生態(tài)混凝土的現(xiàn)狀研究

井立強

摘要：混凝土工業(yè)要實現(xiàn)健康可持續(xù)發(fā)展必須節(jié)約資源、能源、減少對環(huán)境的污染,發(fā)展生態(tài)混凝土;也就是說,不僅要提高混凝土的使用壽命,使其具有優(yōu)良的環(huán)境協(xié)調(diào)性,降低對環(huán)境的負(fù)荷,還要考慮自然循環(huán)、生物保護(hù)和景觀保護(hù)等生態(tài)問題。

關(guān)鍵詞：概念及分類現(xiàn)狀發(fā)展意義趨勢

一 生態(tài)混凝土的概念及分類

生態(tài)混凝土是能夠適應(yīng)動、植物生長、對調(diào)節(jié)生態(tài)平衡、美化環(huán)境景觀、實現(xiàn)人類與自然的協(xié)調(diào)具有積極作用的混凝土材料生態(tài)混凝土可分為環(huán)境友好型生態(tài)混凝土和生物相容型生態(tài)混凝土兩大類。

所謂環(huán)境友好型生態(tài)混凝土,是指在混凝土的生產(chǎn)、使用直至解體全過程中,能夠降低環(huán)境負(fù)荷的混凝土：生物相容型生態(tài)混凝土是指能與動植物等生物和諧共存、對調(diào)解生態(tài)平衡、美化環(huán)境景觀、實現(xiàn)人類與自然協(xié)調(diào)具有積極作用的混凝土。根據(jù)用途,這類混凝土可分為植物相容型生態(tài)混凝土、海洋生物相容型生態(tài)混凝土、淡水生物相容型生態(tài)混凝土以及凈化水質(zhì)型生態(tài)混凝土等。

二研究現(xiàn)狀

（一）減輕環(huán)境負(fù)荷型生態(tài)混凝土

減輕環(huán)境負(fù)荷型混凝土,是指在生產(chǎn)、使用直到解體過程中,能夠降低環(huán)境負(fù)擔(dān)或通過改善其性能來降低環(huán)境負(fù)擔(dān)的混凝土。從利用高爐礦渣、粉煤灰等工業(yè)廢渣作為水泥的混合材料、混凝土的摻合料,到開發(fā)利用高流態(tài)、自密性、高強度、高性能混凝土,從再生骨料混凝土到具有吸音性、調(diào)溫功能、能夠吸收有害氣體以及能儲蓄熱量的混凝土,均屬于減輕環(huán)境負(fù)荷型混凝土。下面僅介紹幾種。

1）再生骨料混凝土

再生混凝土或再生骨料混凝土，是指將廢棄的混凝土塊破碎后清洗分級作骨料，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。相對于再生混凝土，用來生產(chǎn)再生骨料的混凝土稱原生混凝土或基體混凝土。

再生混凝土技術(shù)既能解決廢舊混凝土的處置問題，又能節(jié)省天然砂石，同時帶來社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)保效益，被認(rèn)為是發(fā)展綠色混凝土，實現(xiàn)建筑資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的主要措施之一，因此，許多國家都相繼進(jìn)行研究，并取得了很多的成果。

2）透水性混凝土

與普通的水泥混凝土路面相比,透水性道路能夠使雨水迅速地滲入地表,還原成地下水,使地下水資源得到及時補充,保持土壤濕度,改善城市地表植物和土壤微生物的生存條件;同時透水性路面具有較大的孔隙率,與土壤相通,能蓄積較多的熱量,有利于調(diào)節(jié)城市空間的溫度和濕度,消除熱島現(xiàn)象;當(dāng)集中降雨時,能夠減輕排水設(shè)施的負(fù)擔(dān),防止路面積水和夜間反光,提高車輛、行人的通行舒適性與安全性;大量的孔隙能夠吸收車輛行駛時產(chǎn)生的噪聲,創(chuàng)造安靜舒適的交通環(huán)境。

