崔恒香，王本耀，史亞儒，崔 鵬，楊瑞卿

（1.上海江葉園林景觀工程有限公司，上海市 200331；2.上海市綠化管理指導(dǎo)站,上海市 200020；

3.上海市普陀區(qū)社區(qū)綠化管理所，上海市 200331；4.上海城市樹木生態(tài)應(yīng)用工程技術(shù)研究中心，上海市 200020）

0 引言

近年來，我國(guó)的各大城市綠化建設(shè)發(fā)展迅猛，而在城市綠化美化過程中產(chǎn)生的諸如枯枝、落葉及綠化修剪物等園林廢棄物產(chǎn)生量也在不斷增多，這無疑增大了城市的垃圾處理總量。而受限于目前經(jīng)濟(jì)、技術(shù)及認(rèn)識(shí)水平等的不足，我國(guó)的園林廢棄物大多隨生活垃圾一并進(jìn)行填埋或焚燒處理，這不僅浪費(fèi)了資源，也破壞了生態(tài)環(huán)境[1-2]。目前的大量研究表明，將園林廢棄物破碎后進(jìn)行直接覆蓋或堆肥處理能夠有效提高土壤肥力，改善土壤性能，是現(xiàn)代處理園林廢棄物的重要發(fā)展方向[3-6]。但此類處理方式在我國(guó)還尚處于起步階段，無法完全消納目前所產(chǎn)生的大量園林廢棄物。因此積極探索園林廢棄物再生利用的其他方式顯得尤為重要。

海綿城市是通過加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理，充分發(fā)揮建筑、道路和綠地、水系等生態(tài)系統(tǒng)對(duì)雨水的吸納、蓄滲和緩釋作用，有效控制雨水徑流，實(shí)現(xiàn)自然積存、自然滲透、自然凈化的城市發(fā)展方式。透水鋪裝是海綿城市建設(shè)重要的低影響開發(fā)技術(shù)之一，具有很好的透水功能；從園林廢棄物的組成上來看，修剪所產(chǎn)生的樹枝及樹干占據(jù)了園林廢棄物的重要部分，且這些廢棄物的碳氮比高，發(fā)酵難度大[2]，該類廢棄物破碎后還具有較好的吸水性與保水性。因此考慮園林廢棄物與混凝土結(jié)合，更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水的蓄存和緩釋作用。

基于此，本文利用破碎后的園林廢棄物作為原材料摻入到混凝土中，制備生態(tài)混凝土，并測(cè)試了此類生態(tài)混凝土的力學(xué)性能及耐久性，為園林廢棄物的再生利用提供新的思路。

1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料選擇與試樣制備

該試驗(yàn)選用42.5級(jí)硅酸鹽水泥、細(xì)度模數(shù)為2.6的河砂、連續(xù)級(jí)配碎石、粉碎后的園林廢棄物及自來水為原材料，制備了園林廢棄物摻量（相對(duì)于水泥的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）分別為7%、8.5%及10%三組生態(tài)混凝土，并命名為C-7、C-8.5及C-10。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 生態(tài)混凝土的力學(xué)性能測(cè)試方法

按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50081—2002）規(guī)定的方法成型試件，測(cè)試生態(tài)混凝土的抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度。

1.2.2 生態(tài)混凝土的孔隙率及保水率測(cè)試方法

（1）將混凝土立方試件置于烘箱中，并在（105±5）℃的條件下烘至恒重，再置于干燥器中冷卻至室溫，用直尺量出試件尺寸后計(jì)算其體積，記為V。

（2）將上述試件浸入水中，待無氣泡出現(xiàn)時(shí)測(cè)量試件在水中的質(zhì)量，記為m1。

（3）從水中取出試件，用擰干后的柔軟濕毛巾快速擦拭試件表面水（不得吸走孔隙內(nèi)的水），稱取試件的表干質(zhì)量（m3）。注意：從試件由水中取出到稱重的過程不宜超過3s，且稱量過程中流出的水不得再次擦拭。

