無沙多孔生態(tài)混凝土護坡研究現(xiàn)狀分析

（新鄉(xiāng)學院土木工程與建筑學院，河南 新鄉(xiāng) 453000）

摘 要：本文并著重對對生態(tài)混凝土在邊坡防護方面的應用進行了闡述分析總結(jié)了生態(tài)混凝土的研究意義及發(fā)展前景，也對生態(tài)混凝土的進一步推廣進行了展望。

關(guān)鍵詞：無砂多孔混凝土;生態(tài)混凝土;邊坡防護

1 引言

近年來，隨著社會不斷發(fā)展，我們的生活品質(zhì)有了極大的提高，人們享受著現(xiàn)代化帶來的便利生活的同時，也在一定程度上破壞了原有的自然生態(tài)平衡。森林，農(nóng)田甚至河道被開墾，特別是一些生活必備的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，如道路、水電和城鎮(zhèn)的建設(shè)。造成大面積的裸露土地，這帶來了極大地安全隱患。人們利用漿砌或干砌塊石、混凝土澆筑等手段來預防水土流失。但這些手段只能滿足強度效應要求，而忽略了生態(tài)效益。植物護坡能在修復原有生態(tài)環(huán)境的同時減少熱島效應。因此植被護坡越來越受到人們重視。而引進生態(tài)混凝土進行邊坡防護，則是在傳統(tǒng)邊坡防護基礎(chǔ)上的又一次技術(shù)革新。

2 生態(tài)混凝土的簡單介紹

1995年，生態(tài)混凝土（Environmentally Friendly Concrete/Eco-concrete）這一詞由日本混凝土工學協(xié)會提出。隨后在我國，由清華大學馮乃謙教授等主編的書目《實用混凝土大全》中，稱之為綠化混凝土。事實上，它是一種有著連續(xù)孔隙結(jié)構(gòu)的特殊混凝土，它本身孔隙眾多的特點決定了水與空氣等植物生長的必須介質(zhì)能夠很容易的通過或存留于其結(jié)構(gòu)的孔隙通道內(nèi)。這種混凝土在邊坡防護、生態(tài)建筑及綠色屋面等方面有著廣泛的應用前景。

3 生態(tài)混凝土的優(yōu)缺點

3.1 生態(tài)混凝土的優(yōu)點

（1）對凈化空氣，改善溫室環(huán)境：植物的光合作用不僅可以有效吸收二氧化碳，釋放氧氣，同時可以在一定程度上吸收噪音、提高太陽光線的反射。

（2）植被防護功能：植被的存在可以有效減弱狂風、雨雪、冰雹等極端惡劣天氣對裸露土地的直接侵蝕，從而有效減少水土流失現(xiàn)象的發(fā)生。

（3）經(jīng)濟效益：相比傳統(tǒng)混凝土來說，生態(tài)混凝土可以在造價方面直接減少10%--30%。

（4）增強景觀效益：生態(tài)混凝土本身的多孔結(jié)構(gòu)特點、綠色的概念以及植被本身，都不同于普通混凝土壓抑沉悶的感覺，同時可有效減少城市熱島效應，改善人居環(huán)境質(zhì)量。

（5）放大水體自凈效果：生態(tài)混凝土護坡能夠放大水體自凈功能，促進水生生物生長，改善河水水質(zhì)。

3.2 生態(tài)混凝土的缺點

生態(tài)混凝土有許多優(yōu)點，但在我國的使用并不普遍，主要存在下列問題：

（1）草種種類選取和播種問題：在草種的確定方面，沒有明確標準。草播種的比例和密度等問題都沒有建立在充分的科學依據(jù)下，更多的施工過程是盲目。

（2）生態(tài)混凝土具有很多的優(yōu)點是普通混凝土不具有的，但是生態(tài)混凝土在某些基本性能方面遠不如普通混凝土，例如強度和耐久性。

4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

4.1 國外

上世紀20年代的荷蘭，無砂多孔混凝土首先應用于建筑物的非承重墻體，取得了良好的效果。然而多孔混凝土在植被護坡上并未得到應有的發(fā)展。上世紀30年代起，美英等西方國家就開始研究液壓噴播技術(shù)，并將這項技術(shù)應用到道路邊坡工程上。20世紀50年代中期，美國學者開發(fā)出了壓力噴播技術(shù)，這項技術(shù)由于操作方便，很快在全世界傳播開來。1960年，該技術(shù)引進了日本并應用于道路邊坡綠化。1973年，在液壓噴播技術(shù)的基礎(chǔ)上，日本開發(fā)出纖維土綠化工法。1983年，又改進開發(fā)出性能更加優(yōu)越的高維團粒SF綠化工法，經(jīng)試驗，此技術(shù)更加適合坡面的早期綠化。1987年日本開發(fā)的TG綠化法。1988年該法逐漸應用，并很快在世界上傳播到其他國家。1994年，為了驗證植被混凝土在護坡方面的可行性，日本研究人員在茨城縣渡里那珂河河堤的路基，進行相關(guān)護岸試驗工程，此試驗表明了多孔混凝土在護岸方面具有良好的發(fā)展前景。為了更好的開展植被生態(tài)混凝土的相關(guān)研究，日本混凝土工學協(xié)會1995年正式提出了“生態(tài)混凝土”的概念并特意創(chuàng)立了相關(guān)專業(yè)委員會。2001年四月，為了促進多孔植被混凝土的進一步應用，日本“先端建設(shè)技術(shù)中心”開發(fā)了多孔植被混凝土河道護坡法。目前，歐美大多數(shù)應用的工程多為引進的日本技術(shù)。

