植生型生态混凝土的发展现状

陈金戈

（惠州市永恒业混凝土有限公司，广东惠州 516000）

随着我国社会经济的蓬勃发展，大量人口涌入城市，城市化水平越来越高，城市化的推进使大量高楼拔地而起，道路交通设施飞速发展，但这些密实而不透水的混凝土结构在为我们带来便捷生活的同时，也给城市水环境和水生态系统造成了破坏。硬化混凝土的致密结构易造成城市内涝和地下水补给的短缺。因此，可解决各项新型污染问题的生态混凝土应运而生，成为混凝土技术的研究热点。

当前混凝土逐步以生态环保型为自己的发展方向，这种混凝土可以令人们的生活更加变得舒适，并大幅改善生态体系环境。现阶段，生态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与生产工艺，而生产出的结构多孔且兼具植生功能混凝土。其能够适应动物和植物的生长，起到调节当地的生态环境，美化城市环境，不仅为人类构筑所需要的结构物建筑物，还能自然环境融为一体，对自然环境和生态平衡具有积极的保护作用。

随着生态环境保护意识被人们接受，发展生态混凝土越来越引起人们的重视。相比日本、欧美等国家，国内在生态混凝土的研究起步较晚，实际应用较少，技术水平相对来说也比较低。但经过近些年研究和发展，也取得了一定科研成果。

1 植生型混凝土的基础特点

在植生型混凝土中，主要涉及以下两个部分：①生态型的多孔基体结构，多为多孔混凝土；②生长植物的基体，也就是植被材料。在多孔混凝土中，骨架骨料粒径特定，骨料表面分布着胶结材料，并且形成孔隙结构，属于功能型的全新建筑材料之一。

考虑到可灵活调整混凝土骨料粒径、胶结料量，来获得孔径、孔隙率各异的材料，来达到相应用途要求，所以在建造植被、透水性路面、净化水质等领域均在推广应用植生型生态化新型混凝土。这种混凝土的优势如下：

（1）在多孔混凝土中，存在孔隙大且连通的结构，所以雨水可以沿空隙顺畅渗透至地下，令城市免遭涝，并且充给地下水资源。

（2）改善城市地表植物和土壤微生物的生存条件，既美化城市环境，又有利于生态平衡。

（3）在道路护坡上具体应用植生型混凝土时，便可在坡面上形成植物生长所需环境，进而美化道路环境，令整个环节焕发出生机，以提供给驾驶人员观赏，进而消除他们的疲惫。

2 种植型生态混凝土材料性能研究现状

2.1 低碱度胶凝材料的研究

在普通混凝土中，水泥属于很关键的部分，在水化时产生大量 Ca（OH）2，体积占水泥石 20%～25%，pH 高达 12～13，所以普通的水泥混凝土具有强碱性，用在道路、港湾、护岸等工程当中用作植生混凝土时，其中的高碱性物质则会危及植物或水生物的正常生长。故研发出弱碱度、有利于生物生长的现代混凝土已然成为生态混凝土的关键性研究方向之一，大掺量掺合料是常见降低碱性的方案。

2.2 利用再生骨料的研究

先回收建筑行业的废弃黏土砖等，再统一加工并形成粗、细集料，进而配制、生产形成再生集料类混凝土或建筑制品，并投入到建筑项目中使用。著名学者有基于废弃混凝土、砖石类型集料，再利用相应的工艺、科学配合比，生产出可提供给植物正常生长所续的绿化混凝土结构构件。

2.3 影响力学性能的因素

这方面的研究主要集中在这些领域：生产工艺与施工、孔隙率和强度、配合比等。据研究发现，这种生态混凝土的孔径大小和空隙率随骨料尺寸的增大而增大；性能与水灰比联系紧密，并且不同的胶结材料存在最佳水灰比范围，超过或低于此范围强度都会受到影响。研究也发现当掺入粉煤灰矿物掺合料时，孔结构会得到一定改善，但会降低生态混凝土的强度和透水效果。研究发现有机物浆液浸渍不能明显提高混凝土抗压强度，但可改善集料表面的孔隙结构，降低砖集料的吸水率，改善再生混凝土的收缩性。

2.4 植物生长

作为植被材料的生态化植生型混凝土的优势如下：可供给植物所需养分；强度一定、可抗冲刷，避开雨水侵蚀；较传统护坡更简洁轻松，更具观赏价值。据试验分析已证明，以一定比例配合营养液、基质、种子、增黏剂等形成种植基，并基于渗透或浸渍来填充这种混凝土的空隙。再予以有效养护和管理，便可令植物茁壮生长。