（4）將上述試件置于60℃烘箱中烘至24h后再次稱重，記為m2。

（5）按下式計(jì)算試件的孔隙率P及保水率B：

式中：ρ為水的密度。

1.2.3 生態(tài)混凝土透水性能測(cè)試方法

試驗(yàn)方法參照《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》（JTGE60—2008）中的路面透水系數(shù)測(cè)試方法。

1.2.4 生態(tài)混凝土的抗干濕循環(huán)性能測(cè)試方法

取兩組相同配比的生態(tài)混凝土試件并放入電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，在（65±2）℃溫度下烘至恒重。隨后取其中一組三塊試件并浸入水溫為（20±5）℃的凈水中，使試件上表面距水面不小于30mm，浸泡5min后取出，放在室內(nèi)晾干30min，隨后繼續(xù)放入（65±2）℃的干燥箱內(nèi)烘干7h，至此完成一次干濕循環(huán)，并如此反復(fù)30次為止。最后對(duì)比兩組試件的抗壓強(qiáng)度差異，以此評(píng)價(jià)生態(tài)混凝土的抗干濕循環(huán)性能。

1.2.5 生態(tài)混凝土的抗凍融循環(huán)性能測(cè)試方法

按照《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50082—2009）規(guī)定的慢凍法對(duì)試塊進(jìn)行了25次凍融循環(huán)，并通過凍融循環(huán)前后試塊的強(qiáng)度損失率與質(zhì)量損失率來評(píng)價(jià)生態(tài)混凝土的抗凍融循環(huán)性能。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 生態(tài)混凝土的力學(xué)性能

本文研究了園林廢棄物摻量對(duì)生態(tài)混凝土28d齡期時(shí)的力學(xué)性能影響，包括抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度，試驗(yàn)測(cè)試如圖1與圖2所示，測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

圖1 抗壓強(qiáng)度測(cè)試

圖2 抗折強(qiáng)度測(cè)試

圖3 生態(tài)混凝土的抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度

由圖3試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著園林廢棄物摻量的增加，生態(tài)混凝土的抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度均不斷降低。當(dāng)園林廢棄物摻量為10%時(shí)，生態(tài)混凝土的抗壓強(qiáng)度為11.2MPa，抗折強(qiáng)度也為1.4MPa，超過10MPa。為了解園林廢棄物摻入混凝土中對(duì)混凝土力學(xué)性能的不利影響，試驗(yàn)觀察了C-10組生態(tài)混凝土受壓破壞后的破壞狀態(tài)，結(jié)果如圖4所示。

圖4 C-10組混凝土受壓破壞后的狀態(tài)

由圖4可知，生態(tài)混凝土試塊受壓達(dá)到臨界抗壓點(diǎn)后迅速破壞，破壞后的混凝土碎塊呈松散狀，且園林廢棄物碎片易分辨出，碎片表面漿體含量較少，即表明園林廢棄物碎片與水泥漿體膠結(jié)能力差，混凝土受壓時(shí)易在園林廢棄物碎片與水泥漿體界面產(chǎn)生應(yīng)力集中，并最終受壓破壞，導(dǎo)致生態(tài)混凝土力學(xué)性能較差，因此混凝土中摻加園林廢棄物用量應(yīng)進(jìn)行控制。根據(jù)其強(qiáng)度指標(biāo)，可用于公園步道、人行道、廣場(chǎng)、綠道等透水鋪裝中。

2.2 生態(tài)混凝土的孔隙率及保水率

考慮到破碎后的園林廢棄物質(zhì)地相對(duì)疏松且具有較好的吸水性與保水性，為此本文考慮了園林廢棄物摻量對(duì)生態(tài)混凝土孔隙率及保水率的影響，測(cè)試結(jié)果如圖5所示。