4.2 國內(nèi)

到目前為止，很多專家和學者已經(jīng)研究了植被混凝土邊坡防護技術(shù)。劉黎明通過運用水泥抗壓強度的測試方法，對植被混凝土的抗壓強度進行了室內(nèi)實驗，來研究其抗壓強度與水泥摻入比之間的關(guān)系。裴得道通過模擬三種類型的邊坡狀態(tài)和模擬邊坡土壤侵蝕過程，在此條件下，對植被混凝土抗侵蝕性進行研究。通過設(shè)置不同水泥含量和降雨強度，楊奇等人對植被混凝土的抗沖刷性進行了研究實驗。

我國引進植被混凝土護坡技術(shù)較晚，但隨著人們生態(tài)保護意識的不斷提高，植被護坡技術(shù)也逐漸推廣。從20世紀九十年代起，人們進行了一系列技術(shù)探索，其中包括傳統(tǒng)的鋪草皮和空心六楞磚植草等。二十世紀九十年代后期，我國一交通科學研究設(shè)計院建議了一種營養(yǎng)噴播植被技術(shù)，這項技術(shù)是可用于綠化旱地邊坡的復合型噴播技術(shù)，通過現(xiàn)場試驗后確定可行性后，該技術(shù)將運用到道路建設(shè)上。周德培等人在2000年開發(fā)出合適應用于高陡巖石邊坡的厚層基材噴射護坡技術(shù)，極大地促進了我國植被護坡技術(shù)的進步。隨后三峽大學成功開發(fā)了完備的生態(tài)混凝土相關(guān)護坡技術(shù)，現(xiàn)已在我國逐步推廣。

目前，國內(nèi)通常選用的制備材料是單一粒級級配的玄武巖或石灰?guī)r，水泥選用的是高標號42.5R的普通硅酸鹽水泥，還有礦渣、粉煤灰、各種添加劑等。植物生長基有草炭石、珍珠巖或木屑等基本材料和保水劑、肥料等。

5 生態(tài)混凝土關(guān)鍵問題分析

（1）孔隙率：由于要求植物根系穿過混凝土孔隙植根于地面土層，所以嘗試選擇孔隙率作為主要設(shè)計參數(shù)，強度為次要參考參數(shù)。土壤的孔隙率一般為40%-60%，而普通的混凝土孔隙率一般只在4%左右，經(jīng)實驗證明，生態(tài)混凝土孔隙率在21%左右時最利于植被生長。

（2）混凝土保水性：由于生態(tài)混凝土要保證植物正常生長，故相較普通混凝土來說，對生態(tài)混凝土的要求就更高。既保證混凝土強度達到規(guī)范要求，同時要求植物正常生長。

（3）混凝土的降堿處理：生態(tài)混凝土的降堿處理是生態(tài)混凝土制備和推廣的關(guān)鍵所在。在日本制備生態(tài)混凝土的膠凝原料是一種低堿度高爐B、C型水泥。但我國低堿度水泥資源貧乏，所以一般采用普通波特蘭水泥來配制多孔生態(tài)混凝土，普通水泥的PH值一般為12.5-13.5，無法提供植物的正常生長環(huán)境。目前采用的降堿方法主要為特定溫度暴露降堿同時弱酸FeSO4溶液對水泥進行沖洗來控制堿度。還有著一種方法就是減少水泥用量，同時在砌塊表面用薄膜包衣劑包裹，植草時在土層中加入中和性肥料的集成方法。

6 研究思路及擬解決方案

在有限的條件下，更加準確、真實、直觀的認知和研究生態(tài)多孔混凝土。對其相關(guān)物理特征進行確定和改進，在反復試驗的過程中選擇出最適合本地氣候的混凝土。根據(jù)混凝土相關(guān)性能選擇本地區(qū)合適生長的植被。利用上述混凝土制作混凝土試塊，測試其抗壓、抗折以及對微生物侵蝕、沖刷作用、還有其他物理化學因素對其性能的影響。

在實驗室建立小型邊坡，在植物生長周期內(nèi)對各項指標進行觀察，尤其是利用控制變量方法找出影響植生性多孔生態(tài)混凝土抗凍融性和拔出力的主要因素?？箖鲂詫χ脖换炷磷o坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性的影響是最重要的。

7 生態(tài)混凝土的發(fā)展趨勢

（1）生態(tài)混凝土趨于規(guī)?；a(chǎn)：目前，我國生態(tài)混凝土技術(shù)研究處在初級發(fā)展階段，規(guī)模化生產(chǎn)有助于促進從生產(chǎn)、推廣以及具體應用的一系列相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。

（2）生態(tài)混凝土需要完善的理論基礎(chǔ)

（3）生態(tài)混凝土的體系化：生態(tài)混凝土作為一種新型材料出現(xiàn)，不僅涉及土建領(lǐng)域，同時還包含了生態(tài)學、植物學等多門學科，所以，生態(tài)混凝土的綜合性也決定了它的體系化是不可避免的。

（4）為了有效的改善混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，可以摻入引氣劑、膨脹劑等混凝土添加劑。

（5）生態(tài)混凝土有著種種不可忽略的優(yōu)點，但是在強度等方面確實存在著很多的問題，所以，也需要我們進行更深入的研究，進一步改善和發(fā)展生態(tài)混凝土，隨著人類環(huán)保意識的提高，生態(tài)混凝土一定會大放異彩。

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作者簡介：梁宇涵（1994-），女，河南新鄉(xiāng)人，本科，學生，主要研究：土木工程結(jié)構(gòu)。