曹怡俊

上?，k域環(huán)境工程有限公司

1 引言

在當(dāng)前城市化的快速推進(jìn)過(guò)程中，各個(gè)城市都在積極進(jìn)行改建與擴(kuò)建，對(duì)各類(lèi)建筑工程的改建與擴(kuò)建中，產(chǎn)生了大量且多樣的建筑廢棄物，如果能夠?qū)⑦@些建筑廢棄物充分利用起來(lái)，就可以大大提升利用價(jià)值。根據(jù)有關(guān)研究，我國(guó)城市內(nèi)的建筑垃圾與建筑廢棄物占到了城市垃圾總量的30%～40%，對(duì)建筑廢棄物的循環(huán)利用完全適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的要求。在很多城市，會(huì)將一些建筑廢棄物作為土壤改良的重要材料，尤其是各個(gè)城市綠地面積逐步擴(kuò)大的過(guò)程中，部分廢棄料可以使得土壤的滲透性得以改善，更滿(mǎn)足植物生產(chǎn)的條件。

2 建筑廢棄料對(duì)城市綠地土壤滲透性改良的優(yōu)勢(shì)

針對(duì)當(dāng)前很多城市綠地存在的土壤滲透性與過(guò)度酸化的問(wèn)題，各個(gè)城市都在積極推進(jìn)土壤改良，建筑廢棄物是一種可供利用的資源，能夠有效改善綠地土壤，從而保持城市綠地良好的效益。如果能夠充分應(yīng)用建筑廢棄料，一方面可以有效降低城市綠地的改良成本，使得城市綠地土壤的滲蓄能力大大提升，緩解酸雨對(duì)城市土壤所造成的不利影響，否則，過(guò)度的酸雨將會(huì)導(dǎo)致土壤存在各種危害，難以保持城市綠地的應(yīng)有功能和效益，城市排水、防洪能力顯著降低。與其他類(lèi)型的垃圾相比，建筑廢棄物具有可回收利用價(jià)值，通過(guò)相應(yīng)的處理，可以直接被應(yīng)用于其他方面，資源利用價(jià)值較大，比如，混凝土與碎磚塊是最為常見(jiàn)的建筑廢棄料，獲取容易、可利用價(jià)值高。

3 實(shí)驗(yàn)材料與方法

本研究以建筑廢棄料中的固結(jié)砂漿、加氣混凝土作為研究對(duì)象，如果要探究這些廢棄料對(duì)城市綠地土壤滲透性的改良，需要將這些廢棄料破碎處理成骨料，隨后經(jīng)由篩分處理，去除其中的雜質(zhì)，按照特定比例加以混合，形成新的填料，分析不同配比條件下的填料對(duì)于土壤滲透性改良的影響。

3.1 實(shí)驗(yàn)方法

在填料滲透系數(shù)的測(cè)定方面，采用的是常水頭滲透實(shí)驗(yàn)，計(jì)算公式如下：

式中：

kr——當(dāng)水溫處于T℃狀態(tài)時(shí)，試樣的滲透系數(shù)（cm/s）；

Q——t秒內(nèi)滲透出的水量大?。╟m3）；

L——測(cè)壓管中心間的距離（cm）；

A——試驗(yàn)的斷面積（cm2），

H——平均水位差（cm）。

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，將20℃作為標(biāo)準(zhǔn)溫度，而在標(biāo)準(zhǔn)溫度條件下的滲透系數(shù)用下式來(lái)表示：

式中：

K20——試樣處于標(biāo)準(zhǔn)溫度條件下的滲透系數(shù)值（cm/s），

ηr——當(dāng)水溫處于T℃狀態(tài)下水的動(dòng)力黏滯系數(shù)（kPa·s）；

η20——標(biāo)準(zhǔn)溫度條件下水的動(dòng)力黏滯系數(shù)（kPa·s）。

3.2 供試土壤材料

選用土壤為上海市某植物園的綠地土壤，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，黏粒、粉粒與砂粒含量分別為38.41%、39.74%、21.85%，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，固結(jié)砂漿采用的是抹灰砂漿落地灰實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)配制，水、水泥、石灰與砂的配合比分別為1:0.6:0.6:2.4，而加氣混凝土塊直接用城市建筑廢棄料來(lái)進(jìn)行。土壤、固結(jié)砂漿與加氣混凝土塊如果要滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)的需求，需通過(guò)人工粗分與破碎處理的方式以后再經(jīng)由篩分處理，最終選取的加氣混凝土與固結(jié)砂漿粒徑范圍在0.5mm～2.0mm 之間，而所選擇的綠地土壤粒徑處于2mm以?xún)?nèi)。

