基于园林废弃物再生利用的生态混凝土性能研究

崔恒香，王本耀，史亚儒，崔 鹏，杨瑞卿

（1.上海江叶园林景观工程有限公司，上海市 200331；2.上海市绿化管理指导站,上海市 200020；

3.上海市普陀区社区绿化管理所，上海市 200331；4.上海城市树木生态应用工程技术研究中心，上海市 200020）

0 引言

近年来，我国的各大城市绿化建设发展迅猛，而在城市绿化美化过程中产生的诸如枯枝、落叶及绿化修剪物等园林废弃物产生量也在不断增多，这无疑增大了城市的垃圾处理总量。而受限于目前经济、技术及认识水平等的不足，我国的园林废弃物大多随生活垃圾一并进行填埋或焚烧处理，这不仅浪费了资源，也破坏了生态环境[1-2]。目前的大量研究表明，将园林废弃物破碎后进行直接覆盖或堆肥处理能够有效提高土壤肥力，改善土壤性能，是现代处理园林废弃物的重要发展方向[3-6]。但此类处理方式在我国还尚处于起步阶段，无法完全消纳目前所产生的大量园林废弃物。因此积极探索园林废弃物再生利用的其他方式显得尤为重要。

海绵城市是通过加强城市规划建设管理，充分发挥建筑、道路和绿地、水系等生态系统对雨水的吸纳、蓄渗和缓释作用，有效控制雨水径流，实现自然积存、自然渗透、自然净化的城市发展方式。透水铺装是海绵城市建设重要的低影响开发技术之一，具有很好的透水功能；从园林废弃物的组成上来看，修剪所产生的树枝及树干占据了园林废弃物的重要部分，且这些废弃物的碳氮比高，发酵难度大[2]，该类废弃物破碎后还具有较好的吸水性与保水性。因此考虑园林废弃物与混凝土结合，更好地实现对雨水的蓄存和缓释作用。

基于此，本文利用破碎后的园林废弃物作为原材料掺入到混凝土中，制备生态混凝土，并测试了此类生态混凝土的力学性能及耐久性，为园林废弃物的再生利用提供新的思路。

1 试验材料与试验方法

1.1 原材料选择与试样制备

该试验选用42.5级硅酸盐水泥、细度模数为2.6的河砂、连续级配碎石、粉碎后的园林废弃物及自来水为原材料，制备了园林废弃物掺量（相对于水泥的质量百分数）分别为7%、8.5%及10%三组生态混凝土，并命名为C-7、C-8.5及C-10。

1.2 试验方法

1.2.1 生态混凝土的力学性能测试方法

按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081—2002）规定的方法成型试件，测试生态混凝土的抗压强度与抗折强度。

1.2.2 生态混凝土的孔隙率及保水率测试方法

（1）将混凝土立方试件置于烘箱中，并在（105±5）℃的条件下烘至恒重，再置于干燥器中冷却至室温，用直尺量出试件尺寸后计算其体积，记为V。

（2）将上述试件浸入水中，待无气泡出现时测量试件在水中的质量，记为m1。

（3）从水中取出试件，用拧干后的柔软湿毛巾快速擦拭试件表面水（不得吸走孔隙内的水），称取试件的表干质量（m3）。注意：从试件由水中取出到称重的过程不宜超过3s，且称量过程中流出的水不得再次擦拭。

（4）将上述试件置于60℃烘箱中烘至24h后再次称重，记为m2。

（5）按下式计算试件的孔隙率P及保水率B：

式中：ρ为水的密度。

1.2.3 生态混凝土透水性能测试方法

试验方法参照《公路路基路面现场测试规程》（JTGE60—2008）中的路面透水系数测试方法。

1.2.4 生态混凝土的抗干湿循环性能测试方法

取两组相同配比的生态混凝土试件并放入电热鼓风干燥箱内，在（65±2）℃温度下烘至恒重。随后取其中一组三块试件并浸入水温为（20±5）℃的净水中，使试件上表面距水面不小于30mm，浸泡5min后取出，放在室内晾干30min，随后继续放入（65±2）℃的干燥箱内烘干7h，至此完成一次干湿循环，并如此反复30次为止。最后对比两组试件的抗压强度差异，以此评价生态混凝土的抗干湿循环性能。

1.2.5 生态混凝土的抗冻融循环性能测试方法

按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T50082—2009）规定的慢冻法对试块进行了25次冻融循环，并通过冻融循环前后试块的强度损失率与质量损失率来评价生态混凝土的抗冻融循环性能。

