生态混凝土概述

生态混凝土研究概述

摘要：随着人们对生态问题的关注加剧，研究和开发新型生态混凝土具有很大的现实意义，本文简要介绍了当前生态混凝土的种类和研究现状，总结了当前生态混凝土的研究发展趋势，并从实用的角度出发提出生态混凝土的配制，性能研究和优化问题。

关键词：生态混凝土，研究现状，发展趋势，抗冻性

引言

进入21世纪,人类社会面临前所未有的三大严重问题,即人口急剧增长、资源和能源过度消耗、环境日益恶化,严重威胁着社会经济的可持续发展和人类自身的生存。走可持续发展道路已成为全世界的共识。可持续发展的主要方面是:在减少对环境污染的同时,通过保护和减少浪费来更有效地利用能源和材料。作为21世纪用量最大的建筑材料----- 混凝土,与上述的资源、环境问题密切相关:

(1)混凝土的生产要消耗大量能源和资源。据统计我国每年要开采50亿t以上的矿物质材料来生产水泥和混凝土,为此将破坏自然景观,改变河床位置及形状,造成水土流失或河流改道等严重后果。另外,生产水泥和砂石的开采、破碎及运输过程也都需要耗费大量能量。

(2)生产水泥时,会排放出co2等有害物质。目前全世界每年co2的排放量大约为100亿吨,其中由于生产水泥而产生的co2气体约占10%,是产生温室效应的主要原因。

(3) 为了达到高强度和耐久性的要求，传统的混凝土始终在追

求其结构的密实性。目前城市表面80%以上的面积被建筑物和混凝土路面覆盖，这种密实结构的混凝土缺乏透气性和透水性，对空气的温度、湿度的调节能力差，使城区的温度比郊区和乡村高2-3℃，产生所谓的“热岛效应”。雨水长期不能渗入地下，造成城市地下水位下降，影响地表植物的生长，绿色面积减少，生态系统失调。

由上可见,混凝土工业要实现健康可持续发展必须节约资源、能源、减少对环境的污染,发展生态混凝土;也就是说,不仅要提高混凝土的使用寿命,使其具有优良的环境协调性,降低对环境的负荷,还要考虑自然循环、生物保护和景观保护等生态问题。

一生态混凝土的概念及分类

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生态混凝土可分为环境友好型(减轻环境负荷型)生态混凝土和生物相

容型(环境协调型)生态混凝土两大类。

所谓环境友好型生态混凝土,是指在混凝土的生产、使用直至解体全过程中,能够降低环境负荷的混凝土：生物相容型生态混凝土是指能与动植物等生物和谐共存、对调解生态平衡、美化环境景观、实现人类与自然协调具有积极作用的混凝土。根据用途,这类混凝土可分为植物相容型生态混凝土、海洋生物相容型生态混凝土、淡水生物相容型生态混凝土以及净化水质型生态混凝土等。

二研究现状

（一）减轻环境负荷型生态混凝土

减轻环境负荷型混凝土,是指在生产、使用直到解体过程中,能够降低环境负担或通过改善其性能来降低环境负担的混凝土。从利用高炉矿渣、粉煤灰等工业废渣作为水泥的混合材料、混凝土的掺合料,到开发利用高流态、自密性、高强度、高性能混凝土,从再生骨料混凝土到具有吸音性、调温功能、能够吸收有害气体以及能储蓄热量的混凝土,均属于减轻环境负荷型混凝土。下面仅介绍几种。

1）再生骨料混凝土

再生混凝土(recycled concrete)或再生骨料混凝土(recycled aggregate concrete,rac )，是指将废弃的混凝土块破碎后清洗分级作骨料(称再生骨料recycled aggregate，ra)，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。相对于再生混凝土，用来生产再生骨料的混凝土称原生混凝土或基体混凝土(original concreet )。

全世界每年混凝土使用量大约为20亿立方米，砂石用量要在34亿吨以上，这个数字相当惊人，而同时，从1991年到2000年，全世界废弃的混凝土总量超过了10亿吨。开采天然骨料对自然环境造成了严重的破坏，落后的废弃混凝土处理方法造成了资源的极大浪费。而再生混凝土技术既能解决废旧混凝土的处置问题，又能节省天然砂石，同时带来社会效益、经济效益和环保效益，被认为是发展绿色混凝土，实现建筑资源环境可持续发展的主要措施之一，因此，许多国家都相继进行研究，并取得了很多的成果。

2）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。

（二）生物相容型生态混凝土

1）植生混凝土

植生混凝土是指能够适应绿色植物生长的多孔混凝土。混凝土内部存在许多连续的空隙,使其具有良好的透水、透气特性,施工时,只要在混凝土块的孔隙中充填腐植土、种子、缓释肥料、保水剂等混合材料,草籽就可生根、发芽,并穿透到土壤中生长,从而可以大大改善周围大气的环境。同时,利用其多孔,透水透气性,不仅可使微生物及小动物在其凹凸不平的表面或连续空隙内生息,保持了生物的多样性,具有显著的生态效应;还可成功地解决常规硬化路面

存在的散热少、无呼吸、雨水聚积成涝等问题.可以减轻市政排水设施负担,使地下水得到及时补充,避免造成地下水位明显下降等

严重问题。其结构原理如下图1-2所示：

关于植生混凝土的研究,最早发生于20世纪90年代初期的日本,近年来,我国的梅道亮等人研究成了既能与岩石坡面粘合、防止表

面冲蚀,又能适宜植物发芽和生长的复合植生多孔混凝土,取得了

较好的效果;奚新国等人以粉煤灰为主要原料配制了低碱度生态混凝土也满足了混凝土低碱、多孔适应植物生长的要求。前不久,上海引进的一种新型植生长型混凝土,也首次在嘉定西虬江护坡上亮相,河道护堤的混凝土上长满郁郁葱葱的嫩草,既可满足河道护坡

的硬度要求,又能够为河道景观添绿。

由于环境保护的需要，水土保持、水质净化和退化生态环境的修复和重建得到了世界各国的重视。为了恢复生物的多样性，日本、德国等国家采用植生型多孔混凝土对破坏了的生态环境进行修复

和重建，如用于河道护岸、沟渠驳岸等的修建和恢复中。国内对植生型多孔混凝土的研究还处于起步阶段，除了吉林省水利实业公司与三峡大学合作做了一些研究，并配置出利用建筑废砖石作骨料，抗压强度为5－20mpa以及利用选定粒径的碎砖石作骨料，抗压强度为1.6－2.7mpa的植生型多孔混凝土之外，国内对这方面的研究几乎是一片空白。与此类似的是，最近江苏省盐城工学院开展了对生态友好型多孔陶粒植被混凝土的研究工作，并取得了一定的进展。

2）净化水质生态混凝土

净化水质,不让污水污染环境是急待解决的全球性环保问题。应用于污水处理的生态混凝土是一种多孔混凝土(porous concrete),利用多孔混凝土外表面对各种微生物的吸附,通过生物层的作用产生间接净化功能,将其制成浮体结构或浮岛设置在富营养化的湖河