多孔混凝土植被磚的立體綠化應(yīng)用

李曉東 李可 翁殊斐

摘要根據(jù)立體綠化環(huán)境特點，旨在研制出適用于立體綠化墻面和屋面綠化施工用的多孔混凝土植被磚，并篩選出抗逆性強的植物。結(jié)果表明，水泥的理化性質(zhì)會影響植物的生長，當(dāng)水灰比在0.25、集灰比為3∶1、碎石作為粗集料，可以制得有效孔隙率大于20%并且抗壓和抗折強度較高的多孔混凝土植被磚。研究發(fā)現(xiàn)，多孔混凝土植被磚的抗壓與抗折強度與集料尺寸大小成反比，隨著集料尺寸的增大，多孔混凝土植被磚的抗壓和抗折強度都隨之降低。通過植生試驗發(fā)現(xiàn)，垂盆草與佛甲草在植被磚上長勢較好，蓋度高且抗逆性強。研制出的多孔混凝土植被磚已成功應(yīng)用于立體綠化中，具有快捷、低成本的特性，易于推廣。

關(guān)鍵詞多孔混凝土；立體綠化；屋頂綠化；植被磚

中圖分類號S731文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2017）11-0142-04

AbstractBased on the environmental characteristics of stereo greening， the utility model of porous concrete brick which suitable for the construction of the threedimensional greening wall surface and the roof greening construction was expected to be developed， while the plants with strong resistance were screened. The results showed that the physical and chemical properties of cement can affect the growth of plants， and when the water cement ratio is 0.25， the ash collection ratio is 3∶1， and the crushed stone is used as coarse aggregate， the porous concrete with effective porosity of more than 20% and high compressive strength and flexural strength can be obtained. It is found that the compressive strength and flexural strength of porous concrete are inversely proportional to the aggregate size， and the compressive strength and flexural strength of porous concrete decrease with the increase of aggregate size. The planting test found that sarmentosum and sedum lineare grew better in vegetation brick， with high coverage and strong resistance. The porous concrete brick has been successfully applied in the threedimensional greening， which has the characteristics of fast and low cost， and is easy to be popularized.

Key wordsPorous concrete；Vertical greening；Roof greening；Vegetation brick

多孔混凝土是采用特定粒徑集料作為骨架，膠結(jié)材料包裹在集料顆粒的表面，作為集料顆粒之間的膠結(jié)層，形成骨架-孔隙結(jié)構(gòu)的多孔混凝土材料[1]。其具有透水透氣、抗壓抗折、多孔過濾、吸音減噪、耐水沖刷的特點，可以保持地面的水、氣交換，還可以通過填充基質(zhì)肥料供植物生長。因此，將多孔混凝土作為立體綠化植物載體具有很高的應(yīng)用潛力。

目前，發(fā)達(dá)國家已將多孔混凝土廣泛應(yīng)用于地面鋪裝，并通過綠色建筑加分的手段進(jìn)行推廣。潘坤勝等[2]進(jìn)行了使用水庫淤泥輕集料配制綠化混凝土的研究，經(jīng)種植試驗，用水庫淤泥制造多孔混凝土有利于保水和排水，對植物生長有顯著幫助。呂立祥[3]報道了綠化用的多孔混凝土成了上海浦東新區(qū)建設(shè)生態(tài)河道的主力軍，植物的種類選用了水蔥、黃菖蒲、水生美人蕉。

該研究結(jié)合園林綠化實際生產(chǎn)工作中的需求，根據(jù)立體綠化的環(huán)境特點進(jìn)行多孔混凝土植被磚的制備研究，主要對影響多孔混凝土磚基架種植性能和安全性能的相關(guān)因素進(jìn)行了研究，并篩選適合種植的植物。最后集成一套能夠應(yīng)用于立體綠化的多孔混凝土的植被磚的制備方法，進(jìn)行小范圍立體綠化示范點建設(shè)。

