生態(tài)混凝土的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

摘　要:介紹了生態(tài)混凝土的概念及分類,闡述了國(guó)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(shì),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(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞:生態(tài)混凝土,研究現(xiàn)狀,發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào): TU528. 01 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

　　自20 世紀(jì)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(diào)性能[ 1 ] ,其相關(guān)的綠色建材在美國(guó)、西歐和日本等國(guó)家已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。隨著環(huán)境保護(hù)、保持生態(tài)多樣性及維持社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的呼聲日益高漲,生態(tài)混凝土便應(yīng)運(yùn)而生,它以其優(yōu)異的生態(tài)效應(yīng)得到了世界各國(guó)材料與環(huán)境學(xué)者的普遍重視,是近年來(lái)國(guó)際上迅速發(fā)展起來(lái)的一個(gè)新的研究領(lǐng)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(dāng)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(qiáng)調(diào)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(guò)材料研選、采用特殊工藝、制造出來(lái)的具有特殊結(jié)構(gòu)與表面特性的混凝土,能減少環(huán)境負(fù)荷,并能與生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào),從而為環(huán)保做出貢獻(xiàn)。生態(tài)混凝土的提出,標(biāo)志著人類在處理混凝土材料與環(huán)境的關(guān)系過(guò)程中采取了更加積極、主動(dòng)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(fù)荷型) 生態(tài)混凝土和生物相容型(環(huán)境協(xié)調(diào)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(guò)程中,能夠降低環(huán)境負(fù)荷的混凝土。目前,相關(guān)的技術(shù)途徑主要有以下3 條:

　　1) 降低混凝土生產(chǎn)過(guò)程中的環(huán)境負(fù)擔(dān)。這種技術(shù)途徑主要通過(guò)固體廢棄物的再生利用來(lái)實(shí)現(xiàn)。

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

　　3) 通過(guò)提高性能來(lái)改善混凝土的環(huán)境影響。這種技術(shù)途徑是通過(guò)改善混凝土的性能來(lái)降低其環(huán)境負(fù)擔(dān)。

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(dòng)植物等生物和諧共存、對(duì)調(diào)解生態(tài)平衡、美化環(huán)境景觀、實(shí)現(xiàn)人類與自然協(xié)調(diào)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(zhì)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(yíng)養(yǎng),生長(zhǎng)植物根系這一特點(diǎn)來(lái)種植小草、低灌木等植物,用于河川護(hù)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(shè)置在河、湖和海濱等水域,讓陸生和水生小動(dòng)物附著棲息在其凹凸不平的表面或連續(xù)空隙內(nèi),通過(guò)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(zhǎng)提供良好條件,保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

　　3) 凈化水質(zhì)用生態(tài)混凝土是利用多孔混凝土外表面對(duì)各種微生物的吸附,通過(guò)生物層的作用產(chǎn)生間接凈化功能,將其制成浮體結(jié)構(gòu)或浮島設(shè)置在富營(yíng)養(yǎng)化的湖河內(nèi)凈化水質(zhì),使草類、藻類生長(zhǎng)更加繁茂,通過(guò)定期采割,利用生物循環(huán)過(guò)程消耗污水的富營(yíng)養(yǎng)成分,從而保護(hù)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(shí)補(bǔ)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(shí)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(diào)節(jié)城市空間的溫度和濕度,消除熱島現(xiàn)象;當(dāng)集中降雨時(shí),能夠減輕排水設(shè)施的負(fù)擔(dān),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(shí)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(yīng)綠色植物生長(zhǎng)、進(jìn)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(cè)及中央隔離帶、水邊護(hù)坡、樓頂、停車廠等部位,可以增加城市綠色空間,調(diào)節(jié)人們的生活情緒,同時(shí)能夠吸收噪音和粉塵,對(duì)城市的生態(tài)平衡也起到了積極作用,是與自然協(xié)調(diào)、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(duì)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(jié)構(gòu),具有較大的內(nèi)表面積,與普通的、密實(shí)混凝土組成復(fù)合構(gòu)造。多孔的吸音混凝土直接暴露面對(duì)噪音源,入射的聲波一部分被反射,大部分則通過(guò)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(yīng)型混凝土

　　所謂海洋生物適應(yīng)型混凝土,即能夠營(yíng)造出適合生物生長(zhǎng)生息的空間或空隙,能夠?yàn)楹Ｔ孱惿锾峁┖线m的附著表面,并能在混凝土表面增殖,使混凝土周圍的水質(zhì)對(duì)生物生長(zhǎng)沒(méi)有不良影響。目前開(kāi)發(fā)并已經(jīng)實(shí)際應(yīng)用的海洋生物適應(yīng)型混凝土主要有人工礁石。國(guó)內(nèi)對(duì)生態(tài)混凝土的研究起步較晚,但也取得了一定進(jìn)展。如清華大學(xué)、吉林省水利科學(xué)研究所、吉林省水土保持科學(xué)研究所、同濟(jì)大學(xué)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(xué)提出自適應(yīng)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(yīng)、自供給特征,能適應(yīng)植物生長(zhǎng)的植被混凝土,屬于生態(tài)混凝土的一種。其結(jié)構(gòu)本身具備自適應(yīng)(自動(dòng)適合植物生長(zhǎng)的酸堿度和濕度) 、自供給(結(jié)構(gòu)內(nèi)部提供植物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)元素) 特征,是一種能適合于植物生長(zhǎng)的植被混凝土,并具有工程所需強(qiáng)度的多孔混凝土。吉林省水土保持科學(xué)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(hù)功能的前提下,能使植草良好生長(zhǎng)的環(huán)保型混凝土護(hù)砌材料,并對(duì)綠化混凝土上草坪植物所需營(yíng)養(yǎng)元素進(jìn)行了研究,鹽城工學(xué)院和南京工業(yè)大學(xué)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(shù),天津市水利科學(xué)院研究了能長(zhǎng)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(chǎng)。因此,繼續(xù)開(kāi)發(fā)、研究和應(yīng)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(gè)重要方向。

3 　生態(tài)混凝土的研究意義及發(fā)展趨勢(shì)

　　生態(tài)混凝土具有調(diào)節(jié)生態(tài)平衡、美化環(huán)境景觀、實(shí)現(xiàn)人類與自然的協(xié)調(diào)具有積極的作用,在解決地球環(huán)境問(wèn)題、轉(zhuǎn)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(kāi)發(fā)新型生態(tài)混凝土具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

　　混凝土材料的生態(tài)化是人類對(duì)混凝土這一傳統(tǒng)建筑材料的迫切需求,也是未來(lái)混凝土材料可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。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(hù)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)?；?、理論化、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)?；a(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)化是促進(jìn)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(wú)法指導(dǎo)生態(tài)混凝土的研究,其理論尚待進(jìn)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(xué)、生物學(xué)、土壤學(xué)、肥料學(xué)、硅酸鹽化學(xué)、園藝學(xué)、環(huán)境生態(tài)和水土保持學(xué)等學(xué)科于一體的綜合交叉學(xué)科,體系化是生態(tài)混凝土發(fā)展的必然趨勢(shì)。

　　5) 生態(tài)混凝土的集成化:生態(tài)混凝土研究的趨勢(shì)應(yīng)以集成化和多元化來(lái)達(dá)到復(fù)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(yíng)養(yǎng)元素來(lái)滿足植被混凝土中植物的生長(zhǎng),而植被混凝土中所生長(zhǎng)的植物是通過(guò)某種反應(yīng)來(lái)增加凈水混凝土的凈水效果。

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