土

再生混凝土或再生骨料混凝土，是指将废弃的混凝土块破碎后清洗分级作骨料，部分或全部代替天然骨料(砂、石)，按一定配合比配置成的混凝土。相对于再生混凝土，用来生产再生骨料的混凝土称原生混凝土或基体混凝土。

再生混凝土技术既能解决废旧混凝土的处置问题，又能节省天然砂石，同时带来社会效益、经济效益和环保效益，被认为是发展绿色混凝土，实现建筑资源环境可持续发展的主要措施之一，因此，许多国家都相继进行研究，并取得了很多的成果。

2）透水性混凝土

与普通的水泥混凝土路面相比,透水性道路能够使雨水迅速地渗入地表,还原成地下水,使地下水资源得到及时补充,保持土壤湿度,改善城市地表植物和土壤微生物的生存条件;同时透水性路面具有较大的孔隙率,与土壤相通,能蓄积较多的热量,有利于调节城市空间的温度和湿度,消除热岛现象;当集中降雨时,能够减轻排水设施的负担,防止路面积水和夜间反光,提高车辆、行人的通行舒适性与安全性;大量的孔隙能够吸收车辆行驶时产生的噪声,创造安静舒适的交通环境。

（二）生物相容型生态混凝土

1） 植生混凝土

植生混凝土是指能够适应绿色植物生长的多孔混凝土。混凝土内部存在许多连续的空隙,使其具有良好的透水、透气特性,施工时,只要在混凝土块的孔隙中充填腐植土、种子、缓释肥料、保水剂等混合材料,草籽就可生根、发芽,并穿透到土壤中生长,从而可以大大改善周围大气的环境。同时,利用其多孔,透水透气性,不仅可使微生物及小动物在其凹凸不平的表面或连续空隙内生息,保持了生物的多样性,具有显著的生态效应;还可成功地解决常规硬化路面存在的散热少、无呼吸、雨水聚积成涝等问题.可以减轻市政排水设施负担,使地下水得到及时补充,避免造成地下水位明显下降等严重问题。

关于植生混凝土的研究,最早发生于20世纪90年代初期的日本,近年来,我国的梅道亮等人研究成了既能与岩石坡面粘合、防止表面冲蚀,又能适宜植物发芽和生长的复合植生多孔混凝土,取得了较好的效果;奚新国等人以粉煤灰为主要原料配制了低碱度生态混凝土也满足了混凝土低碱、多孔适应植物生长的要求。前不久,上海引进的一种新型植生长型混凝土,也首次在嘉定西虬江护坡上亮相,河道护堤的混凝土上长满郁郁葱葱的嫩草,既可满足河道护坡的硬度要求,又能够为河道景观添绿。

由于环境保护的需要，水土保持、水质净化和退化生态环境的修复和重建得到了世界各国的重视。为了恢复生物的多样性，日本、德国等国家采用植生型多孔混凝土对破坏了的生态环境进行修复和重建，如用于河道护岸、沟渠驳岸等的修建和恢复中。国内对植生型多孔混凝土的研究还处于起步阶段，除了吉林省水利实业公司与三峡大学合作做了一些研究，并配置出利用建筑废砖石作骨料，抗压强度为5－20MPa以及利用选定粒径的碎砖石作骨料，抗压强度为1.6－2.7MPa的植生型多孔混凝土之外，国内对这方面的研究几乎是一片空白。与此类似的是，最近江苏省盐城工学院开展了对生态友好型多孔陶粒植被混凝土的研究工作，并取得了一定的进展。