1材料與方法

1.1原材料供試水泥為石井牌礦渣硅酸鹽水泥，強度等級32.5R，購自廣州市白云區(qū)市場。

種植基質(zhì)由土壤改良劑與黃泥1∶1配合而成，其理化性質(zhì)為：有機質(zhì)18.22%，總養(yǎng)分1.15%，pH 6.80，EC值0.46 mS/cm。土壤改良劑由廣州市綠風(fēng)生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)，黃泥來自廣州市白云區(qū)太和鎮(zhèn)穗豐村。

供試植物為佛甲草、垂盆草、東南景天、大花馬齒莧。供試集料碎石、椰棕、陶粒等購自市場，提前進(jìn)行篩選分級。

試驗儀器：300 kg電子臺秤，130 L小型電動混凝土攪拌機，千分之一電子天平，DYE-2000型數(shù)字式壓力試驗機，DKZ-5000型電動抗折試驗機。

1.2試驗方法

1.2.1不同水灰比對多孔混凝土植被磚性能的影響。為了解不同水灰比對多孔混凝土性能的影響，試驗設(shè)置5個水平，水灰比分別為0.15、0.20、0.25、0.30、0.35，集料使用5～15 mm的碎石，膠體使用石井牌32.5R礦渣硅酸鹽水泥；集灰比為3∶1。

多孔混凝土制作方法采用“裹漿法”進(jìn)行，即在集料表面拌和薄層水泥膠體，然后振搗黏結(jié)成型，使用模具制作不同條件下多孔混凝土100 mm×100 mm×100 mm的抗壓試塊各9件及160 mm×40 mm×40 mm的抗折試塊各9件，成型后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護，測定有效孔隙率及7 d和28 d的抗壓、抗折強度。

1.2.2不同集料尺寸與類型對多孔混凝土植被磚性能的影響。為了解不同集料尺寸與類型對多孔混凝土性能的影響，試驗設(shè)置3個水平，使用5～15 mm、15～25 mm和25～35 mm 3種大小規(guī)格的碎石作為集料，膠體使用石井牌32.5R礦渣硅酸鹽水泥；水灰比與集灰比按照“1.2.1”試驗結(jié)果選擇最優(yōu)組合。

使用尺寸為5～15 mm的碎石、陶粒、椰棕片3種類型的集料進(jìn)行試驗，膠體使用石井牌32.5R礦渣硅酸鹽水泥；水灰比與集灰比按照“1.2.1”試驗結(jié)果選擇最優(yōu)組合。按照“1.2.1”試驗方法進(jìn)行檢測。

1.2.3植被磚植生試驗及立體綠化應(yīng)用。選擇4種屋頂綠化植物進(jìn)行種植，種植60 d后觀察植物生長狀態(tài)。

立體綠化示范點選擇在廣州市林業(yè)和園林科學(xué)研究院，將預(yù)置的植被磚搬運至屋頂上，在屋面上拼裝成坪，實現(xiàn)簡易式的屋頂綠化。墻面綠化使用瓷磚膠將預(yù)植的植被磚安裝于墻面之上。

1.3項目測定

1.3.1有效孔隙率的測試方法。測試時，首先將試塊放入電熱鼓風(fēng)干燥箱，80 ℃恒溫下烘干試塊至恒重。用細(xì)繩把試塊固定好，用電子吊秤稱取其在空氣中的質(zhì)量m1。再將試塊浸入水中浸泡24 h，取出后瀝干水，直至沒有水滴出為止，然后稱取在空氣中的質(zhì)量m2。然后，再將試塊浸入水中，稱取其在水中的質(zhì)量m3。多孔混凝土的有效孔隙率按下式計算：

P=[1-（m2-m3）÷v]×100% （1）

式中，P為有效孔隙率；v為試塊的外觀體積（cm3）。

1.3.2抗壓和抗折強度的測試方法?？箟簭姸葴y試方法：用DYE-2000型數(shù)字式壓力試驗機進(jìn)行測試，使用每組抽取3件試塊進(jìn)行測試，并記錄數(shù)據(jù)。抗壓強度按下式計算：