3.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

根據(jù)表1的比例將各種材料加以充分混合和攪拌，最終所形成的填料分層裝入滲透裝置中并加以壓實(shí)處理，在壓實(shí)處理以后，每層的壓實(shí)厚度均需在5cm 左右。填料與輔料在裝入滲透柱的過(guò)程中，需要遵循相應(yīng)的順序，從下到上為：11cm厚度的大礫石為墊層、1cm厚度的小礫石、土工布、1cm厚度的小礫石過(guò)濾層、70cm厚的填料，在填料的頂層，要鋪設(shè)一層2cm厚的小礫石，并將這一層作為緩沖層。

表1 加氣混凝土與固結(jié)砂漿體積比

在土壤的裝填作業(yè)開(kāi)始之前，為了避免裝填過(guò)程中出現(xiàn)邊壁短流的情況，需首先在滲透柱內(nèi)部均勻涂抹一層澆水與中砂，形成粗糙邊壁表面。在滲透柱底部放置10cm的粗砂石，以保障滲透水可以順利通過(guò)，而粗砂石表面土工布與2mm 厚中砂的鋪設(shè)，是為了避免出現(xiàn)材料的滲透問(wèn)題。在實(shí)際的裝填過(guò)程中，需要遵循分層裝填的原則，將每層的狀態(tài)厚度加以嚴(yán)格控制，每裝填完一層，就需要在上層狀態(tài)時(shí)將下層表面加以抓毛處理，避免土層之間存在嚴(yán)重的分層情況。

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，為保持實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，需保持5cm的恒定水頭，當(dāng)測(cè)壓管水位逐步趨于穩(wěn)定狀態(tài)以后，每2min需要測(cè)量一次滲出量，并根據(jù)相應(yīng)的測(cè)量結(jié)果來(lái)計(jì)算出水流量值。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要記錄每次的測(cè)量結(jié)果，尤其是要根據(jù)所記錄的測(cè)壓管水位情況，來(lái)獲得平均水位差。進(jìn)水與出水溫度測(cè)量以后，要取平均值，連續(xù)測(cè)量10次，將所獲得的測(cè)量結(jié)果代入填料滲透系數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)溫度滲透系數(shù)公式中，最終獲得滲透系數(shù)值。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析

4.1 填料含量與滲透性的關(guān)系

填料的滲透性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超純土壤的滲透性，填料滲透性與固結(jié)砂漿含量之間存在著緊密的聯(lián)系，在固結(jié)砂漿含量越高的情況下，填料的滲透性也將逐步增加；填料滲透性同樣與加氣混凝土含量息息相關(guān)，當(dāng)加氣混凝土含量逐步減少時(shí)，填料的滲透性反而逐步增大。在填料滲透性增大的影響因素中，固結(jié)砂漿含量的影響更為顯著，填料的滲透性是由加氣混凝土、固結(jié)砂漿的成分、顆粒結(jié)構(gòu)來(lái)決定的。當(dāng)加氣混凝土原料成分處于最佳的狀態(tài)下時(shí)，在經(jīng)由破碎與篩分處理以后，固體顆粒表面會(huì)呈現(xiàn)出粉質(zhì)或者許多細(xì)小孔隙的狀態(tài)，在滲透過(guò)程中，除了重力作用會(huì)造成水體的下滲，顆?？紫端嬖诘拿?xì)黏聚力將會(huì)影響水體的下滲，只有克服了這一因素的限制，才能夠保持水體下滲的速率。此外，加氣混凝土顆粒具有易碎性，在分層壓實(shí)處理的過(guò)程中，其中的一部分大顆?？赡軙?huì)被逐步破碎成為一些細(xì)小顆粒，重新對(duì)原有顆粒間的空隙加以填充，空隙率大大減小，密實(shí)度的提升必將導(dǎo)致填料滲透性的減弱。當(dāng)固結(jié)砂漿原料處于最佳的成分狀態(tài)下時(shí)經(jīng)由破碎與篩分處理的顆粒會(huì)變?yōu)榧?xì)砂與水泥顆粒，而這些顆粒的結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，在各種作用下不易被破壞，顆粒間的空隙率較大，因此，這一特性使得固結(jié)砂漿的滲透性相對(duì)較好。

