植生混凝土研究

譚思琪

（廣州大學(xué)土木工程學(xué)院　廣東廣州　510000）

引言

由于城市化發(fā)展的需求，我國進行了大規(guī)模的基礎(chǔ)建設(shè)。2013年12月習(xí)近平總書記在城鎮(zhèn)化會議上強調(diào)“建設(shè)自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿城市”。植生混凝土作為一種生態(tài)環(huán)保型材料，因其連續(xù)多孔、透氣、透水的特點，既能緩解城市“熱島效應(yīng)”，又利于地表水的“滲、滯、蓄、凈、用、排”，進而使城市能“彈性”適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對自然災(zāi)害，在一定程度上改善了生態(tài)環(huán)境，帶來了生態(tài)效益，符合建設(shè)“海綿城市”的政策號召。

1　植生混凝土的概念

1.1　植生混凝土的定義

什么是植生混凝土？從宏觀定義上講，植生混凝土是一種新型生態(tài)環(huán)保材料，能夠減少給生態(tài)環(huán)境造成的負(fù)荷，同時又協(xié)調(diào)生態(tài)循環(huán)。從組成成分上講，植生混凝土是由膠凝材料、粗集料、外加劑和水按照一定的比例經(jīng)攪拌、振搗而成，一段時間硬化養(yǎng)護后最終形成連續(xù)或半連續(xù)的多孔混凝土。植生混凝土體系以多孔混凝土為骨架，通過高壓噴射水泥槍或其它方式將保水材料、種植基質(zhì)和培養(yǎng)液灌注到孔隙內(nèi)，并在骨架上部敷設(shè)一層淺層客土，待多孔混凝土凝結(jié)硬化后進行植物培植。

1.2　植生混凝土的特點

植生混凝土與普通混凝土最大的區(qū)別在于：植生混凝土在配制時不添加細(xì)集料，僅使用碎石、陶粒等粗集料做骨料。由于粗集料的緊密堆積密度遠(yuǎn)大于等質(zhì)量砂的緊密堆積密度，故植生混凝土的孔隙率較普通混凝土大，約為20～35%。植生混凝土貫通的大孔隙，可為植物根系生長提供所需的空間，使得柔性的植物與剛性的混凝土有機結(jié)合，既能改善生態(tài)環(huán)境，又能提高生態(tài)效益。植生混凝土剛?cè)岵?，具有以下功能性特點：①固土護堤、防波浪沖刷；②實現(xiàn)滯洪補枯的功能；③調(diào)節(jié)環(huán)境溫度，有助于減輕城市“熱島”效應(yīng)；④對水質(zhì)起到一定程度上的凈化作用，為水生動植物的生長生存提供空間，有利于恢復(fù)河涌河道水域生態(tài)系統(tǒng)。

2　研究植生混凝土的目的及意義

混凝土為城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)作出了巨大貢獻。與此同時，混凝土的大量使用帶來了一系列負(fù)面因素，如城市的不透水區(qū)域逐漸加大，加劇了“熱島效應(yīng)”的形成；原材料的大量開采造成資源匱乏等，顯然這樣的城市化進程與政府提高人民生活質(zhì)量的初衷相悖。近來年，“生態(tài)化建設(shè)”成為學(xué)者關(guān)注的焦點，混凝土也逐漸朝著環(huán)境友好、智能調(diào)節(jié)的方向發(fā)展。

3　植生混凝土國內(nèi)外研究進展

由于生態(tài)化建設(shè)需要，水土穩(wěn)固、水質(zhì)凈化和已被破壞環(huán)境的修復(fù)和重建備受各行業(yè)的重視。植生混凝土因生態(tài)性受到世界各國工程材料專家的普遍關(guān)注。自20世紀(jì)80年代美國、法國、日本等國家對植生混凝土進行探索性試驗以來，其逐漸發(fā)展成為一個新的研究領(lǐng)域。