Fcu=F/A （2）

式中，F(xiàn)cu為混凝土立方體的抗壓強度，單位為Mpa（精準(zhǔn)至0.1 Mpa）；F為試塊破壞荷載（N）；A為試塊的承壓面積（mm2）。

抗折強度測試方法：使用DKZ-5000型電動抗折試驗機進(jìn)行測試，每組抽取3件試塊進(jìn)行測試，并記錄數(shù)據(jù)。

抗折強度Rf以Mpa表示，按下式計算：

Rf=1.5FfL/b3 （3）

式中，F(xiàn)f為折斷時施加于棱柱體中部的荷載（N）；L為支撐圓柱之間的距離（mm）；b為棱柱體正方形截面的邊長（mm）。

1.4數(shù)據(jù)分析采用Excel 2007和SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并采用Duncan氏新復(fù)極差法（SSR法）進(jìn)行顯著性檢驗。

2結(jié)果與分析

2.1不同水灰比對多孔混凝土植被磚性能的影響從表1可知，5種水灰比條件下，多孔混凝土的有效孔隙率均值在11.67%～26.17%。只有水灰比為0.35時，有效孔隙率低于20%，其余4種水灰比條件下，多孔混凝土的有效孔隙率均在20%以上。

從表1可知，水灰比在0.15～0.35，多孔混凝土7 d抗壓強度在3.59～6.78 Mpa，28 d抗壓強度在4.35～7.63 Mpa。28 d抗壓強度比7 d抗壓強度要高，表明隨著時間的增加，抗壓強度也增加。

在不同水灰比條件下，多孔混凝土試塊7 d及28 d的抗壓強度存在顯著差異。抗壓強度隨水灰比的增加，呈先上升后下降的趨勢。水灰比在0.15～0.25，多孔混凝土7 d和28 d的抗壓強度均是逐漸增強。水灰比在0.30～0.35，7 d和28 d的抗壓強度是呈下降趨勢。當(dāng)水灰比為0.25，在5種水灰比中抗壓強度最大，28 d的抗壓強度可以達(dá)到7.63 Mpa以上。

多孔混凝土的抗折強度可以作為植被磚基架制造的技術(shù)指標(biāo)之一，抗折強度的高低會影響多孔混凝土植被磚的安全性和耐用性。水灰比在0.15～0.35，多孔混凝土7 d抗折強度在1.03～1.92 Mpa，28 d的抗壓強度在1.33～2.48 Mpa。28 d抗折強度比7 d抗折強度要高，表明隨著時間的增加，多孔混凝土的抗折強度也增加。

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)2017年2.2集料尺寸對多孔混凝土植被磚性能的影響結(jié)果表明，在水灰比0.25，集灰比3∶1的條件下，碎石集料尺寸在5～35 mm，多孔混凝土有效孔隙率在26.33%～30.13%。從均值來看，多孔混凝土的有效孔隙率隨集料尺寸的增加而增加。

在5～35 mm內(nèi)，多孔混凝土的有效孔隙率存在顯著差異。集料尺寸在5～15 mm與15～25 mm時，多孔混凝土的有效孔隙率差異不顯著，在25～35 mm條件下的有效孔隙率差異顯著。

集料尺寸在5～35 mm條件下，多孔混凝土的7 d抗壓強度在4.68～6.78 Mpa，28 d抗壓強度在5.52～7.63 Mpa。3種集料尺寸相比，5～15 mm的抗壓強度最高，25～35 mm的最低。隨著集料尺寸的增大，抗壓強度減小。多孔混凝土的抗壓強度與集料的尺寸大小成反比關(guān)系，集料越大，抗壓強度就越小；集料越小，抗壓強度就越高。

2.3集料類型的影響分析在集灰比、水灰比和集料尺寸相同的條件下，3種集料類型多孔混凝土的有效孔隙率都在20 %以上，其中碎石的有效孔隙率最高，陶粒的有效孔隙率最低（表3）。