2）净化水质生态混凝土

净化水质,不让污水污染环境是急待解决的全球性环保问题。应用于污水处理的生态混凝土是一种多孔混凝土,利用多孔混凝土外表面对各种微生物的吸附,通过生物层的作用产生间接净化功能,将其制成浮体结构或浮岛设置在富营养化的湖河内净化水质,使草类、藻类生长更加繁茂,通过定期采割,利用生物循环过程消耗污水的富营养成分,從而保护生态环境。关于这一课题,国外的研究相当活跃:文献报道日本长崎大学于1994年起进行实海现场试验,将直径lm高0.5m的有孔试块l0个一组地投入海中,并于1995年2月至1996年2月每月实测一次水质变化,发现生态混凝土有富集营养物质的功能。近来,受国外科技成果启发,我国同济大学材料科学与工程学院从1997年起开始研究生态混凝土材料,并成功研究开发了实用性很强的小型生活污水处理装置,其是一种沉淀、过滤、曝气三合一的预处理装置,在沉淀的同时进行过滤和曝气,污水中的固体物质可去除90%以上。

3） 海洋生物适应型混凝土

所谓海洋生物适应型混凝土，即能够营造出适合于生物生长生息的空间或空隙，能够为海藻类生物提供合适的附着表面，并能在混凝土表面增殖，混凝土周围的水质对生物的生长没有不良影响。同时还需考虑混凝土的组成、溶解性、颜色、PH值、表面粗糙度、附着性、透光性等因素。此外，混凝土结构物周边的水流、波浪、遮光性等环境条件对生物的生息以及聚合物的生息以及聚集等均有影响。

目前开发并已经实际应用的海洋生物适应型混凝土有人工礁石，这种多孔混凝土礁石放置在海洋之中，附着在表面的海藻类数量是普通混凝土块的2－3倍，且海藻生长茂盛。此外还有用于淡水域的河床、护岸等混凝土构件，构件的表面做成凹凸不平的形状，使之尽量接近自然状态的河床、河岸的状态，为水中的藻类、植物提供根部附着的场所，为鱼类提供水中生息和避难的场所。在日本，现已有大量的这种人工渔礁，由于在材料上采用了生态、环保、高耐久性的混凝土材料，应用二十余年的人工渔礁仍完好无损。我国科学家已在辽宁省沿海进行了人工礁石的研究：根据鲍鱼生长特征设计了专用人工礁石，在配制混凝土的过程中，考虑到混凝土中掺入微量元素对海洋中藻类附着非常有利，经多次试验确定了微量元素的含量，同时，考虑到礁石在海洋环境中的耐久性，对工艺制作、配比优化、海岛特殊环境下的养护条件、混凝土在海流冲刷下的长期稳定性等进行了大量研究。

三 研究意义及发展趋势

混凝土材料的生态化是人类对混凝土这一传统建筑材料的迫切需求，也是未来混凝土材料可持续发展的目标。生态混凝土是传统混凝土材料走可持续发展之路保护生态环境与可持续发展观在建筑材料方面的具体体现和必然选择。因此,生态混凝土正向着智能化、规模化、理论化、体系化和集成化方向发展。

1)生态混凝土智能化:生态混凝土智能化集生态混凝土和智能混凝土的双重特性。

2)生态混凝土规模化:生态混凝土规模化产生的经济化是促进生态混凝土推广的有效途径。

3)生态混凝土理论化:生态混凝土不同于传统混凝土,传统混凝土的理论无法指导生态混凝土的研究,其理论尚待进一步研究。

4)生态混凝土体系化:生态型混凝土是集岩石工程力学、生物学、土壤学、肥料学、硅酸盐化学、园艺学、环境生态和水土保持学等学科于一体的综合交叉学科,体系化是生态混凝土发展的必然趋势。

我国生态环境恶化的趋势主要表现在水土流失日趋严重，荒漠化土地面积不断扩大，草地退化、沙化和碱化面积逐年增加，生物多样性受到严重破坏。生态混凝土具有调节生态平衡、美化环境景观、实现人类与自然的协调具有积极的作用。在解决地球环境问题、转变人类发展观念、改善人居环境、净化水污染以及废物利用等方面比普通混凝土具有非常优越的条件，因此研究和开发新型生态混凝土具有很大的现实意义。