生態(tài)混凝土的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

摘　要:介紹了生態(tài)混凝土的概念及分類,闡述了國內(nèi)外生態(tài)混凝土的研究現(xiàn)狀,論述了生態(tài)混凝土的研究定義及發(fā)展趨勢,指出生態(tài)混凝土是一種新型的生態(tài)建筑材料,具有廣闊的應用前景。

關鍵詞:生態(tài)混凝土,研究現(xiàn)狀,發(fā)展趨勢

中圖分類號: TU528. 01 文獻標識碼:A

　　自20 世紀90 年代,吳中偉院士提出的綠色高性能混凝土因具有良好的環(huán)境協(xié)調性能[ 1 ] ,其相關的綠色建材在美國、西歐和日本等國家已經(jīng)被廣泛應用。隨著環(huán)境保護、保持生態(tài)多樣性及維持社會可持續(xù)發(fā)展的呼聲日益高漲,生態(tài)混凝土便應運而生,它以其優(yōu)異的生態(tài)效應得到了世界各國材料與環(huán)境學者的普遍重視,是近年來國際上迅速發(fā)展起來的一個新的研究領域。

1 　生態(tài)混凝土的概念及分類

1. 1 　生態(tài)混凝土的概念

　　“生態(tài)”混凝土與“綠色”混凝土概念類似,但是“綠色”的涵義可理解為:節(jié)約資源、能源;不破壞環(huán)境,更有利于環(huán)境;可持續(xù)發(fā)展,既滿足當代人的需求,又不危害子孫后代,且能滿足其需要。而“生態(tài)”更強調的是直接“有益”于生態(tài)環(huán)境[ 2 ] 。生態(tài)混凝土是一類特殊的混凝土,是通過材料研選、采用特殊工藝、制造出來的具有特殊結構與表面特性的混凝土,能減少環(huán)境負荷,并能與生態(tài)環(huán)境相協(xié)調,從而為環(huán)保做出貢獻。生態(tài)混凝土的提出,標志著人類在處理混凝土材料與環(huán)境的關系過程中采取了更加積極、主動的態(tài)度。

1. 2 　生態(tài)混凝土的分類

　　生態(tài)混凝土可分為環(huán)境友好型(減輕環(huán)境負荷型) 生態(tài)混凝土和生物相容型(環(huán)境協(xié)調型) 生態(tài)混凝土兩大類[ 3 ] 。

1. 2. 1 　環(huán)境友好型生態(tài)混凝土

　　所謂環(huán)境友好型生態(tài)混凝土,是指在混凝土的生產(chǎn)、使用直至解體全過程中,能夠降低環(huán)境負荷的混凝土。目前,相關的技術途徑主要有以下3 條:

　　1) 降低混凝土生產(chǎn)過程中的環(huán)境負擔。這種技術途徑主要通過固體廢棄物的再生利用來實現(xiàn)。

　　2) 降低混凝土在使用過程中的環(huán)境負荷。這種途徑主要通過提高混凝土的耐久性來提高建筑物的壽命。

　　3) 通過提高性能來改善混凝土的環(huán)境影響。這種技術途徑是通過改善混凝土的性能來降低其環(huán)境負擔。

1. 2. 2 　生物相容型生態(tài)混凝土

　　生物相容型生態(tài)混凝土是指能與動植物等生物和諧共存、對調解生態(tài)平衡、美化環(huán)境景觀、實現(xiàn)人類與自然協(xié)調具有積極作用的混凝土。根據(jù)用途,這類混凝土可分為植物相容型生態(tài)混凝土、海洋生物相容型生態(tài)混凝土、淡水生物相容型生態(tài)混凝土以及凈化水質型生態(tài)混凝土等。

　　1) 植物相容型生態(tài)混凝土利用多孔混凝土空隙部位的透氣、透水等性能,滲透植物所需營養(yǎng),生長植物根系這一特點來種植小草、低灌木等植物,用于河川護堤的綠化,美化環(huán)境。

