新型生态混凝土材料及其应用

新型生态混凝土材料及其应用
生态混凝土是能够适应动、植物生长、对调节生态平衡、美化环境景观、实现人类与自然的协调具有积极作用的混凝土材料。

这类混凝土的研究与开发时间还不长。

生态混凝土的出现，标志着人类在处理混凝土材料与环境的关系过程中采取了更加积极、主动的态度。

混凝土不仅仅是作为建筑材料，为人类构筑所需要的结构物或建筑物，而且它是与自然融合的，对自然环境和生态平衡具有积极的保护作用的材料。

现将目前所开发的生态混凝土品种及其应用介绍如下，供参考。

1、透水性混凝土
与普通的水泥混凝土路面相比，透水性道路能够使雨水迅速地渗入地表，还原成地下水，使地下水资源得到及时补充，保持土壤湿度，改善城市地表植物和土壤微生物的生存条件；同时透水性路面具有较大的孔隙率，与土壤相通，能蓄积较多的热量，有利于调节城市空间的温度和湿度，消除热岛现象；当集中降雨时，能够减轻排水设施的负担，防止路面积水和夜间反光，提高车辆、行人的通行舒适性与安全性；大量的孔隙能够吸收车辆行驶时产生的噪声，创造安静舒适的交通环境。

由于透水性路面有诸多优点，欧美和日本等发达国家已经广泛使用这种路面材料，将其用于公园、人行道、轻量级车道、停车场以及各种体育场地。

如日本1998年渗水路面的施工量达到了719万m2，占当年人行道和广场使用铺设材料的80%以上。

到目前为止，用于道路铺装和地面的透水性混凝土主要有以下三种类型。

（1）水泥透水性混凝土
以硅酸盐类水泥为胶凝材料，采用单一粒级的粗骨料，不用细骨料配制的无砂、多孔混凝土。

该种混凝土一般采用较高强度的水泥，集灰比为3.0－4.0，水灰比为0.3－0.35的范围。

混凝土拌合物较干硬，采用压力成型，形成连通孔隙的混凝土。

硬化后的混凝土内部通常含有15%－25%的连通孔隙，相应地表观密度低于普通混凝土，通常为1700－2200kg/m3。

抗压强度可达15－35Mpa，抗折强度可达3－5Mpa，透水性系数为1－15mm/s的范围。

该种透水性混凝土成本低，制作简单，适用于用量较大的道路铺筑，而且耐久性好。

（2）高分子透水性混凝土
它是采用单一粒级的粗骨料，以沥青或高分子树脂为胶结材料配制面成的透水性混凝土。

与水泥透水性混凝土相比，该种混凝土强度较高，但成本也高。

同时由于有机胶凝材料耐候性差，在大气因素作用下容易老化，且性质随温度变化比较敏感，尤其是温度升高时，容易软化流淌，使透水性受到影响。

（3）烧结透水性制品
以废弃的瓷砖、长石、高岭土等矿物的粒状物和浆体拌合，压制成坯体，经高温煅烧而成，具有多孔结构的块体材料。

该类透水性材料强度高，耐磨性好，耐久性优良。

但烧结过程需要消耗能量，成本较高。

适用于用量较小的高档地面部位。

2、绿化混凝土
绿化混凝土是指能够适应绿色植物生长、进行绿色植被的混凝土及其制品。

绿化混凝土用于城市的道路两侧及中央隔离带，水边护坡、楼顶、停车场等部位，可以增加城市的绿色空间，调节人们的生活情绪，同时能够吸收噪音和粉尘，对城市气候的生态平衡也起到积极作用，与自然协调、具有环保意义的混凝土材料。

20世纪90年代初期，日本最早开始研究绿化混凝土，从混凝土结构物的绿化施工方法、评价指标等多方面进行了系统的研究和开发。

绿化混凝土在日本得到了广泛的应用，从城市建筑物的局部绿化、沿岸、护岸工程到道路、机场建设等大型土木工程，均考虑了绿化措施。

近年来，我国也开始重视混凝土结构物的绿化问题，但是到目前为止还仅限于使用孔洞型绿化混凝土块体材料，用于城市停车场。

因此，积极开发、研究和应用绿化混凝土是将混凝土
向环保型材料发展的一个重要方面。

目前，绿化混凝土共开发了以下三种类型：（1）孔洞型绿化混凝土块体材料
其实体部分与传统的混凝土材料相同，只是在块体材料的形状设计上设计了一定比例的孔洞，为绿色植被提供空间。