4.2 填料含量與ΔpH的關(guān)系

填料含量與ΔpH 的關(guān)系如圖1 所示，固結(jié)砂漿含量與ΔpH之間存在著緊密的聯(lián)系，當(dāng)固結(jié)砂漿含量逐步增大時(shí)，ΔpH也隨之呈現(xiàn)出先增大、后減小的趨勢(shì)，其中，拐點(diǎn)處于含量在33.3%左右。當(dāng)固結(jié)砂漿的含量在33.3%以下時(shí)，ΔpH 與之呈現(xiàn)出正向變化的關(guān)系，當(dāng)固結(jié)砂漿含量逐步增大時(shí)，ΔpH 也隨之變大，當(dāng)固結(jié)砂漿含量超過(guò)了33.3%，ΔpH會(huì)逐步減小。從填料顆粒成分的角度來(lái)分析，由于加氣混凝土多為輕質(zhì)多孔硅酸鹽制品，其中，含有一定量的CaO等堿性物質(zhì)，這種結(jié)構(gòu)組成使得如果是含量為100%的加氣混凝土顆粒，將會(huì)呈現(xiàn)出明顯的堿性特征，這種物質(zhì)可以有效改善水的pH值。在此實(shí)驗(yàn)中，所使用的固結(jié)砂漿中主要包含了水、細(xì)砂骨料與水泥等物質(zhì)，且這些物質(zhì)是按照一定比例所配制的，當(dāng)對(duì)這些砂漿經(jīng)由風(fēng)干與破碎處理以后，在固結(jié)砂漿顆粒中依舊存在一定量的硅酸鹽水泥顆粒，而這部分顆粒中堿含量往往超出了正常標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于水泥中的堿而言，其一般是由生產(chǎn)水泥的原料黏土與燃料煤所造成的。水泥中的堿一部分以硫酸鹽與碳酸鹽的形式存在，而另一部分則會(huì)以固溶的形式存在，固溶在熟料礦物中。在水體逐步滲透的過(guò)程中，硅酸鹽水泥顆粒表面會(huì)析出鈣離子、鈉離子，當(dāng)這些離子溶于水以后，就會(huì)形成水溶性堿鹽，因此，在一定的條件下，如果填料中的固結(jié)砂漿含量逐步增加，必然會(huì)導(dǎo)致水溶性堿鹽濃度增大，而在此變化趨勢(shì)下，填料也將使得水體中pH 值限度逐步增大；在水中的水溶性堿鹽達(dá)到飽和狀態(tài)下時(shí)，填料對(duì)水體pH值的改變能力也會(huì)逐步達(dá)到飽和狀態(tài)下。

圖1 填料含量與ΔpH關(guān)系圖

5 不同材料的滲透性效果對(duì)比

不同類(lèi)型的建筑廢棄物對(duì)于城市綠地土壤滲透性的改良影響也存在著不同的區(qū)別，固結(jié)砂漿與加氣混凝土填料都能夠改良土壤的滲透性，純土壤下的滲透系數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于固結(jié)砂漿與加氣混凝土填料下的滲透系數(shù)。而固結(jié)砂漿與加氣混凝土填料相比，固結(jié)砂漿的滲透性強(qiáng)度要高于加氣混凝土，在城市綠地土壤滲透性改良的過(guò)程中，固結(jié)砂漿土壤滲透性改良效果更為顯著。對(duì)于固結(jié)砂漿與加氣混凝土而言，中砂與粉煤灰為其中的核心材料，根據(jù)這兩種材料的特性，中砂表面更具密實(shí)性與光滑性，這一特性使得在土壤滲透性的改良過(guò)程中，能夠發(fā)揮其緊密堆積性特性。相比較而言，粉煤灰的結(jié)構(gòu)比較特殊，其屬于蜂窩狀結(jié)構(gòu)，這種特殊的結(jié)構(gòu)使得在同一細(xì)度模數(shù)條件下的中砂與粉煤灰顆粒，加氣混凝土的比表面積更大，因此，在吸水能力方面，加氣混凝土要強(qiáng)于固結(jié)砂漿。從水在空隙中的流動(dòng)程度來(lái)看，固結(jié)砂漿導(dǎo)水率要高于加氣混凝土，而導(dǎo)水率與土壤滲透系數(shù)之間同樣存在著緊密的聯(lián)系，而正向變化的關(guān)系，因此，固結(jié)砂漿的滲透系數(shù)更好，在城市綠化工程中可以選擇固結(jié)砂漿填料來(lái)改善土壤的滲透性。

6 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，隨著城市綠地工程的增多，為建設(shè)生態(tài)文明城市，上海市都在提高各種材料的利用率，尤其是要提升建筑廢棄物的利用價(jià)值。上海市主要以黏土為主，建筑廢棄物的種類(lèi)繁多，一些廢棄物的使用可以改善上海市土壤的滲透特性，而土壤滲透性的改變使得種植土土質(zhì)得以改良，滲透性越好，說(shuō)明土壤的流失量就越少，越能夠?yàn)橹参锷L(zhǎng)創(chuàng)造良好的條件，對(duì)城市綠地效益提升越有利。