摘 要:介绍了生态混凝土的概念及分类,阐述了国内外生态混凝土的研究现状,论述了生态混凝土的研究定义及发展趋势,指出生态混凝土是一种新型的生态建筑材料,具有广阔的应用前景。
关键词:生态混凝土,研究现状,发展趋势
中图分类号: TU528. 01 文献标识码:A
自20 世纪90 年代,吴中伟院士提出的绿色高性能混凝土因具有良好的环境协调性能[ 1 ] ,其相关的绿色建材在美国、西欧和日本等国家已经被广泛应用。随着环境保护、保持生态多样性及维持社会可持续发展的呼声日益高涨,生态混凝土便应运而生,它以其优异的生态效应得到了世界各国材料与环境学者的普遍重视,是近年来国际上迅速发展起来的一个新的研究领域。
1 生态混凝土的概念及分类
1. 1 生态混凝土的概念
“生态”混凝土与“绿色”混凝土概念类似,但是“绿色”的涵义可理解为:节约资源、能源;不破坏环境,更有利于环境;可持续发展,既满足当代人的需求,又不危害子孙后代,且能满足其需要。而“生态”更强调的是直接“有益”于生态环境[ 2 ] 。生态混凝土是一类特殊的混凝土,是通过材料研选、采用特殊工艺、制造出来的具有特殊结构与表面特性的混凝土,能减少环境负荷,并能与生态环境相协调,从而为环保做出贡献。生态混凝土的提出,标志着人类在处理混凝土材料与环境的关系过程中采取了更加积极、主动的态度。
1. 2 生态混凝土的分类
生态混凝土可分为环境友好型(减轻环境负荷型) 生态混凝土和生物相容型(环境协调型) 生态混凝土两大类[ 3 ] 。
1. 2. 1 环境友好型生态混凝土
所谓环境友好型生态混凝土,是指在混凝土的生产、使用直至解体全过程中,能够降低环境负荷的混凝土。目前,相关的技术途径主要有以下3 条:
1) 降低混凝土生产过程中的环境负担。这种技术途径主要通过固体废弃物的再生利用来实现。
2) 降低混凝土在使用过程中的环境负荷。这种途径主要通过提高混凝土的耐久性来提高建筑物的寿命。
3) 通过提高性能来改善混凝土的环境影响。这种技术途径是通过改善混凝土的性能来降低其环境负担。
1. 2. 2 生物相容型生态混凝土
生物相容型生态混凝土是指能与动植物等生物和谐共存、对调解生态平衡、美化环境景观、实现人类与自然协调具有积极作用的混凝土。根据用途,这类混凝土可分为植物相容型生态混凝土、海洋生物相容型生态混凝土、淡水生物相容型生态混凝土以及净化水质型生态混凝土等。
1) 植物相容型生态混凝土利用多孔混凝土空隙部位的透气、透水等性能,渗透植物所需营养,生长植物根系这一特点来种植小草、低灌木等植物,用于河川护堤的绿化,美化环境。
2) 海洋生物、淡水生物相容型混凝土是将多孔混凝土设置在河、湖和海滨等水域,让陆生和水生小动物附着栖息在其凹凸不平的表面或连续空隙内,通过相互作用或共生作用,形成食物链,为海洋生物和淡水生物生长提供良好条件,保护生态环境。
3) 净化水质用生态混凝土是利用多孔混凝土外表面对各种微生物的吸附,通过生物层的作用产生间接净化功能,将其制成浮体结构或浮岛设置在富营养化的湖河内净化水质,使草类、藻类生长更加繁茂,通过定期采割,利用生物循环过程消耗污水的富营养成分,从而保护生态环境。
2 生态混凝土的研究现状
2. 1 透水性混凝土
与普通的水泥混凝土路面相比,透水性道路能够使雨水迅速地渗入地表,还原成地下水,使地下水资源得到及时补充,保持土壤湿度,改善城市地表植物和土壤微生物的生存条件;同时透水性路面具有较大的孔隙率,与土壤相通,能蓄积较多的热量,有利于调节城市空间的温度和湿度,消除热岛现象;当集中降雨时,能够减轻排水设施的负担,防止路面积水和夜间反光,提高车辆、行人的通行舒适性与安全性;大量的孔隙能够吸收车辆行驶时产生的噪声,创造安静舒适的交通环境。
2. 2 绿化混凝土
绿化混凝土是指能够适应绿色植物生长、进行绿色植被的混凝土及其制品。绿化混凝土用于城市的道路两侧及中央隔离带、水边护坡、楼顶、停车厂等部位,可以增加城市绿色空间,调节人们的生活情绪,同时能够吸收噪音和粉尘,对城市的生态平衡也起到了积极作用,是与自然协调、具有环保意义的混凝土材料。
2. 3 吸音混凝土
吸音混凝土是针对所产生的噪音采取的隔音、吸音措施。吸音混凝土具有连续、多孔的内部结构,具有较大的内表面积,与普通的、密实混凝土组成复合构造。多孔的吸音混凝土直接暴露面对噪音源,入射的声波一部分被反射,大部分则通过连通孔隙被吸收到混凝土内部。