（二）生物相容型生態(tài)混凝土

1） 植生混凝土

植生混凝土是指能夠適應(yīng)綠色植物生長的多孔混凝土。混凝土內(nèi)部存在許多連續(xù)的空隙,使其具有良好的透水、透氣特性,施工時,只要在混凝土塊的孔隙中充填腐植土、種子、緩釋肥料、保水劑等混合材料,草籽就可生根、發(fā)芽,并穿透到土壤中生長,從而可以大大改善周圍大氣的環(huán)境。同時,利用其多孔,透水透氣性,不僅可使微生物及小動物在其凹凸不平的表面或連續(xù)空隙內(nèi)生息,保持了生物的多樣性,具有顯著的生態(tài)效應(yīng);還可成功地解決常規(guī)硬化路面存在的散熱少、無呼吸、雨水聚積成澇等問題.可以減輕市政排水設(shè)施負(fù)擔(dān),使地下水得到及時補充,避免造成地下水位明顯下降等嚴(yán)重問題。

關(guān)于植生混凝土的研究,最早發(fā)生于20世紀(jì)90年代初期的日本,近年來,我國的梅道亮等人研究成了既能與巖石坡面粘合、防止表面沖蝕,又能適宜植物發(fā)芽和生長的復(fù)合植生多孔混凝土,取得了較好的效果;奚新國等人以粉煤灰為主要原料配制了低堿度生態(tài)混凝土也滿足了混凝土低堿、多孔適應(yīng)植物生長的要求。前不久,上海引進(jìn)的一種新型植生長型混凝土,也首次在嘉定西虬江護(hù)坡上亮相,河道護(hù)堤的混凝土上長滿郁郁蔥蔥的嫩草,既可滿足河道護(hù)坡的硬度要求,又能夠為河道景觀添綠。

由于環(huán)境保護(hù)的需要，水土保持、水質(zhì)凈化和退化生態(tài)環(huán)境的修復(fù)和重建得到了世界各國的重視。為了恢復(fù)生物的多樣性，日本、德國等國家采用植生型多孔混凝土對破壞了的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行修復(fù)和重建，如用于河道護(hù)岸、溝渠駁岸等的修建和恢復(fù)中。國內(nèi)對植生型多孔混凝土的研究還處于起步階段，除了吉林省水利實業(yè)公司與三峽大學(xué)合作做了一些研究，并配置出利用建筑廢磚石作骨料，抗壓強度為5－20MPa以及利用選定粒徑的碎磚石作骨料，抗壓強度為1.6－2.7MPa的植生型多孔混凝土之外，國內(nèi)對這方面的研究幾乎是一片空白。與此類似的是，最近江蘇省鹽城工學(xué)院開展了對生態(tài)友好型多孔陶粒植被混凝土的研究工作，并取得了一定的進(jìn)展。

2）凈化水質(zhì)生態(tài)混凝土

凈化水質(zhì),不讓污水污染環(huán)境是急待解決的全球性環(huán)保問題。應(yīng)用于污水處理的生態(tài)混凝土是一種多孔混凝土,利用多孔混凝土外表面對各種微生物的吸附,通過生物層的作用產(chǎn)生間接凈化功能,將其制成浮體結(jié)構(gòu)或浮島設(shè)置在富營養(yǎng)化的湖河內(nèi)凈化水質(zhì),使草類、藻類生長更加繁茂,通過定期采割,利用生物循環(huán)過程消耗污水的富營養(yǎng)成分,從而保護(hù)生態(tài)環(huán)境。關(guān)于這一課題,國外的研究相當(dāng)活躍:文獻(xiàn)報道日本長崎大學(xué)于1994年起進(jìn)行實?，F(xiàn)場試驗,將直徑lm高0.5m的有孔試塊l0個一組地投入海中,并于1995年2月至1996年2月每月實測一次水質(zhì)變化,發(fā)現(xiàn)生態(tài)混凝土有富集營養(yǎng)物質(zhì)的功能。近來,受國外科技成果啟發(fā),我國同濟大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院從1997年起開始研究生態(tài)混凝土材料,并成功研究開發(fā)了實用性很強的小型生活污水處理裝置,其是一種沉淀、過濾、曝氣三合一的預(yù)處理裝置,在沉淀的同時進(jìn)行過濾和曝氣,污水中的固體物質(zhì)可去除90%以上。

