改良植生型生态混凝土性能研究

徐红灯

（中铁十一局集团第五工程有限公司， 重庆 400037）

0 引言

随着我国社会经济的蓬勃发展，人们的生活质量有了极大程度的提高，城市化水平越来越高，更多的人涌入城市，城市基础设施也担负起不可忽视的重要作用。但在人们享受城市发展带来的便利的同时，一些水环境问题也接踵而至，甚至不断恶化[1]。城市化的推进使大量的高楼拔地而起，道路交通设施飞速延伸，但是这些密实且不透水的混凝土结构在为我们带来便捷生活的同时，也给城市水环境和水生态系统带来了破坏[2]。尽管这些人造硬化水泥石的致密结构保证了材料的高强度和耐用性，同时它却失去了大部分渗透性能，造成了地下水补给的短缺，使城市湿度温度变化异常，另外，在其生产和使用的过程中还会产生不利于植物生长发育的强碱性物质[3]。河流在城市防洪排涝中发挥着极为重要的作用，其自净能力作为重要性能之一，因不断受到人类活动的干扰而降低。此外，大量污水在未经处理的情况下排入河流使城市水体污染状况更为严峻[4]。所以我们需要尽快研发出一种可针于各项新型污染问题的生态混凝土护坡技术，以缓解水环境的持续恶化。

如今，越来越多的城市开始重视河道治理。作为雨水径流的重要屏障，人们也逐渐认识到河道质量与生活质量的密切关系。透水性是生态混凝土最主要的性能指标之一，其会受到基础材料颗粒情况带来的较大影响[7]。改良植生型生态混凝土景观坡岸技术是以传统植生型生态混凝土（Traditional planting eco-concrete,TC）技术为基础，形成一个以生物、水以及自然因素构成的河道生态圈[5]。这种技术能够消除部分生物之间的隔离，且对雨水中的某些污染物也有相对去除能力，真正实现了“可持续发展”的理念。蒋希雁等从生态混凝土的制备工艺、配合比方法、性能研究等方面进行了阐述，并进行了实地应用和检测，得出植生型生态混凝土具有良好的透水性能[8]。当前，植生型生态混凝土技术在河道坡岸治理和绿化中都取得了一定的成果，也在更多的城市建设中发挥重要作用[6]。然而，传统植生型生态混凝土技术多用于一般水污染的治理，对于重金属和一些新型污染物来说，其处理效果就显得不尽人意。为解决这一问题，本研究主要讨论了经过一定改良后的植生型生态混凝土对复杂污染物的处理情况，具有一定的研究价值和应用推广意义。

1 改良植生型生态混凝土的制备

植生型生态混凝土的结构和特点与传统混凝土有较大差异，因此不能再使用传统生态混凝土的设计方案。有一种方案认为，水泥浆体将粗集料均匀包裹并使之胶结，在水泥浆体硬化后，与粗集料之间形成多孔结构，这就是植生型生态混凝土渗透结构的重要基础。

1.1 混凝土配合比设计

1.1.1 混凝土水灰比的选择

植生型生态混凝土的渗透性和强度与水灰比有关。高水灰比致使水泥浆体不能固定，并形成较厚的水泥浆体层，严重破坏混凝土的各项性能以及影响后期植物生长发育；当水灰比太小时，不能得到均匀混合的水泥浆体，更不能使浆体包裹在粗骨料表面。本试验为获得紧密集成的混凝土整体以及后期植物生长的有利条件，在前期研究基础上，最终确定水灰比为0.26。

1.1.2 混凝土灰骨比的选择

水泥掺杂量，即灰骨比的大小对混凝土的强度和透水性能有着深远影响。随着水泥浆含量的增加，混凝土强度随粗骨料表面的水泥层厚度的增加而提高。若是掺杂量过大，则混凝土的孔隙率变小，使其渗透性降低。所以，若想获得最高强度的混凝土，就要在保证混凝土渗透性能的前提下，尽可能提升水泥掺杂量。本试验经过多次尝试，确定水泥掺杂量为0.125。