施工时将块体材料拼装铺筑，形成部分开放的地面。

由这种绿化混凝土块铺筑的地面有一部分面积与土壤相连，在孔洞之间可以进行绿色植被，增加城市的绿色面积。

这类绿化混凝土块适用于停车场、城市道路两侧树木之间。

但是这种地面的连续性较差，且只能预制成制品进行现场拼装，不适合大面积、大坡度、连续型地面的绿化。

（2）多孔连续型绿化混凝土
多孔连续型绿化混凝土适合于大面积、现场施工的绿化工程，尤其是大型土木工程之后的景观修复等。

这种混凝土以多孔混凝土作为骨架结构，内部存在着一定量的连通孔隙，为混凝土表面的绿色植物提供根部生长、吸取养分的空间。

这种混凝土由以下三个要素组成：其一是多孔混凝土骨架。

由粗骨料和少量的水泥浆体或砂浆构成，是绿化混凝土的骨架部分。

一般要求混凝土的孔隙率达到18%－30%，且要求孔隙尺寸大，孔隙连通，有利于为植物的根部提供足够的生长空间，以及肥料等填充在孔隙中，为植物的生长提供养分。

其二是保水性填充材料。

在多孔混凝土的孔隙内填充保水性的材料和肥料，植物的根部生长深入到这些填充材料之间，吸取生长所必要的养分和水分。

保水性填充材料由各种土壤的颗粒、无机的人工土壤以及吸水性的高分子材料配制而成。

其三是表层客土。

在绿化混凝土的表面铺设一薄层客土，为植物种子发芽提供空间，同时防止混凝土硬化体内的水分蒸发过快，并供给植物发芽后初期生长所需的养分。

（3）孔洞型多层结构绿化混凝土块体材料
它是采用多孔混凝土并施加孔洞、多层板复合制成的绿化混凝土块体材料。

上层为孔洞型多孔混凝土板，在多孔混凝土板上均匀地设置直径大约为10mm的孔洞，多孔混凝土板本身的孔隙率为20%左右，强度大约为10Mpa；底层是不带孔洞的多孔混凝土板，孔径及孔隙率小于上层板，做成凹槽形。

上层与底层复合，中间形成一定空间的培土层。

上层的均布小孔洞为植物生长孔，中间的培土层填充土壤及肥料，蓄积水分，为植物提供生长所需的营养和水分。

这种绿化混凝土制品多数应用在城市楼房的阳台、院墙顶部等不与土壤直接相连的部位，增加城市的绿色空间，美化环境。

3、吸音混凝土
据统计，机动车交通产生的噪音大约占噪音来源的1/3，尤其是高速道路交通流量大，车速快，且夜间交通量日趋增大，对道路两侧的居民构成极大的困扰。

吸音混凝土就是为了减少交通噪音而开发的，适用于机场、高速道路、高速铁路两侧、地铁等产生恒定噪音的场所，能明显地减低交通噪音，改善出行环境以及公共交通设施周围的居住环境。

为了防止噪音，一般从抑制噪音源、噪音传递路径、隔音及吸音等几个方面寻求对策。

吸音混凝土是针对已经产生的噪音所采取隔音、吸音措施。

如果采用普通的、比较致密的混凝土做隔音壁，根据重量法则，墙壁的面密度越大，声波越不容易透过，隔音效果越好。

但是致密性的混凝土对声波反射率较大，虽然对道路外侧降低噪音效果显著，但是道路内侧噪音仍然很大，对行驶在道路上的车辆、乘坐者来说仍然难免噪音之苦。

而吸音混凝土具有连续、多孔的内部结构，具有较大的内表面积，与普通的、密实混凝土组成复合构造。

多孔的吸音混凝土直接暴露面对噪音源，入射的声波一部分被反射，大部分则通过连通孔隙被吸收到混凝土内部，其中有一小部分声波由于混凝土内部的摩擦作用转换成热能，而大部分声波透过多孔混凝土层，到达多孔混凝土背后的空气层和密实混凝土板表面再被反射，而这部分被反射的声波从反方向再次通过多孔混凝土向外部发散。