3） 海洋生物適應(yīng)型混凝土

所謂海洋生物適應(yīng)型混凝土，即能夠營造出適合于生物生長生息的空間或空隙，能夠為海藻類生物提供合適的附著表面，并能在混凝土表面增殖，混凝土周圍的水質(zhì)對生物的生長沒有不良影響。同時還需考慮混凝土的組成、溶解性、顏色、PH值、表面粗糙度、附著性、透光性等因素。此外，混凝土結(jié)構(gòu)物周邊的水流、波浪、遮光性等環(huán)境條件對生物的生息以及聚合物的生息以及聚集等均有影響。

目前開發(fā)并已經(jīng)實際應(yīng)用的海洋生物適應(yīng)型混凝土有人工礁石，這種多孔混凝土礁石放置在海洋之中，附著在表面的海藻類數(shù)量是普通混凝土塊的2－3倍，且海藻生長茂盛。此外還有用于淡水域的河床、護(hù)岸等混凝土構(gòu)件，構(gòu)件的表面做成凹凸不平的形狀，使之盡量接近自然狀態(tài)的河床、河岸的狀態(tài)，為水中的藻類、植物提供根部附著的場所，為魚類提供水中生息和避難的場所。在日本，現(xiàn)已有大量的這種人工漁礁，由于在材料上采用了生態(tài)、環(huán)保、高耐久性的混凝土材料，應(yīng)用二十余年的人工漁礁仍完好無損。我國科學(xué)家已在遼寧省沿海進(jìn)行了人工礁石的研究：根據(jù)鮑魚生長特征設(shè)計了專用人工礁石，在配制混凝土的過程中，考慮到混凝土中摻入微量元素對海洋中藻類附著非常有利，經(jīng)多次試驗確定了微量元素的含量，同時，考慮到礁石在海洋環(huán)境中的耐久性，對工藝制作、配比優(yōu)化、海島特殊環(huán)境下的養(yǎng)護(hù)條件、混凝土在海流沖刷下的長期穩(wěn)定性等進(jìn)行了大量研究。

三 研究意義及發(fā)展趨勢

混凝土材料的生態(tài)化是人類對混凝土這一傳統(tǒng)建筑材料的迫切需求，也是未來混凝土材料可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。生態(tài)混凝土是傳統(tǒng)混凝土材料走可持續(xù)發(fā)展之路保護(hù)生態(tài)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展觀在建筑材料方面的具體體現(xiàn)和必然選擇。因此,生態(tài)混凝土正向著智能化、規(guī)?；⒗碚摶?、體系化和集成化方向發(fā)展。

1)生態(tài)混凝土智能化:生態(tài)混凝土智能化集生態(tài)混凝土和智能混凝土的雙重特性。

2)生態(tài)混凝土規(guī)?；?生態(tài)混凝土規(guī)模化產(chǎn)生的經(jīng)濟化是促進(jìn)生態(tài)混凝土推廣的有效途徑。

3)生態(tài)混凝土理論化:生態(tài)混凝土不同于傳統(tǒng)混凝土,傳統(tǒng)混凝土的理論無法指導(dǎo)生態(tài)混凝土的研究,其理論尚待進(jìn)一步研究。

4)生態(tài)混凝土體系化:生態(tài)型混凝土是集巖石工程力學(xué)、生物學(xué)、土壤學(xué)、肥料學(xué)、硅酸鹽化學(xué)、園藝學(xué)、環(huán)境生態(tài)和水土保持學(xué)等學(xué)科于一體的綜合交叉學(xué)科,體系化是生態(tài)混凝土發(fā)展的必然趨勢。

我國生態(tài)環(huán)境惡化的趨勢主要表現(xiàn)在水土流失日趨嚴(yán)重，荒漠化土地面積不斷擴大，草地退化、沙化和堿化面積逐年增加，生物多樣性受到嚴(yán)重破壞。生態(tài)混凝土具有調(diào)節(jié)生態(tài)平衡、美化環(huán)境景觀、實現(xiàn)人類與自然的協(xié)調(diào)具有積極的作用。在解決地球環(huán)境問題、轉(zhuǎn)變?nèi)祟惏l(fā)展觀念、改善人居環(huán)境、凈化水污染以及廢物利用等方面比普通混凝土具有非常優(yōu)越的條件，因此研究和開發(fā)新型生態(tài)混凝土具有很大的現(xiàn)實意義。