　　2) 海洋生物、淡水生物相容型混凝土是將多孔混凝土設置在河、湖和海濱等水域,讓陸生和水生小動物附著棲息在其凹凸不平的表面或連續(xù)空隙內(nèi),通過相互作用或共生作用,形成食物鏈,為海洋生物和淡水生物生長提供良好條件,保護生態(tài)環(huán)境。

　　3) 凈化水質用生態(tài)混凝土是利用多孔混凝土外表面對各種微生物的吸附,通過生物層的作用產(chǎn)生間接凈化功能,將其制成浮體結構或浮島設置在富營養(yǎng)化的湖河內(nèi)凈化水質,使草類、藻類生長更加繁茂,通過定期采割,利用生物循環(huán)過程消耗污水的富營養(yǎng)成分,從而保護生態(tài)環(huán)境。

2 　生態(tài)混凝土的研究現(xiàn)狀

2. 1 　透水性混凝土

　　與普通的水泥混凝土路面相比,透水性道路能夠使雨水迅速地滲入地表,還原成地下水,使地下水資源得到及時補充,保持土壤濕度,改善城市地表植物和土壤微生物的生存條件;同時透水性路面具有較大的孔隙率,與土壤相通,能蓄積較多的熱量,有利于調節(jié)城市空間的溫度和濕度,消除熱島現(xiàn)象;當集中降雨時,能夠減輕排水設施的負擔,防止路面積水和夜間反光,提高車輛、行人的通行舒適性與安全性;大量的孔隙能夠吸收車輛行駛時產(chǎn)生的噪聲,創(chuàng)造安靜舒適的交通環(huán)境。

2. 2 　綠化混凝土

　　綠化混凝土是指能夠適應綠色植物生長、進行綠色植被的混凝土及其制品。綠化混凝土用于城市的道路兩側及中央隔離帶、水邊護坡、樓頂、停車廠等部位,可以增加城市綠色空間,調節(jié)人們的生活情緒,同時能夠吸收噪音和粉塵,對城市的生態(tài)平衡也起到了積極作用,是與自然協(xié)調、具有環(huán)保意義的混凝土材料。

2. 3 　吸音混凝土

　　吸音混凝土是針對所產(chǎn)生的噪音采取的隔音、吸音措施。吸音混凝土具有連續(xù)、多孔的內(nèi)部結構,具有較大的內(nèi)表面積,與普通的、密實混凝土組成復合構造。多孔的吸音混凝土直接暴露面對噪音源,入射的聲波一部分被反射,大部分則通過連通孔隙被吸收到混凝土內(nèi)部。

2. 4 　海洋及水域生物適應型混凝土

　　所謂海洋生物適應型混凝土,即能夠營造出適合生物生長生息的空間或空隙,能夠為海藻類生物提供合適的附著表面,并能在混凝土表面增殖,使混凝土周圍的水質對生物生長沒有不良影響。目前開發(fā)并已經(jīng)實際應用的海洋生物適應型混凝土主要有人工礁石。國內(nèi)對生態(tài)混凝土的研究起步較晚,但也取得了一定進展。如清華大學、吉林省水利科學研究所、吉林省水土保持科學研究所、同濟大學等單位近幾年做了較多的研究工作,已取得了一定的研究成果[ 4 ] 。清華大學提出自適應植被混凝土,是集智能混凝土和植被混凝土雙重特性的新型生態(tài)混凝土。該混凝土本身具備自適應、自供給特征,能適應植物生長的植被混凝土,屬于生態(tài)混凝土的一種。其結構本身具備自適應(自動適合植物生長的酸堿度和濕度) 、自供給(結構內(nèi)部提供植物生長所需的營養(yǎng)元素) 特征,是一種能適合于植物生長的植被混凝土,并具有工程所需強度的多孔混凝土。吉林省水土保持科學研究所利用建筑廢磚石作骨料,研制出一種在保持原有防護功能的前提下,能使植草良好生長的環(huán)保型混凝土護砌材料,并對綠化混凝土上草坪植物所需營養(yǎng)元素進行了研究,鹽城工學院和南京工業(yè)大學研制出用65 %～70 %粉煤灰制備的低堿生態(tài)混凝土,中建十八局研制了鐵路綠色通道噴混凝土植生技術,天津市水利科學院研究了能長草的混凝土。但是到目前為止還僅限于使用孔洞型綠化混凝土塊體材料,用于城市停車場。因此,繼續(xù)開發(fā)、研究和應用新型綠化混凝土是將混凝土向環(huán)保型材料發(fā)展的一個重要方向。

