生态水泥混凝土材料与技术2

　　3、环境协调型混凝土环境协调型混凝土是指通过混凝土材料的性能、形状或构造等的设计，使其具有降低环境负荷的能力。

　　例如通过控制混凝土空隙特性和空隙率，可使混凝土具有不同的性能，如良好的透水性、吸音性能、蓄热性能、吸附气体性能等。通过对混凝土性能和色彩的设计，使混凝土能与动植物和谐共生，这类混凝土包括植物适应型生态混凝土、海洋生物适应型生态混凝土和淡水生物适应型混凝土，以及净化水质用生态混凝土[3，14].

　　3.1 多孔混凝土材料与制品多孔混凝土(Porous Concrete)，简称POC，是由粗骨料与水泥浆或砂浆结合而成，形状如“米花糖”，又称“无砂混凝土”(No fines concrete)或大孔型混凝土，具有连续孔隙结构是其一大特征。POC具有良好的透水性和透气性，孔隙率一般为5-35%，能够提供生物的繁殖生长空间，净化和保护地下水资源，吸收躁音等，因此多孔混凝土作为一种典型的环境材料而受到人们的重视[15].

　　3.2 多孔混凝土用原材料与制备方法使用材料主要有水泥、粗集料、细集料、混合材、外加剂以及水，与普通混凝土的原材料基本相同，但是，有时也不用细集料、混合材和外加剂。因孔隙率、孔径大小、孔径分布以及孔是否连通是多孔混凝土考虑的主要性能，所以，对集料的粒径有特殊要求。多孔混凝土一般在工厂内制作，方法之一如下：将除水以外的其他材料倒入搅拌机中预拌，然后加入水拌和，使砂浆包裹在粗集料的表面上，然后倒入模具中振动成型。成型后采用蒸汽养护(预养3小时、65°C养护4小时、然后自然降温。)有时，生物植被混凝土采用普通混凝土与多孔混凝土双层结构。孔混凝土的配合是根据要求其具备的品质和功能而确定，反映多孔混凝土性能的项目有孔隙率、透水系数、抗压强度、抗冻融循环性和干缩，评价多孔混凝土的功能则是依据这些性能。

　　3.3 多孔混凝土的应用

　　3.3.1 植物栽培和绿化过去利用混凝土栽种植物，主要是先成型箱式和井格式制品，留出空间，填入土壤、再栽培。采用多孔混凝土时，主要是利用POC的连续空隙，作为植物根的生长空间[16].由此，可以将POC扩大应用于河川护岸等工程进行坡面的绿化。作为这种用途的POC也可称为绿化混凝土。植物生长必须有土壤，利用连续空隙生长植物同样需填入必要的土壤，利用混凝土生长植物的要点是：

　　(1)适于植物生长的POC的技术要求;

　　(2)填充相关种类土壤的方法。作为POC的技术要求主要是确保连续的空隙和空隙的必要直径。如能确保连续空隙率达到25%以上程度，就能维持植物生长的良好状态。此外，骨料的粒径越大、空隙直径越大，植物根的伸长空间就有保证，填入土壤也较容易。作为粗骨料以粒径为13～20mm的碎石为宜。所用的土壤材料，为满足保水性、保肥性的要求，有阳离子交换量高的有机物、粘土或浮石(Zeolite)等，还有高吸水树脂和粘土或有机物(泥炭苔)等保水性材料或与土相混使用。POC用于绿化不仅限于河川护岸工程，而且还可考虑用于停车场和层面的绿化。不仅能满足生态环保的需要，而且也是抑制“热岛”(Heatisland)现象的有效措施。

　　3.3.2 水的抑制与渗透利用POC的透水性能，可以用透水的路面。下雨时，汽车道上行驶的汽车会遇到水滑现象(Hydroplaning)，飞溅的的水珠引起视界不良，如采用POC路面，这种现象即可消除，因而可以改善行车的安全性。同时还可以吸收汽车噪声。

　　近来在都市开发中，沥青和混凝土地面大大降低了雨水向地下的渗透，减少了地下水，并引起地基下沉。此外，由于雨水流速加快，还会引起都市河川泛滥等事故，作为综合排水的一项措施就是利用POC制成渗透性输水管和水斗等加大雨水渗透措施。此外，如用于地下水的蓄排水，还将POC广泛用于道路、隧道、住宅用地、高尔夫球场等。

　　3.3.3 水质净化河川、湖沼、海域等水环境本来就有自然净化的作用。但像城市中所见河川、多为混凝土三面开式结构或以大都市为背景直立护岸的封锁性水域，由于生物种类数量的减少，自然净化的功能相应减退。POC由于存在连续空隙，水、气自由通入，在多孔质内部和表面，易于附着细菌(bacteria)和藻类等，形成可栖息的生物膜，使其中的好气性(需氧性)细菌对有机物具有净化的可能。生物的附着因水域条件而异，一般在三个月以内即可加大区别。例如：将中空的POC球体投入公园的河道内，后来出现的生物种类有：2种细菌、45种藻类、原生动物5种和后生动物等多种多样生物。此外，在海域内，也能观察到附有细菌类、藻类和小动物以及贝类和大型海藻类多种生物。由于POC能附着多种多样生物，因而促进了水质的自然净化作用，为此一些厂商已开发出球状、凹凸状等POC制品，以供生物栖息净化水质之用。

　　3.3.4 吸音、隔音作为道路、铁路等交通设施以及工厂机器设备噪声的对策，主要是采用吸音材料(吸音板)。吸音材料按外观分类，有POC等多孔材料、孔隙板构造体、膜状材料和板状材料等类，但多孔材料的吸音域特征，以中高音区最佳。POC如采用珍珠岩等人工轻骨料，即成为一种强度、耐候性都较大优越的吸音材料。实际上，已经有与其它材料复合构成既吸声又隔音的隔音墙等类做法。作为实际的使用领域，除用于有关设施的外墙外，还可以作为吸音材料用于轨道面板。如用于高速铁路的轨道板，应解决的有轨道、车轮间发生的高噪音问题。对此，不仅关系到吸音特性， 而且还要求一定的耐久性。