2. 4 海洋及水域生物适应型混凝土
所谓海洋生物适应型混凝土,即能够营造出适合生物生长生息的空间或空隙,能够为海藻类生物提供合适的附着表面,并能在混凝土表面增殖,使混凝土周围的水质对生物生长没有不良影响。目前开发并已经实际应用的海洋生物适应型混凝土主要有人工礁石。国内对生态混凝土的研究起步较晚,但也取得了一定进展。如清华大学、吉林省水利科学研究所、吉林省水土保持科学研究所、同济大学等单位近几年做了较多的研究工作,已取得了一定的研究成果[ 4 ] 。清华大学提出自适应植被混凝土,是集智能混凝土和植被混凝土双重特性的新型生态混凝土。该混凝土本身具备自适应、自供给特征,能适应植物生长的植被混凝土,属于生态混凝土的一种。其结构本身具备自适应(自动适合植物生长的酸碱度和湿度) 、自供给(结构内部提供植物生长所需的营养元素) 特征,是一种能适合于植物生长的植被混凝土,并具有工程所需强度的多孔混凝土。吉林省水土保持科学研究所利用建筑废砖石作骨料,研制出一种在保持原有防护功能的前提下,能使植草良好生长的环保型混凝土护砌材料,并对绿化混凝土上草坪植物所需营养元素进行了研究,盐城工学院和南京工业大学研制出用65 %～70 %粉煤灰制备的低碱生态混凝土,中建十八局研制了铁路绿色通道喷混凝土植生技术,天津市水利科学院研究了能长草的混凝土。但是到目前为止还仅限于使用孔洞型绿化混凝土块体材料,用于城市停车场。因此,继续开发、研究和应用新型绿化混凝土是将混凝土向环保型材料发展的一个重要方向。
3 生态混凝土的研究意义及发展趋势
生态混凝土具有调节生态平衡、美化环境景观、实现人类与自然的协调具有积极的作用,在解决地球环境问题、转变人类发展观念,改善人居环境、净化水污染以及废物利用等方面,比普通混凝土具有非常优越的条件,因此,研究和开发新型生态混凝土具有很大的现实意义。
混凝土材料的生态化是人类对混凝土这一传统建筑材料的迫切需求,也是未来混凝土材料可持续发展的目标。生态混凝土是传统混凝土材料走可持续发展之路,保护生态环境与可持续发展观在建筑材料方面的具体体现和必然选择。因此,生态混凝土正向着智能化、规模化、理论化、体系化和集成化方向发展。
1) 生态混凝土智能化:生态混凝土智能化集生态混凝土和智能混凝土的双重特性。
2) 生态混凝土规模化:生态混凝土规模化产生的经济化是促进生态混凝土推广的有效途径。
3) 生态混凝土理论化:生态混凝土不同于传统混凝土,传统混凝土的理论无法指导生态混凝土的研究,其理论尚待进一步研究。
4) 生态混凝土体系化:生态型混凝土是集岩石工程力学、生物学、土壤学、肥料学、硅酸盐化学、园艺学、环境生态和水土保持学等学科于一体的综合交叉学科,体系化是生态混凝土发展的必然趋势。
5) 生态混凝土的集成化:生态混凝土研究的趋势应以集成化和多元化来达到复合多功能的效果,如研制一种净水植被混凝土,集植被混凝土和净水混凝土双重功能,其目的是用净水混凝土所吸附的菌类或富营养元素来满足植被混凝土中植物的生长,而植被混凝土中所生长的植物是通过某种反应来增加净水混凝土的净水效果。
参考文献:
[1]吴中伟. 绿色高性能混凝土与科技创新[J ] . 建筑材料学报,1998 (1) :20224.
[2] Environmental Council of Concrete Organizations (1999) What’syour IAQ I. Q. ,ECCO ,Skokie , Illinois ,USA. 4pp.
[3]李湘洲. 走向可持续发展的生态混凝土技术[J ] . 中国建材,2003 (1) :46249.
[4]陈志山. 用于水污染治理的生态混凝土技术[J ] . 建筑材料学报,2001 ,4 (1) :60264.
[5]王文野,王德成. 城市河道生态护坡技术的探讨[J ] . 吉林水利,2002 ,241 (11) :24226.
[6] 陈志山. 生态混凝土净水机理和存在问题[ J ] . 给水排水,2001 ,27 (3) :40241.
[7]陈志山,刘选举. 生态混凝土净水处理生活污水[J ] . 给水排水,2003 ,29 (2) :10213.