3 　生態(tài)混凝土的研究意義及發(fā)展趨勢

　　生態(tài)混凝土具有調節(jié)生態(tài)平衡、美化環(huán)境景觀、實現(xiàn)人類與自然的協(xié)調具有積極的作用,在解決地球環(huán)境問題、轉變?nèi)祟惏l(fā)展觀念,改善人居環(huán)境、凈化水污染以及廢物利用等方面,比普通混凝土具有非常優(yōu)越的條件,因此,研究和開發(fā)新型生態(tài)混凝土具有很大的現(xiàn)實意義。

　　混凝土材料的生態(tài)化是人類對混凝土這一傳統(tǒng)建筑材料的迫切需求,也是未來混凝土材料可持續(xù)發(fā)展的目標。生態(tài)混凝土是傳統(tǒng)混凝土材料走可持續(xù)發(fā)展之路,保護生態(tài)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展觀在建筑材料方面的具體體現(xiàn)和必然選擇。因此,生態(tài)混凝土正向著智能化、規(guī)?；⒗碚摶?、體系化和集成化方向發(fā)展。

　　1) 生態(tài)混凝土智能化:生態(tài)混凝土智能化集生態(tài)混凝土和智能混凝土的雙重特性。

　　2) 生態(tài)混凝土規(guī)?；?生態(tài)混凝土規(guī)模化產(chǎn)生的經(jīng)濟化是促進生態(tài)混凝土推廣的有效途徑。

　　3) 生態(tài)混凝土理論化:生態(tài)混凝土不同于傳統(tǒng)混凝土,傳統(tǒng)混凝土的理論無法指導生態(tài)混凝土的研究,其理論尚待進一步研究。

　　4) 生態(tài)混凝土體系化:生態(tài)型混凝土是集巖石工程力學、生物學、土壤學、肥料學、硅酸鹽化學、園藝學、環(huán)境生態(tài)和水土保持學等學科于一體的綜合交叉學科,體系化是生態(tài)混凝土發(fā)展的必然趨勢。

　　5) 生態(tài)混凝土的集成化:生態(tài)混凝土研究的趨勢應以集成化和多元化來達到復合多功能的效果,如研制一種凈水植被混凝土,集植被混凝土和凈水混凝土雙重功能,其目的是用凈水混凝土所吸附的菌類或富營養(yǎng)元素來滿足植被混凝土中植物的生長,而植被混凝土中所生長的植物是通過某種反應來增加凈水混凝土的凈水效果。

參考文獻:

　　[1]吳中偉. 綠色高性能混凝土與科技創(chuàng)新[J ] . 建筑材料學報,1998 (1) :20224.

　　[2] Environmental Council of Concrete Organizations (1999) What’syour IAQ I. Q. ,ECCO ,Skokie , Illinois ,USA. 4pp.

　　[3]李湘洲. 走向可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)混凝土技術[J ] . 中國建材,2003 (1) :46249.

　　[4]陳志山. 用于水污染治理的生態(tài)混凝土技術[J ] . 建筑材料學報,2001 ,4 (1) :60264.

　　[5]王文野,王德成. 城市河道生態(tài)護坡技術的探討[J ] . 吉林水利,2002 ,241 (11) :24226.

　　[6] 陳志山. 生態(tài)混凝土凈水機理和存在問題[ J ] . 給水排水,2001 ,27 (3) :40241.

　　[7]陳志山,劉選舉. 生態(tài)混凝土凈水處理生活污水[J ] . 給水排水,2003 ,29 (2) :10213.