　　3.3.5 生物的生息现在渔业正在向养殖业转换，正在推广人工渔礁板法，即将预制带孔洞的混凝土块体投入海域，为鱼类提供生长条件。现在有了POC，由于表面呈凹凸状，而且为多孔性材料，海藻生长茂密，作为一种人工渔礁和人工海藻礁材料已引人注目。通过调查，改变混凝土类型、空隙率、骨料类型和尺寸等，将混凝土预制成板材后投入海域，一年后观察海藻生长情况表明，普通混凝土的植被率为60%，而POC为100%左右，而且海藻生长良好。除海藻外，还附着有其它海洋生物。因此，POC有望进一步用于人工渔礁和人工海藻礁。

　　3.3.6 改善温度特性、保护水资源1999年9月10日晚，河南省郑州市，连降暴雨约1小时，主要街道积水超过20cm，交通受阻;1999年9月，浙江省温洲市，降雨400mm，街道成河，交通中断，类似新闻，每年都有报道。与此同时，淡水资源日趋紧缺，我国北方大多数城市水资源紧缺状况越来越严重，这些现象与社会的工业化和都市化进展的同时而忽视环境保护不无关系。

　　伴随这都市化的进展，混凝土地面覆盖率一直在增加。东京都在昭和35年的覆盖率约为4.4%，到平成3年增加到14.9%.与次对应的是计划银座昭和42年前的雨水流出系数为0.7，以后达到0.8，到昭和58年流出系数已经达到了0.9.可见，都市化进展与雨水的流出系数有密切的相关性。

　　都市地区的流出系数增加意味着雨水没有渗回到地下，全部通过市区的河道及下水管道排出，因此，增加了城市排水系统的负担，成为市区内发生水灾增加的原因之一。而且，由于水分不能深入到地层中，土壤中储存的水分减少，会使该地区温度变化增大。伴随着都市化的进展、铺装率增加引起的渗透雨水的减少是人们所谓“都市沙漠”、“热岛效应”形成的主要原因。1999年8月9日的北京日报第五版曾发表过一篇“热岛效应，热上加热”的新闻报道，指出北京市今年夏季出现罕见的高温，市区6月24日和7月24日最高气温分别达到39.1℃和42.2℃，而延庆同期最高气温分别为36℃和37℃。 夏季的热岛效应使北京城区气温增高4~6℃。 报道认为，热岛效应产生的主要原因是，城市发展改变和破坏了原有的自然条件。如大部分的地表植被建筑物、沥青或水泥马路所代替，地面渗水力降低，发射太阳辐射少，吸收多，使京城夏季地面温度高达45℃以上。热岛效应不仅会使温度升高，还造成降水量减少，风力减少，市民闷热感加剧。采用透水性铺装时，路基、路床能够贮留水分，因而增大了路基、路床的热容量，并对其温度特性有影响。可以想象，含水越多，温度变化越缓慢。日本对新泻市的透水性沥青铺装和非透水性普通沥青铺装的测定结果表明，夏季晴天时，透水性铺装的表面温度比非透水性铺装的表面温度低;冬季晴天时，两者基本无差别，但白天透水性铺装的表面温度高;雨天时，夏季透水性铺装的表面温度低，冬天时表面温度高。可见，透水性铺装和一般的非透水性铺装相比，夏季凉爽，冬季暖和。另外，可以想象积雪时透水性铺装更易露出路面。

　　为避免热岛效应或城市沙漠现象的进一步发展，在今后的城市规划和市政建设中，采用透水性混凝土材料及制品是一条积极有效的措施， 例如透水性混凝土排水管，公园、居民小区步行道、河道护坡、立交桥护坡采用透水性混凝土构件等。使雨水尽量渗回地下，保护地下水位， 减缓城市热岛效应; 雨季又可减轻城市排水系统压力，做到排疏并举，减少城市水灾。

　　4、绿色高性能混凝土这种技术不是通过生产混凝土本身来降低环境的负荷，而是通过合理的设计以及适应的使用方法，提高混凝土的耐久性和建筑物的寿命达到降低环境的负荷的目的。

　　与水泥混凝土的再循环利用技术相对应，减轻环境负荷的有效措施是尽量延长建筑物的安全使用寿命，这样避免了建筑物的解体工作和再建设施工的次数，从而降低了能源和资源的消耗，总的来说，降低了环境的负荷。长寿命混凝土主要是指其耐久性与目前使用的混凝土相比具有较大幅度的提高，从而使混凝土构筑物的寿命大幅度提高，在此主要是通过提高混凝土本身的耐久性(超耐久混凝土)来提高建筑物的寿命;另外，即使使用普通耐久性的混凝土，在设计、维修方面采取必要措施，也可使混凝土构筑物使用寿命延长。

　　5、结语

　　生态水泥混凝土材料和技术无疑是今后水泥混凝土行业发展的大趋势。在我们已经付出了沉重的环境代价后的今天，让水泥混凝土行业走向可持续发展的道路是我们行业发展的必然选择。生态水泥混凝土不仅仅是一种材料、一项技术或一个法规，它是一个完整的体系，从原材料、生产、设计、施工、使用，一直到建筑物的解体和循环利用，首先是一个概念和意识，只有水泥混凝土全行业都认识到水泥混凝土的可持续发展的重要性，水泥混凝土行业才能实现真正的可持续发展，才能进入良性的产业循环模式。

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