2 试验结果分析

2.1 生态混凝土的力学性能

本文研究了园林废弃物掺量对生态混凝土28d龄期时的力学性能影响，包括抗压强度与抗折强度，试验测试如图1与图2所示，测试结果如图3所示。

图1 抗压强度测试

图2 抗折强度测试

图3 生态混凝土的抗压强度与抗折强度

由图3试验结果可知，随着园林废弃物掺量的增加，生态混凝土的抗压强度与抗折强度均不断降低。当园林废弃物掺量为10%时，生态混凝土的抗压强度为11.2MPa，抗折强度也为1.4MPa，超过10MPa。为了解园林废弃物掺入混凝土中对混凝土力学性能的不利影响，试验观察了C-10组生态混凝土受压破坏后的破坏状态，结果如图4所示。

图4 C-10组混凝土受压破坏后的状态

由图4可知，生态混凝土试块受压达到临界抗压点后迅速破坏，破坏后的混凝土碎块呈松散状，且园林废弃物碎片易分辨出，碎片表面浆体含量较少，即表明园林废弃物碎片与水泥浆体胶结能力差，混凝土受压时易在园林废弃物碎片与水泥浆体界面产生应力集中，并最终受压破坏，导致生态混凝土力学性能较差，因此混凝土中掺加园林废弃物用量应进行控制。根据其强度指标，可用于公园步道、人行道、广场、绿道等透水铺装中。

2.2 生态混凝土的孔隙率及保水率

考虑到破碎后的园林废弃物质地相对疏松且具有较好的吸水性与保水性，为此本文考虑了园林废弃物掺量对生态混凝土孔隙率及保水率的影响，测试结果如图5所示。

图5 园林废弃物掺量对生态混凝土孔隙率及保水率的影响

由图5可知，随着园林废弃物掺量的增加，生态混凝土的孔隙率及保水率均不断增加，两者呈正相关性。这一结果与上述生态混凝土的力学性能变化规律相吻合，即随着园林废弃物掺量的增加，生态混凝土孔隙率增大，孔隙率可达20%，保水率相应提高，可达到0.2g/cm3，具有很好的保水性。

2.3 生态混凝土的透水性能

测定不同掺量园林废弃物生态混凝土的透水性能，如图6所示，试验结果如图7所示。生态混凝土具有较好的透水性能，可达到800ml/min以上，但是相对于透水铺装可以达到800ml/15s的透水系数，透水速度相对较低，而具有更好的对雨水的蓄存和缓释作用。

图6 透水性能测定

图7 生态混凝土透水系数

2.4 生态混凝土的抗干湿循环性能

为探究生态混凝土的耐久性能，该研究测试了生态混凝土的抗干湿循环性能，结果如图8所示。

图8 生态混凝土的抗干湿循环性能

由图8可知，三组生态混凝土在经历30次干湿循环作用后，混凝土的抗压强度几乎不损失，甚至有略微增长。这是由于在干湿循环作用过程中，生态混凝土在浸湿后经历了高温作用，促进了水泥的水化，进而提高了生态混凝土的强度。因此水的长期循环作用对生态混凝土性能没有影响。

2.5 生态混凝土的抗冻融性能

该研究测试了三组生态混凝土在经历了25次冻融循环后的质量损失情况与抗压强度损失情况，结果如图9所示。

图925 次冻融循环试验后生态混凝土的质量损失情况与强度损失情况

由图9a可知，冻融循环对三组生态混凝土的质量损失影响较小，三组生态混凝土的质量损失率仅为1.5%左右。而图9b的结果表明，冻融循环对三组生态混凝土的抗压强度产生了不利影响，C-7、C-8.5及C-10三组试样在25次冻融循环后的强度损失率分别为24.7%、25.0%及24.9%。因此掺加园林废弃物的生态混凝土抗冻融循环性能需要进一步提高。

3 结语

（1）通过一系列试验分析，掺加园林废弃物的混凝土具有较好的保水性能、透水性能，可以更好地实现对雨水的蓄渗和缓排，同时实现了园林废弃物的再生利用。

（2）随着园林废弃物掺量增加，混凝土强度逐渐降低，使用中应控制园林废弃物掺量。

（3）从生态混凝土的耐久性角度考虑，其抗干湿循环性能良好，30次干湿循环后，混凝土的抗压强度几乎不损失，雨水对材料没有显著影响。但在经历25次冻融循环后，三组生态混凝土的强度损失率相对较大，不宜用于冬季寒冷地区，或者对其抗冻性进行改善。

（4）根据试验结果分析，该材料可用于公园步道、人行道、广场、绿道等透水铺装中。

参考文献：

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