生態(tài)混凝土技術(shù)的應(yīng)用研究

位建召

(石家莊市公路橋梁投資開(kāi)發(fā)管理中心)

1 生態(tài)混凝土的特點(diǎn)

(1)具有比傳統(tǒng)混凝土更高的強(qiáng)度和耐久性,能滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)物力學(xué)性能、使用功能以及使用年限的要求;

(2)具有與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)性,減輕對(duì)地球和生態(tài)環(huán)境的負(fù)荷,實(shí)現(xiàn)非再生型資源的循環(huán)利用;

(3)具有良好的使用功能,能為人類(lèi)構(gòu)筑溫和、舒適、便捷的生活環(huán)境。

2 生態(tài)混凝土和普通混凝土的對(duì)比

(1)我國(guó)水泥產(chǎn)量最多,應(yīng)用面也很廣泛,為我國(guó)的發(fā)展和建設(shè)做出了重大的貢獻(xiàn);

(2)普通混凝土結(jié)構(gòu)的承載力不足,耐久性差,壽命短。結(jié)構(gòu)過(guò)早的破壞造成資源的重大浪費(fèi)并對(duì)環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重污染;

(3)水泥混凝土材料面臨著資源和能源缺乏的新形勢(shì);(4)水泥和混凝土生產(chǎn)給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重的污染。

圖 1 生態(tài)混凝土和普通混凝土的比較

表 1 生態(tài)水泥和普通水泥的化學(xué)成分比較

表 2 生態(tài)水泥和普通水泥的礦物組成比較

表 3 生態(tài)水泥和其他水泥的物理力學(xué)性能比較

3 生態(tài)混凝土的應(yīng)用

3.1 環(huán)境友好型生態(tài)混凝土

(1)生態(tài)水泥。

生態(tài)水泥(EC02Cement)是指采用城市垃圾焚燒灰、下水道污泥和工業(yè)廢棄物作原料,經(jīng)過(guò)處理、配料、燒成、粉磨等工藝,制成的一種新型水泥。這種水泥有利于解決廢棄物處理、石灰石資源節(jié)約和減少 CO2排放量等問(wèn)題。例如,生產(chǎn) 1 t生態(tài)水泥熟料時(shí),需要垃圾焚燒灰 0.5 t(城市垃圾5.5 t燒成后產(chǎn)品)、脫水后的下水道污泥 0.3 t、補(bǔ)充石灰石等天然原料 0.3 t。生產(chǎn) 1 t生態(tài)水泥的工藝及原料見(jiàn)圖 2。

(2)再生骨料混凝土。

再生骨料混凝土是廢混凝土經(jīng)過(guò)特殊處理工藝制成再生骨料,用其部分或全部代替天然骨料(砂石)配制成。其工藝為先將混凝土建筑結(jié)構(gòu)物解體后的混凝土塊運(yùn)進(jìn)工廠,經(jīng)一次破碎之后,剔除鐵塊及粗大雜物;初碎的混凝土塊再經(jīng)二級(jí)破碎,濕式分級(jí),分離成粗、細(xì)骨料及砂漿,同時(shí)排放污水。據(jù)報(bào)道,日本每年有 3 000萬(wàn)t舊混凝土,他們對(duì)其開(kāi)發(fā)利用以生產(chǎn)砂子和水泥。這樣能避免50年后砂石資源枯竭的困境。但全部用再生細(xì)骨料和再生粗骨料配制的混凝土強(qiáng)度要低于基準(zhǔn)混凝土。經(jīng)試驗(yàn)證明,以30%的粗細(xì)再生骨料等量取代天然骨料,配制成的混凝土強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土相同。