圖5 園林廢棄物摻量對(duì)生態(tài)混凝土孔隙率及保水率的影響

由圖5可知，隨著園林廢棄物摻量的增加，生態(tài)混凝土的孔隙率及保水率均不斷增加，兩者呈正相關(guān)性。這一結(jié)果與上述生態(tài)混凝土的力學(xué)性能變化規(guī)律相吻合，即隨著園林廢棄物摻量的增加，生態(tài)混凝土孔隙率增大，孔隙率可達(dá)20%，保水率相應(yīng)提高，可達(dá)到0.2g/cm3，具有很好的保水性。

2.3 生態(tài)混凝土的透水性能

測(cè)定不同摻量園林廢棄物生態(tài)混凝土的透水性能，如圖6所示，試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。生態(tài)混凝土具有較好的透水性能，可達(dá)到800ml/min以上，但是相對(duì)于透水鋪裝可以達(dá)到800ml/15s的透水系數(shù)，透水速度相對(duì)較低，而具有更好的對(duì)雨水的蓄存和緩釋作用。

圖6 透水性能測(cè)定

圖7 生態(tài)混凝土透水系數(shù)

2.4 生態(tài)混凝土的抗干濕循環(huán)性能

為探究生態(tài)混凝土的耐久性能，該研究測(cè)試了生態(tài)混凝土的抗干濕循環(huán)性能，結(jié)果如圖8所示。

圖8 生態(tài)混凝土的抗干濕循環(huán)性能

由圖8可知，三組生態(tài)混凝土在經(jīng)歷30次干濕循環(huán)作用后，混凝土的抗壓強(qiáng)度幾乎不損失，甚至有略微增長(zhǎng)。這是由于在干濕循環(huán)作用過程中，生態(tài)混凝土在浸濕后經(jīng)歷了高溫作用，促進(jìn)了水泥的水化，進(jìn)而提高了生態(tài)混凝土的強(qiáng)度。因此水的長(zhǎng)期循環(huán)作用對(duì)生態(tài)混凝土性能沒有影響。

2.5 生態(tài)混凝土的抗凍融性能

該研究測(cè)試了三組生態(tài)混凝土在經(jīng)歷了25次凍融循環(huán)后的質(zhì)量損失情況與抗壓強(qiáng)度損失情況，結(jié)果如圖9所示。

圖925 次凍融循環(huán)試驗(yàn)后生態(tài)混凝土的質(zhì)量損失情況與強(qiáng)度損失情況

由圖9a可知，凍融循環(huán)對(duì)三組生態(tài)混凝土的質(zhì)量損失影響較小，三組生態(tài)混凝土的質(zhì)量損失率僅為1.5%左右。而圖9b的結(jié)果表明，凍融循環(huán)對(duì)三組生態(tài)混凝土的抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生了不利影響，C-7、C-8.5及C-10三組試樣在25次凍融循環(huán)后的強(qiáng)度損失率分別為24.7%、25.0%及24.9%。因此摻加園林廢棄物的生態(tài)混凝土抗凍融循環(huán)性能需要進(jìn)一步提高。

3 結(jié)語

（1）通過一系列試驗(yàn)分析，摻加園林廢棄物的混凝土具有較好的保水性能、透水性能，可以更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水的蓄滲和緩排，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了園林廢棄物的再生利用。

（2）隨著園林廢棄物摻量增加，混凝土強(qiáng)度逐漸降低，使用中應(yīng)控制園林廢棄物摻量。

（3）從生態(tài)混凝土的耐久性角度考慮，其抗干濕循環(huán)性能良好，30次干濕循環(huán)后，混凝土的抗壓強(qiáng)度幾乎不損失，雨水對(duì)材料沒有顯著影響。但在經(jīng)歷25次凍融循環(huán)后，三組生態(tài)混凝土的強(qiáng)度損失率相對(duì)較大，不宜用于冬季寒冷地區(qū)，或者對(duì)其抗凍性進(jìn)行改善。

（4）根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析，該材料可用于公園步道、人行道、廣場(chǎng)、綠道等透水鋪裝中。

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