位建召

(石家莊市公路橋梁投資開發(fā)管理中心)

1 生態(tài)混凝土的特點

(1)具有比傳統(tǒng)混凝土更高的強度和耐久性,能滿足結(jié)構(gòu)物力學性能、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,減輕對地球和生態(tài)環(huán)境的負荷,實現(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比

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

(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)過早的破壞造成資源的重大浪費并對環(huán)境帶來了嚴重污染;

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

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排放量等問題。例如,生產(chǎn) 1 t生態(tài)水泥熟料時,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進工廠,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)二級破碎,濕式分級,分離成粗、細骨料及砂漿,同時排放污水。據(jù)報道,日本每年有 3 000萬t舊混凝土,他們對其開發(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。但全部用再生細骨料和再生粗骨料配制的混凝土強度要低于基準混凝土。經(jīng)試驗證明,以30%的粗細再生骨料等量取代天然骨料,配制成的混凝土強度與基準混凝土相同。

(3)吸音混凝土。

公路交通建設(shè)和發(fā)展在極大的推動人類進步的同時,也給人類的生存環(huán)境帶來了許多負面的影響,其中交通噪音是急需解決的問題之一。吸音混凝土就是為了減少交通噪音而開發(fā)的,適用于機場,高速公路、高速鐵路兩側(cè)、地鐵等產(chǎn)生恒定噪音的場所,能明顯地減低交通噪音,改善出行環(huán)境以及交通設(shè)施周圍的居住環(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噪音源,入射的聲波一部分被反射,大部分則通過聯(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,而大部分聲波透過多孔混凝土層,到達多孔混凝土背后的空氣層和密實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多孔混凝土向外部發(fā)散。在此過程中,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,滲透植物所需要營養(yǎng),生長植物根系的特點來種植小草、低灌木等植物,用于河川護堤的綠化、美化環(huán)境。

施工時,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,從而可以大大改善周圍大氣的環(huán)境。同時,利用其多孔、透水透氣性,不僅可使微生物及小動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、無呼吸、雨水聚積成澇等問題?？梢詼p輕市政排水設(shè)施負擔,使地下水得到及時補充,避免造成地下水位明顯下降等嚴重問題。此外,植生型多孔混凝土具有較好的力學性能,若加入特殊的合成纖維,其抗壓強度可達到 15～18 MPa。植生混凝土可以作為固沙、固土、固堤護岸材料,用于保護和綠化城鎮(zhèn)人行路面、停車場、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,增加城市的綠色空間,還能夠吸收粉塵、保護環(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,開發(fā)海洋生物適應(yīng)型混凝土是一項重要工作。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,讓陸生和水生小動物附著棲息在其凹凸不平的表面或連續(xù)空隙內(nèi),通過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提供良好條件,并能在混凝土表面繁殖,且混凝土周圍的水質(zhì)對生物的生長沒有不良反應(yīng),很好地保護了生態(tài)環(huán)境。

目前已開發(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數(shù)量是普通混凝土塊的 2～3倍,且海藻生長茂盛。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、植物提供根部附著的場所,為魚類提供水中生息和避難的場所。

(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各種微生物的吸附,通過生物層的作用產(chǎn)生間接凈化功能,將其制成浮體結(jié)構(gòu)或浮島設(shè)置在富營養(yǎng)化的湖河內(nèi)凈化水質(zhì),使草類、藻類生長更加繁茂,通過定期采割,利用生物循環(huán)過程消耗污水的富營養(yǎng)成分,從而保護生態(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%,長時間停留可去除 80%～90%。我國同濟大學材料與工程學院從 1997年起開始研究生態(tài)混凝土材料,并成功研究開發(fā)了實用性很強的小型生活污水處理裝置,其是一種沉淀、過濾、曝氣三合一的預(yù)處理裝置,在沉淀的同時進行過濾和曝氣,污水中的固體物質(zhì)可去除 90%以上。

4 結(jié)束語

生態(tài)混凝土對調(diào)節(jié)生態(tài)平衡、美化環(huán)境景觀、實現(xiàn)人類與自然的協(xié)調(diào)具有積極的作用,在解決地球環(huán)境問題、轉(zhuǎn)變?nèi)祟惏l(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)無疑是今后水泥混凝土行業(yè)發(fā)展的大趨勢,研究和開發(fā)新型生態(tài)混凝土具有很大的現(xiàn)實意義?；炷敛牧系纳鷳B(tài)化是人類對混凝土這一傳統(tǒng)建筑材料的迫切需求,也是未來混凝土材料可持續(xù)發(fā)展的目標。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)?；?、理論化、體系化和集成化方向發(fā)展。

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