(3)吸音混凝土。

公路交通建設(shè)和發(fā)展在極大的推動(dòng)人類(lèi)進(jìn)步的同時(shí),也給人類(lèi)的生存環(huán)境帶來(lái)了許多負(fù)面的影響,其中交通噪音是急需解決的問(wèn)題之一。吸音混凝土就是為了減少交通噪音而開(kāi)發(fā)的,適用于機(jī)場(chǎng),高速公路、高速鐵路兩側(cè)、地鐵等產(chǎn)生恒定噪音的場(chǎng)所,能明顯地減低交通噪音,改善出行環(huán)境以及交通設(shè)施周?chē)木幼…h(huán)境。

吸音混凝土具有連續(xù)、多孔的內(nèi)部結(jié)構(gòu),具有較大的內(nèi)表面積,與普通的密實(shí)混凝土組成復(fù)合構(gòu)造。多孔的吸音混凝土直接暴露面對(duì)噪音源,入射的聲波一部分被反射,大部分則通過(guò)聯(lián)通孔隙被吸收到混凝土內(nèi)部。其中有一小部分聲波由于混凝土內(nèi)部的摩擦作用轉(zhuǎn)換成熱能,而大部分聲波透過(guò)多孔混凝土層,到達(dá)多孔混凝土背后的空氣層和密實(shí)混凝土板表面再被反射,而這部分被反射的聲波從反方向再次通過(guò)多孔混凝土向外部發(fā)散。在此過(guò)程中,與入射的聲波具有一定的相位差,由于干涉作用相互抵消一部分,對(duì)減小噪音效果明顯。

3.2 生物相容型生態(tài)混凝土

(1)植物相容型生態(tài)混凝土。

植物相容型生態(tài)混凝土是指能夠適應(yīng)綠色植物生長(zhǎng)的多孔混凝土。利用多孔混凝土空隙部位的透氣透水等性能,滲透植物所需要營(yíng)養(yǎng),生長(zhǎng)植物根系的特點(diǎn)來(lái)種植小草、低灌木等植物,用于河川護(hù)堤的綠化、美化環(huán)境。

施工時(shí),只要在混凝土塊的孔隙中填充腐殖土、種子、緩釋肥料、保水劑等混合料,草籽就可生根、發(fā)芽,并穿透到土壤中生長(zhǎng),從而可以大大改善周?chē)髿獾沫h(huán)境。同時(shí),利用其多孔、透水透氣性,不僅可使微生物及小動(dòng)物在其凹凸不平的表面或連續(xù)空隙內(nèi)生息,保持了生物的多樣性,具有顯著的生態(tài)效應(yīng);還可以成功地解決常規(guī)硬化路面存在的散熱少、無(wú)呼吸、雨水聚積成澇等問(wèn)題?？梢詼p輕市政排水設(shè)施負(fù)擔(dān),使地下水得到及時(shí)補(bǔ)充,避免造成地下水位明顯下降等嚴(yán)重問(wèn)題。此外,植生型多孔混凝土具有較好的力學(xué)性能,若加入特殊的合成纖維,其抗壓強(qiáng)度可達(dá)到 15～18 MPa。植生混凝土可以作為固沙、固土、固堤護(hù)岸材料,用于保護(hù)和綠化城鎮(zhèn)人行路面、停車(chē)場(chǎng)、建筑物墻壁、河道堤防和屋頂?shù)?使綠化與硬化完美地結(jié)合起來(lái),增加城市的綠色空間,還能夠吸收粉塵、保護(hù)環(huán)境、維持生態(tài)平衡,是一種與自然協(xié)調(diào)、生態(tài)效應(yīng)顯著的混凝土材料。