3種集料類型多孔混凝土的7 d及28 d抗壓強度存在顯著差異，抗壓強度從低到高依次是椰棕片、陶粒、碎石。碎石集料的抗壓強度最高，7 d可達(dá)6.78 Mpa，28 d可達(dá)7.63 Mpa；椰棕片集料的最低，7 d及28 d的抗壓強度僅為0.30 Mpa。碎石集料多孔混凝土的28 d抗壓強度是椰棕片集料的2543倍。碎石集料多孔混凝土的抗壓強度隨時間的增加有較大的增長，而陶粒和椰棕片集料多孔混凝土的抗壓強度增幅很小。這反映出多孔混凝土的抗壓強度與集料的硬度有關(guān)，集料的硬度越大，抗壓強度就越高。

2.4多孔混凝土植被磚植生試驗及立體綠化應(yīng)用

2.4.1多孔混凝土植被磚植生試驗。通過植生試驗，觀察到4種植物均能在多孔混凝土磚上正常生長。綜合來看，垂盆草的成坪效果更好。圖1中的A組圖為垂盆草、佛甲草、東南景天和大戶馬齒莧種植當(dāng)天，B組圖為第60天效果。

多孔混凝土磚可以提供良好的排水和透氣性能，保障植物的根部不會積水。在寒冷天氣下，4種植被的生長速度較慢。進(jìn)入春天后，生長速度加快。垂盆草在寒冷天氣葉子表現(xiàn)出藍(lán)綠色，東南景天表現(xiàn)出淡紅色。大花馬齒莧在寒冷天氣表現(xiàn)出葉片發(fā)紅萎縮，張開度收縮，莖干匍匐的現(xiàn)象。從生長情況看，垂盆草的覆蓋度最好。

2.4.2多孔混凝土植被磚的立體綠化應(yīng)用。該研究研制出的多孔混凝土植被磚在廣州市林業(yè)和園林科學(xué)研究院進(jìn)行小型工程試驗，經(jīng)過一段時間的觀察，未發(fā)現(xiàn)植株死亡和植被磚斷裂現(xiàn)象（圖2）。

3結(jié)論與討論

研究結(jié)果表明，水灰比在0.25～0.30可以獲得較高的抗壓、抗折強度，同時可以避免因為膠體沉積造成有效孔隙率下降的現(xiàn)象。這與胡春明等[4]的研究結(jié)果是一致的，但黃劍鵬等[5]的研究結(jié)果則表明水灰比控制在0.33～0.37較適宜，徐榮進(jìn)等[6]的研究結(jié)果則是水灰比在0.42左右較合適。

集料的尺寸大小會影響多孔混凝土的有效孔隙率，集料越大，有效孔隙率就越大，抗壓和抗折強度就越低，這與虢清偉等[7]的研究結(jié)果一致。三重大學(xué)對細(xì)集料配制多孔混凝土的基本屬性進(jìn)行了試驗研究[8]。Chindaprasirt等[9]對集料的尺寸大小對多孔混凝土結(jié)合力、抗壓強度和孔隙度的影響進(jìn)行了研究，提出了集料的強度與多孔混凝土的強度、孔隙度成正比。韓國忠南大學(xué)在種植用的多孔混凝土中加入了硅灰和碳纖維來提高其物理機械性能，可以減少硅酸鹽水泥的用量，抗折強度還得到提高[10]。悉尼理工大學(xué)經(jīng)過試驗研究使用粉煤灰替代50 %的硅酸鹽水泥，同樣可以配制出孔隙率大、抗壓強度高的多孔混凝土[11]。

集料類型對多孔混凝土的有效孔隙率、抗壓強度和抗折強度均有影響。該研究的結(jié)果表明，用碎石作為集料得到的多孔混凝土抗壓、抗折性能較好。劉聃等[12]的研究結(jié)果表明，增加碎石摻量可以提高多空混凝土抗壓強度。

目前將多孔混凝土進(jìn)行苗圃預(yù)制植被磚的應(yīng)用研究暫時未見報道，尤其是根據(jù)立體綠化的環(huán)境進(jìn)行多孔混凝土與抗逆性強的植物搭配的應(yīng)用研究。該研究中進(jìn)行的植生試驗及小型工程試驗表明，研究制備得到的多孔混凝土適宜植物長期生長，并能實現(xiàn)綠化效果。該研究為了滿足立體綠化需要，選擇了4種適應(yīng)立體綠化應(yīng)用的植物。

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