在此过程中，与入射的声波具有一定的相位差，由于干涉作用互相抵消一部分，对减小噪音效果明显。

多孔、吸音性混凝土通常暴露在噪音环境下使用，要求吸音混凝土具有从低音域到中、高音
域频率的声波均具有吸收的能力。

同时还要求吸音混凝土具有良好的耐久性、耐火性、施工性和美观性。

吸音混凝土所用的原材料通常使用普通硅酸盐水泥或早强硅酸盐水泥，骨料在满足吸音板强度要求的前提下，尽量选用施工性能良好的轻质骨料，包括天然轻骨料和人造轻骨料。

例如以硅酸盐水化物为基材的超轻质发泡混凝土（密度0.27～0.35）,粉煤灰陶粒、以人造沸石为材料制造的轻骨料等等。

骨料的粒径一般为2～10mm范围。

在吸音混凝土中，胶结材所起的作用很大，通过调整所用的胶结材（水泥浆体）的量和外加剂掺量，可以提高吸音效果以及其它性能。

例如添加硅粉可以提高强度，掺入聚合物可以防止表面剥离，加入碳纤维和铝粉能够提高吸音性能，掺入高效减水剂能够保证拌合物的稠度等等。

多孔混凝土吸音板，或多孔混凝土层的厚度、表面粗糙程度等因素对所能吸收的声波频率带具有影响。

因此吸音板的外形不仅影响其美观性，而且影响其吸音效果。

通常其表面要做成凹凸交替的花纹，并且在多孔混凝土板的背后和普通混凝土板之间设置空气层，以提高吸音效果。

4、海洋及水域生物适应型混凝土
自然的海岸由天然的礁石、岩石块或砾石等堆积构成，形态丰富多彩，拥有千姿百态的组合形式、大小不一的孔洞空间，为海洋生物提供丰富的生息空间。

随着沿岸及近海工程建设量日益加大，大量的、单一性质的钢筋混凝土结构物取代自然海岸，使海洋生物的生存空间日益减少，因此近海生态系统生物多样化逐渐减退，水质的自然净化能力逐渐下降，使沿海及近海环境日益恶化。

因此，开发海洋生物适应型混凝土是一项重要的工作。

所谓海洋生物适应型混凝土，即能够营造出适合于生物生长生息的空间或空隙，能够为海藻类生物提供合适的附着表面，并能在混凝土表面增殖，混凝土周围的水质对生物的生长没有不良影响。

同时还需考虑混凝土的组成、溶解性、颜色、PH值、表面粗糙度、附着性、透光性等因素。

此外，混凝土结构物周边的水流、波浪、遮光性等环境条件对生物的生息以及聚合物的生息以及聚集等均有影响。

目前开发并已经实际应用的海洋生物适应型混凝土有人工礁石，这种多孔混凝土礁石放置在海洋之中，附着在表面的海藻类数量是普通混凝土块的2－3倍，且海藻生长茂盛。

此外还有用于淡水域的河床、护岸等混凝土构件，构件的表面做成凹凸不平的形状，使之尽量接近自然状态的河床、河岸的状态，为水中的藻类、植物提供根部附着的场所，为鱼类提供水中生息和避难的场所。

在日本，现已有大量的这种人工渔礁，由于在材料上采用了生态、环保、高耐久性的混凝土材料，应用二十余年的人工渔礁仍完好无损。

我国科学家已在辽宁省沿海进行了人工礁石的研究：根据鲍鱼生长特征设计了专用人工礁石，在配制混凝土的过程中，考虑到混凝土中掺入微量元素对海洋中藻类附着非常有利，经多次试验确定了微量元素的含量，同时，考虑到礁石在海洋环境中的耐久性，对工艺制作、配比优化、海岛特殊环境下的养护条件、混凝土在海流冲刷下的长期稳定性等进行了大量研究。

研究表明，采用高性能、高功能、生态混凝土技术渔礁的耐久性是可靠的，采用复合外加剂、纳米超细硅质材料、表面浸透憎水材料、太阳能养护等技术措施是可行的，掺用复合微量元素制作的人工礁石仅投放40天，就长满了大量的海洋生物，与海洋生物共存的性能十分优异。

青岛科尼乐机械设备有限公司
甄存涛。