植生混凝土研究

谭思琪

（广州大学土木工程学院　广东广州　510000）

引言

由于城市化发展的需求，我国进行了大规模的基础建设。2013年12月习近平总书记在城镇化会议上强调“建设自然积存、自然渗透、自然净化的海绵城市”。植生混凝土作为一种生态环保型材料，因其连续多孔、透气、透水的特点，既能缓解城市“热岛效应”，又利于地表水的“渗、滞、蓄、净、用、排”，进而使城市能“弹性”适应环境变化和应对自然灾害，在一定程度上改善了生态环境，带来了生态效益，符合建设“海绵城市”的政策号召。

1　植生混凝土的概念

1.1　植生混凝土的定义

什么是植生混凝土？从宏观定义上讲，植生混凝土是一种新型生态环保材料，能够减少给生态环境造成的负荷，同时又协调生态循环。从组成成分上讲，植生混凝土是由胶凝材料、粗集料、外加剂和水按照一定的比例经搅拌、振捣而成，一段时间硬化养护后最终形成连续或半连续的多孔混凝土。植生混凝土体系以多孔混凝土为骨架，通过高压喷射水泥枪或其它方式将保水材料、种植基质和培养液灌注到孔隙内，并在骨架上部敷设一层浅层客土，待多孔混凝土凝结硬化后进行植物培植。

1.2　植生混凝土的特点

植生混凝土与普通混凝土最大的区别在于：植生混凝土在配制时不添加细集料，仅使用碎石、陶粒等粗集料做骨料。由于粗集料的紧密堆积密度远大于等质量砂的紧密堆积密度，故植生混凝土的孔隙率较普通混凝土大，约为20～35%。植生混凝土贯通的大孔隙，可为植物根系生长提供所需的空间，使得柔性的植物与刚性的混凝土有机结合，既能改善生态环境，又能提高生态效益。植生混凝土刚柔并济，具有以下功能性特点：①固土护堤、防波浪冲刷；②实现滞洪补枯的功能；③调节环境温度，有助于减轻城市“热岛”效应；④对水质起到一定程度上的净化作用，为水生动植物的生长生存提供空间，有利于恢复河涌河道水域生态系统。

2　研究植生混凝土的目的及意义

混凝土为城市基础设施建设作出了巨大贡献。与此同时，混凝土的大量使用带来了一系列负面因素，如城市的不透水区域逐渐加大，加剧了“热岛效应”的形成；原材料的大量开采造成资源匮乏等，显然这样的城市化进程与政府提高人民生活质量的初衷相悖。近来年，“生态化建设”成为学者关注的焦点，混凝土也逐渐朝着环境友好、智能调节的方向发展。

3　植生混凝土国内外研究进展

由于生态化建设需要，水土稳固、水质净化和已被破坏环境的修复和重建备受各行业的重视。植生混凝土因生态性受到世界各国工程材料专家的普遍关注。自20世纪80年代美国、法国、日本等国家对植生混凝土进行探索性试验以来，其逐渐发展成为一个新的研究领域。

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

植生混凝土属多孔混凝土，全孔隙是由相互连通的孔隙、半连通孔隙和封闭孔隙组成。其中，连通孔隙与半连通孔隙的总体积合称为有效孔隙。根据植生混凝土的功能性要求，为保持植生，使植物根系能贯穿多孔骨架扎入下层土壤，应控制植生混凝土的连通孔隙率；为实现“渗、滞、蓄、净、用、排”的功能，也应确保一定的半连通孔隙率。即有效孔隙率是植生混凝土的核心指标之一。连通孔隙与混合料总体积之比为连通孔隙率，有效孔隙与混合料总体积之比为有效孔隙率，全孔隙与混合料总体积之比为全孔隙率。

影响孔隙率因素包括粗集料粒径、矿物掺合料、水胶比等。3.1.2植生混凝土的力学性能

抗压强度和抗折强度是表征植生混凝土力学性能的重要指标。影响强度的因素包括灰骨比、骨料粒径、矿物掺合料。

为提高植生混凝土的强度，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，骨料间的接触点的粘贴面积和强度均有所提高，故植生混凝土强度提高。但灰骨比过大时，水泥将填充骨料间的孔隙，导致孔隙率显著下降，且孔隙间碱度上升，不利于植物生长。

（2）降低骨料粒径骨料粒径愈小，骨料间的咬合点愈多，从而强度越高，但为保证一定的孔隙率，应合理选择骨料粒径。

（3）改变骨料级配选用骨料连续级配植生混凝土的强度明显高于单一级配植生混凝土的强度，这是因为骨料间接触点越多，骨料间稳定状态越好，强度保障越高。

（4）掺入矿物掺合料适量掺入矿物掺合料，有利于密实接触点的浆体。

3.2　植生混凝土降碱研究

水泥水化时产生大量以Ca（OH）2为主的可溶性碱，致使多孔混凝土骨架孔隙的pH值高达12以上。对于混凝土而言，较高的碱性是保持化学成分和性能稳定的条件；对于植物而言，过碱将导致植物细胞死亡。所以，为解决混凝土与植物的这一矛盾性问题，应该采取措施以降低孔隙碱环境。

目前，对于植生混凝土孔隙碱环境的评价方法主要有：固液萃取法、净浆试件浸泡法、电位测定土壤pH法，较为常用的是前两种。固液萃取法是粉碎部分试样，经研磨、过筛、加蒸馏水、过滤等操作后，用pH计测定滤液pH值，此方法虽简单，但其测定的碱度大部分来源于水泥毛细孔，与植物实际生存的孔环境碱度有很大的差异性。净浆试件浸泡法则是通过浸泡试件，测定析出的可溶性碱的碱度，此方法测定出的pH值较为真实。而电位测定土壤法目前研究甚少，需进一步探究其合理性。

4　植生混凝土的应用及存在的问题

植生混凝土的应用案例：

国外关于植生混凝土的研究应用较为成熟。早在1994年，日本学者在茨城那珂河河堤采用植生混凝土护岸，选用肯塔基禾，牛毛草和狗牙草培植，经过三年时间对植物自然生长态势以及河岸的稳固性观察表明：植被长势茂盛，河堤坚固可靠。此试验证明了生态混凝土适用于护岸工程。

5　结语

我国植生混凝土技术起步发展较晚，人类对于生活环境、建筑的功能性要求随着经济社会的发展在不断的提高，虽然我国现阶段并没有相应的规范及标准，但通过不断的研究与应用，改善与发展植生混凝土，植生混凝土一定会给人类社会带来更多经济和生态效益。