1.2 混凝土的制备与养护

1.2.1 混凝土搅拌工艺

植生型生态混凝土在搅拌过程中由于水泥用量的不足和细集料的缺少致使搅拌流动性较差。但是在搅拌过程中，胶结浆体材料较易发生团聚，导致水泥浆体与粗骨料既不容易混合也很难分离。因此，需要调整搅拌工艺，使水泥浆体材料尽可能均匀的包裹在粗集料的表面：粗集料表面水泥浆体包裹层应光滑且均匀，且不存在流动现象。本试验所使用的工艺方法可称为“灰料裹石法”，此方法是多次研究与不断探索得到成果。图1展示了成型的植生型生态混凝土。

1.2.2 混凝土成型和养护工艺

将搅拌均匀的混凝土拌合物等分为三份，依次装入规格为150 mm*150 mm*150 mm 的膜具内，先将一份混凝土拌合物加入至膜具内，后用捣锤将其压实；第二份混凝土拌合物加入后，在振动台上放置10s 使其均匀分布，使其结合地更加牢固；最后加入剩余的混凝土拌合物，将混凝土试块的表面与膜具抹平。将试块的表面抹平后，撒上一些水用来保湿，并用保鲜膜将其包裹起来。在室内阴凉处静置24-36 小时后，将制备成型的土试块取出，并放置在混凝土养护室内，以备后续试验研究需要。

2 改良植生型生态混凝土性能研究

本研究成功制备出了4 种不同类型的生态混凝土，分别为传统植生型生态混凝土（TC）以及三种改良植生型生态混凝土（RFC、RFC-A、RFC-A-P）。

2.1 结构性能对比研究

图2 表明，这4 种不同类型的植生型生态混凝土的抗压强度为9.17±0.15 MPa、8.17±0.12 MPa、7.63±0.12 MPa 和7.13±0.17 MPa，显然，这4 种类型中抗压强度最高的是传统植生型生态混凝土（TC），原因是其没有添加其他材料，另外3 种类型的植生型混凝土抗压强度都相应有所减少，第4 种RFC-A-P 类型的抗压强度最低，原因是在其成型过程中加入的10%的浮石，未被胶结接料裹浆；这4中混凝土的孔隙率分别为21.7±0.12%、22.1±0.34%、22.2±0.29%和24.8±0.25%，上述数据表明3 种植生型混凝土的孔隙率无明显差别，第4 种RFC-A-P 类型的孔隙率略大于其他3 种植生型生态混凝土，原因是多孔浮石材料的添加；这4 种混凝土的透水系数分别为12.57±0.07 mm/s、12.65±0.13 mm/s、12.76±0.09 mm/s 和13.15±0.05 mm/s，4 种类型混凝土的渗透系数都相对较大，说明它们都具有较好的透水透气性能。此外，由于浮石材料的加入， 第4 种RFC-A-P 类型的透水系数略大一些。

图2 四种植生型生态混凝土结构性能对比

2.2 植生性能对比研究

本试验为了观察改良后植生生态混凝土的植生性能，采用高羊茅作为种植植物。植生型生态混凝土具有较大的孔隙率和透水透气性能，其生长发育需要一定的空间和营养，只要pH 低于10，植物就可以进行正常的生理活动，在植生型生态混凝土（下图展示了RFC 类型生态混凝土的生长情况）上覆土并种植高羊茅草种，图3 表示其生长发育情况：

图3 不同生长阶段植生性能对比

3 结论

通过选用不同植生型生态混凝土材料以及探索多种制备成型方法，本研究成功制备出4 种植生型生态混凝土：T TC（传统植生型生态混凝土）、RFC（10%赤泥20%粉煤和70%水泥）、RFC-A（在RFC 的基础上额外添加5%的活性炭颗粒）和RFC-A-P（在RFC-A 的基础上，将10%的粗骨料用浮石替代）。待培养完成后，对4 种生态混凝土进行了结构性能的测试，验证了其具有满足城市河湖护坡要求的能力。