植生混凝土性能的試驗研究

戢文占，王 珂，張 濤，霍 亮

（中國建筑股份有限公司技術中心，北京101300）

1 引言

隨著經濟、社會的不斷發(fā)展和城市化進程的加快，我國對混凝土的使用量日益高漲。2010年，我國商品混凝土用量已經超過6億m3。在人們利用混凝土的結構性能的同時，越來越重視混凝土的智能性、生態(tài)性等其它功能，因此，具有透水、透氣性的植生混凝土應運而生，植生混凝土屬于多孔混凝土，并且利用多孔混凝土的大孔隙、透水及透氣的特點，滲透植物所需營養(yǎng)，生長植物根系這一特點，在孔隙內填充營養(yǎng)物質種植植物。

植生混凝土能夠在一定程度上解決水土流失、水質凈化、退化生態(tài)環(huán)境的修復等功能，在日本、歐美等國家得到了廣泛的應用。我國已有不少研究機構對植生混凝土進行了試驗研究，并且對混凝土原材料選擇、配合比設計、植物的選擇等方面做了大量的試驗對比，但在實際工程應用方面還需做進一步的工作。本文從植生混凝土能夠達到種植所需要的主要因素進行了闡述。

2 植生混凝土的種類與構造

植生混凝土從構造上來看，可分為孔洞型、孔洞型多層結構和多孔連續(xù)型等3種形式［1］。孔洞型結構是指植草磚一類的混凝土塊，基體為普通混凝土，在澆筑時預留植草的孔洞；孔洞型多層結構植生混凝土上層為多孔混凝土板，底層為凹槽型，中間形成一定空間的培土層，一般在屋頂綠化、圍墻頂部等部位使用。這兩種植生結構中，混凝土只是起到外圍架構的作用，植物的生長還是完全靠土壤，因此嚴格意義上講，這兩種都不是真正意義的植生混凝土。

本文所提到的多孔連續(xù)型植生混凝土采用多孔混凝土的配合比設計，采用大顆粒單粒級粗骨料，預留20%～30%的連通孔隙，在孔隙內填充營養(yǎng)物質，為綠色植物生長提供空間，在混凝土表面覆蓋一層薄土，起到早期植物營養(yǎng)的供給和保水作用，多孔連續(xù)型植生混凝土的結構如見圖1。

圖1 多孔連續(xù)型植生混凝土結構圖

3 實驗設計及結果

植生混凝土在其連通孔隙里能夠有一定的空間儲存植物生長所需的營養(yǎng)物質，并且這個空間應該滿足植物生長的環(huán)境，并且作為護坡、護堤等部位時，為了達到能夠保護環(huán)境，防止水土流失的作用，需要有一定的強度要求，總的來說，植生混凝土的核心指標要求包括：強度、孔隙率、孔隙內的pH值等因素。

3．1 原材料

（1）水泥。采用河北燕新建材有限公司生產的鉆牌PO42．5水泥，其物理性能見表1。

表1 水泥的性能指標

（2）粗骨料。碎石，其物理性能見表2。

表2 碎石的物理性能

（3）減水劑。采用北京慕湖外加劑廠生產的萘系高效減水劑。

（4）摻加料。北京西曼特工程技術有限公司生產的硅灰粉，用于提高混凝土的強度，并且降低混凝土的堿含量。

3．2 配合比設計

植生混凝土屬于多孔混凝土，因此其配合比設計一般采用體積法進行計算，通過目標孔隙率的選擇，確定各組分的用量，再根據粗骨料的空隙率、水膠比、以及目標孔隙率計算出各材料的用量［2］。本文的實驗配合比見表3。

表3 植生混凝土配合比

3．3 實驗結果

實驗結果見表4。

表4 植生混凝土的試驗結果

4 結果與討論

4．1 強度因素

植生混凝土一般用于公路護坡等部位，無車載要求，抗壓強度達到10MPa通?？梢詽M足使用要求，從表4的試驗對比結果中可以看出，孔隙率越高強度越低，反之則越高，兩者呈反比的關系；同時，膠結材中使用硅灰取代部分水泥，對強度的提高有一定的作用。

4．2 孔隙率因素

孔隙率的作用是為植物所需的營養(yǎng)物質提供一定的存儲空間，孔隙率一般不低于20%，并在強度滿足要求時越大越能夠存儲更多的營養(yǎng)物質。從試驗結果中可以看出，配合比合適時，孔隙率達到30%可以滿足一般的使用要求。

4．3 混凝土孔隙內的pH值

混凝土中水泥的主要成分是CaO，水泥水化產生大量的Ca（OH）2，因此混凝土呈堿性，pH值在12～13左右，而植物生長環(huán)境的pH值一般在3．5～9．5之間，如何改善混凝土孔隙內部的堿環(huán)境是植生混凝土需要研究的核心內容之一［3］，從本文的試驗結果來看，摻加硅灰對堿環(huán)境有一定的改善，但效果不明顯，除此之外，還可以結合用弱酸性土壤改善孔隙內堿性環(huán)境；噴灑或侵入FeSO4溶液與Ca（OH）2發(fā)生化學反應降低pH值［4］；還有采用環(huán)氧樹脂對多孔混凝土進行表面處理，使其在多孔混凝土表面形成一層薄膜，從而隔絕土壤與堿性物質的接觸，使孔隙環(huán)境的pH值保持在一個較合理的范圍。

5 結語

（1）在20%～30%的孔隙率要求下，優(yōu)化混凝土配合比設計，可以配制出強度等級達到C10的植生混凝土，能夠滿足一般護坡混凝土的要求。

（2）通過物理與化學相結合的方法改善植生混凝土孔隙內的堿環(huán)境，能夠達到植物生長環(huán)境的要求。

植生混凝土對環(huán)境的保護作用是明顯的，相對于其他護坡材料的優(yōu)點是強度高，整體性好，可種植綠色植物，缺點是技術性要求高，施工工藝較復雜，對于坡度較大的部位難于施工。技術方面針對于孔隙內堿環(huán)境的改善還需進一步研究工藝簡單、效果更好的方法，草種的選擇也是重要的方面，要選擇耐旱、生命力強的植物，在北方種植還要耐寒。相信隨著我國對生態(tài)環(huán)境重視程度的提高，公路、橋梁、山體的護坡及河道的護堤會越來越多的使用這種環(huán)境友好型生態(tài)材料——植生混凝土。

［1］姜偉民．植生混凝土綜述與開發(fā)應用研究［J］．混凝土，2009（7）：97～98，105．

［2］宋中南，石云興．透水混凝土及其應用技術［M］．北京；中國建筑工業(yè)出版社，2011．

［3］沈 炫．構造性多孔植被混凝土的試驗研究［D］．武漢：湖北工業(yè)大學，2009．

［4］詹鎮(zhèn)峰，李從波．植生混凝土的研究與應用述評［J］．廣東水利水電，2007（6）：57～58，65．