3.1　植生混凝土的基本性能

3.1.1植生混凝土的孔隙率及透水性

植生混凝土屬多孔混凝土，全孔隙是由相互連通的孔隙、半連通孔隙和封閉孔隙組成。其中，連通孔隙與半連通孔隙的總體積合稱為有效孔隙。根據(jù)植生混凝土的功能性要求，為保持植生，使植物根系能貫穿多孔骨架扎入下層土壤，應(yīng)控制植生混凝土的連通孔隙率；為實現(xiàn)“滲、滯、蓄、凈、用、排”的功能，也應(yīng)確保一定的半連通孔隙率。即有效孔隙率是植生混凝土的核心指標(biāo)之一。連通孔隙與混合料總體積之比為連通孔隙率，有效孔隙與混合料總體積之比為有效孔隙率，全孔隙與混合料總體積之比為全孔隙率。

影響孔隙率因素包括粗集料粒徑、礦物摻合料、水膠比等。3.1.2植生混凝土的力學(xué)性能

抗壓強度和抗折強度是表征植生混凝土力學(xué)性能的重要指標(biāo)。影響強度的因素包括灰骨比、骨料粒徑、礦物摻合料。

為提高植生混凝土的強度，可采用以下方法：

（1）增大灰骨比水灰比一定，增大灰骨比，即增多水泥用量，骨料間的接觸點的粘貼面積和強度均有所提高，故植生混凝土強度提高。但灰骨比過大時，水泥將填充骨料間的孔隙，導(dǎo)致孔隙率顯著下降，且孔隙間堿度上升，不利于植物生長。

（2）降低骨料粒徑骨料粒徑愈小，骨料間的咬合點愈多，從而強度越高，但為保證一定的孔隙率，應(yīng)合理選擇骨料粒徑。

（3）改變骨料級配選用骨料連續(xù)級配植生混凝土的強度明顯高于單一級配植生混凝土的強度，這是因為骨料間接觸點越多，骨料間穩(wěn)定狀態(tài)越好，強度保障越高。

（4）摻入礦物摻合料適量摻入礦物摻合料，有利于密實接觸點的漿體。

3.2　植生混凝土降堿研究

水泥水化時產(chǎn)生大量以Ca（OH）2為主的可溶性堿，致使多孔混凝土骨架孔隙的pH值高達(dá)12以上。對于混凝土而言，較高的堿性是保持化學(xué)成分和性能穩(wěn)定的條件；對于植物而言，過堿將導(dǎo)致植物細(xì)胞死亡。所以，為解決混凝土與植物的這一矛盾性問題，應(yīng)該采取措施以降低孔隙堿環(huán)境。

目前，對于植生混凝土孔隙堿環(huán)境的評價方法主要有：固液萃取法、凈漿試件浸泡法、電位測定土壤pH法，較為常用的是前兩種。固液萃取法是粉碎部分試樣，經(jīng)研磨、過篩、加蒸餾水、過濾等操作后，用pH計測定濾液pH值，此方法雖簡單，但其測定的堿度大部分來源于水泥毛細(xì)孔，與植物實際生存的孔環(huán)境堿度有很大的差異性。凈漿試件浸泡法則是通過浸泡試件，測定析出的可溶性堿的堿度，此方法測定出的pH值較為真實。而電位測定土壤法目前研究甚少，需進一步探究其合理性。

4　植生混凝土的應(yīng)用及存在的問題

植生混凝土的應(yīng)用案例：

國外關(guān)于植生混凝土的研究應(yīng)用較為成熟。早在1994年，日本學(xué)者在茨城那珂河河堤采用植生混凝土護岸，選用肯塔基禾，牛毛草和狗牙草培植，經(jīng)過三年時間對植物自然生長態(tài)勢以及河岸的穩(wěn)固性觀察表明：植被長勢茂盛，河堤堅固可靠。此試驗證明了生態(tài)混凝土適用于護岸工程。

5　結(jié)語

我國植生混凝土技術(shù)起步發(fā)展較晚，人類對于生活環(huán)境、建筑的功能性要求隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展在不斷的提高，雖然我國現(xiàn)階段并沒有相應(yīng)的規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，但通過不斷的研究與應(yīng)用，改善與發(fā)展植生混凝土，植生混凝土一定會給人類社會帶來更多經(jīng)濟和生態(tài)效益。