3 生态种植型新混凝土结构当前的研究现状

数字图像处理技术是现代计算机硬件技术和图像理论发展迅速的结果，已经成为一种先进的科研手段。数字图像处理技术采集数据更精确、数据量大，可消除人员操作误差的影响。在分析混凝土内部微观结构、测试路面铺装裂纹、检测材料变形等领域，人们利用图像处理专业技术可妥善处理问题。图像处理技术能够基于CT扫描数据实现混凝土细观结构的三维重建，基于软件工具、矢量转换专业技术，来转换介质空间图像细观分布为细观介质矢量空间分布，监测混凝土的收缩、水泥的水化程度，分析水泥混凝土制品中气孔体系参数，评价孔结构特征；观察宏观裂缝和微观裂缝的裂缝特征和发展趋势。

4 配合比设计

植生型生态新型混凝土的结构和特点与传统混凝土有较大差异，因此不能再使用传统混凝土的设计方案。水泥浆体将断级配的粗集料均匀包裹并使之胶结，在水泥浆体硬化后，与粗集料之间形成多孔结构，这就是这种混凝土渗透结构的重要基础。

植生型混凝土的制备方法与普通混凝土大致相同，但考虑到多孔混凝土自身结构和功能的特殊性，在进行配合比设计时，孔隙率为首要考虑因素，在保证具有一定透水性能的情况下，使其的抗压强度尽可能提高。尽管目前有可以参考的规程标准规范，但是各种设计方法上却还是暴露出诸多方面的不足和缺陷，当前设计透水混凝土内部配合比上的方法还未发展成熟。目前常见的配合比设计方法有三种：质量法、体积法、球包裹法。

球包裹法也称为比表面积法，通过测出骨料的比表面积和包裹在骨料表面的泥浆厚度，以此来计算各材料用量，优点就是和以往浆体包裹建筑骨料基础理论相吻合，不足就是骨料表面积和包裹浆体厚度的计算和试验工作量大。质量法也称为经验法，其总的特点就是配比运算过于简单，现场施工更加便捷，不足就是缺少能够遵循的填浆量目标。而体积法则是以实际工程项目所需要的目标孔隙率为基础，由此计算出制备透水混凝土各种材料的用量，其总的优点就是填浆体积控制便捷，可有效控制拌合后的结构孔隙率，不足就是提升填浆量增大后，结构孔隙率的实际测值与设计值相差较大。以上方法各具自己的优缺点，现阶段体积法的应用更为广泛。

配合比设计的主要出发点是混凝土的孔结构，要求在满足混凝土渗透性的提前下才能进一步考虑混凝土的强度、耐久性、工作性、耐久性。其次，在配合比设计的过程中，普通混凝土的基本理念是通过骨料及胶结料颗粒之间的合理搭配实现混凝土的密实，而透水混凝土则是在混凝土内部形成连续的孔，使水能够自由通过。

5 实践应用

早在1995年日本便最先研究开发出先进的植生型生态类型混凝土，并经由“先端建设技术中心”于20世纪初便提出了有关的河川护岸工法，并以此为基础来推广应用这种多孔植被新型混凝土。该新型混凝土独特的空间结构，能有效促进雨水渗流，改善生物、植物的生存环境，又能保持水土，促进生态循环。其多被应用于生态护坡和护岸，在边坡防护上，植被也会起到浅层加筋、深层锚固、降低坡体空隙水压力及控制水土流失等方面的作用，从而实现固土护坡、边坡治理、景观绿化的效果；也常见应用于公园、人行道等有特殊功能性景观区域。在日本全境以内，已有多达几百个的项目有纳入该技术。我国虽开展研究比较晚，但近些年也取得了显著的成果，已经开始在实际工程中应用生态种植型混凝土，如实体试验工程位于崇遵高速公路第十六合同段，如中国推出的863“十五”之类的重大科研专项“镇江市水系统改善、研究示范生态修复专业技术”等。

6 结论

随着国家与社会各界对于生态环境的重视，植生型生态新型混凝土技术作为混凝土的前沿技术，相关技术研究的深入与取得应用成果，不仅可以解决边建筑工程与生态环境保护之间的矛盾，而且也可以实现二者之间的协同发展和可持续性健康发展，在统筹协调当今社会效益以及增大生态效益、环境的可持续等上均表现出很巨大的理论价值与深远的实践意义。