(2)海洋生物、淡水生物相容型混凝土。

隨著沿岸及近海工程建設(shè)量日益加大,大量的、單一性質(zhì)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物取代自然海岸,使得海岸生物的生存空間日益減少,因此近海岸生態(tài)系統(tǒng)生物多樣化逐漸減退,水質(zhì)的自然凈化能力逐漸下降,使沿海及近海環(huán)境日益惡化。因此,開(kāi)發(fā)海洋生物適應(yīng)型混凝土是一項(xiàng)重要工作。海洋生物、淡水生物相容型混凝土是將多孔混凝土設(shè)置在河、湖和海濱等水域,讓陸生和水生小動(dòng)物附著棲息在其凹凸不平的表面或連續(xù)空隙內(nèi),通過(guò)相互作用或共生作用,形成食物鏈,為海洋生物和淡水生物生長(zhǎng)提供良好條件,并能在混凝土表面繁殖,且混凝土周?chē)乃|(zhì)對(duì)生物的生長(zhǎng)沒(méi)有不良反應(yīng),很好地保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。

目前已開(kāi)發(fā)應(yīng)用的海洋生物適應(yīng)型混凝土有多孔混凝土人工礁石。這種多孔混凝土礁石放在海洋之中,附著在表面的海藻類(lèi)數(shù)量是普通混凝土塊的 2～3倍,且海藻生長(zhǎng)茂盛。另外還有用于淡水域的河床、湖岸的混凝土構(gòu)件,構(gòu)件的表面做成凹凸不平的形狀,使之盡量接近自然狀態(tài)的河床、湖岸的狀態(tài),為水中的藻類(lèi)、植物提供根部附著的場(chǎng)所,為魚(yú)類(lèi)提供水中生息和避難的場(chǎng)所。

(3)凈化水質(zhì)用生態(tài)混凝土。

凈化水質(zhì)用生態(tài)混凝土是利用多孔混凝土外表對(duì)各種微生物的吸附,通過(guò)生物層的作用產(chǎn)生間接凈化功能,將其制成浮體結(jié)構(gòu)或浮島設(shè)置在富營(yíng)養(yǎng)化的湖河內(nèi)凈化水質(zhì),使草類(lèi)、藻類(lèi)生長(zhǎng)更加繁茂,通過(guò)定期采割,利用生物循環(huán)過(guò)程消耗污水的富營(yíng)養(yǎng)成分,從而保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

使用生態(tài)混凝土在公園內(nèi)小河上建造凈水渠(15 m×2m×0.4m),水在其中停留 1～3 h可去除水中的有害物質(zhì)40%～50%,長(zhǎng)時(shí)間停留可去除 80%～90%。我國(guó)同濟(jì)大學(xué)材料與工程學(xué)院從 1997年起開(kāi)始研究生態(tài)混凝土材料,并成功研究開(kāi)發(fā)了實(shí)用性很強(qiáng)的小型生活污水處理裝置,其是一種沉淀、過(guò)濾、曝氣三合一的預(yù)處理裝置,在沉淀的同時(shí)進(jìn)行過(guò)濾和曝氣,污水中的固體物質(zhì)可去除 90%以上。

4 結(jié)束語(yǔ)

生態(tài)混凝土對(duì)調(diào)節(jié)生態(tài)平衡、美化環(huán)境景觀、實(shí)現(xiàn)人類(lèi)與自然的協(xié)調(diào)具有積極的作用,在解決地球環(huán)境問(wèn)題、轉(zhuǎn)變?nèi)祟?lèi)發(fā)展觀念,改善人居環(huán)境、凈化水污染以及廢物利用等方面,比普通混凝土更具有優(yōu)越性,因此,生態(tài)水泥混凝土材料和技術(shù)無(wú)疑是今后水泥混凝土行業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì),研究和開(kāi)發(fā)新型生態(tài)混凝土具有很大的現(xiàn)實(shí)意義?；炷敛牧系纳鷳B(tài)化是人類(lèi)對(duì)混凝土這一傳統(tǒng)建筑材料的迫切需求,也是未來(lái)混凝土材料可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。生態(tài)混凝土是傳統(tǒng)混凝土材料走可持續(xù)發(fā)展之路,保護(hù)生態(tài)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展觀在建筑材料方面的具體體現(xiàn)和必然選擇。因此,生態(tài)混凝土正向著智能化、規(guī)?；⒗碚摶?、體系化和集成化方向發(fā)展。

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