生態(tài)混凝土研究及工程應(yīng)用現(xiàn)狀

 混凝土材料使用廣泛，雖然給人類提供了便利，但也對生態(tài)環(huán)境造成了巨大的危害。生產(chǎn)水泥和混凝土需要開采大量石灰、砂石和粘土，造成了山體自然景觀與綠色植被破壞，河床位置及形狀改變，水土流失等嚴(yán)重后果。產(chǎn)生的CO2、SO2、NOx等氣體破壞環(huán)境、危害人類健康、影響地球生態(tài)平衡。為此，必須發(fā)展一種新型混凝土，能夠節(jié)約資源和能源、減少污染以及保護(hù)環(huán)境。生態(tài)混凝土能夠適應(yīng)生物生長、對美化環(huán)境景觀、調(diào)節(jié)生態(tài)平衡、實(shí)現(xiàn)人類與自然的協(xié)調(diào)，又被稱為環(huán)保型混凝土[1]。
1 生態(tài)混凝土在護(hù)坡工程中的應(yīng)用
利用生態(tài)混凝土進(jìn)行河道護(hù)坡，在保障河流岸坡的安全與穩(wěn)定的同時(shí)，修復(fù)了河流岸坡的生態(tài)，提高水體自凈能力，改善了水體生態(tài)環(huán)境。植物的根系直接生長在生態(tài)混凝土中會(huì)對邊坡的防護(hù)產(chǎn)生以下四方面的影響[2]。
①根的錨固作用。植物的垂直根系穿過坡體軟弱層，通過摩擦作用把根系與周邊土體聯(lián)系起來，以起到加固作用，作用類似于錨桿。
②淺根的加筋作用。植草的根系在邊坡表土層中盤結(jié)纏繞，使邊坡土體成為土與草根的復(fù)合材料。根系的加筋作用變?yōu)樵黾油翆拥哪哿蛯ν亮５木W(wǎng)兜包裹效應(yīng)。
③降低坡體孔隙水壓力。誘發(fā)滑坡的重要因素之一就是降雨，坡體孔隙水壓力會(huì)造成邊坡失穩(wěn)。植物通過吸收水分和蒸騰作用使得土體的孔隙水壓力降低，從而不僅提高了土體的抗剪強(qiáng)度，還提高了邊坡的穩(wěn)定性。
④控制土粒流失。如果地表徑流帶走被滴濺分離的土粒則會(huì)引起進(jìn)一步的片蝕和溝蝕。由于植被能夠有效抑制地表徑流并削弱雨滴濺蝕，因此，植被能夠很好的控制土粒流失。
2 生態(tài)混凝土在治理水污染工程中的應(yīng)用
生態(tài)混凝土具有良好的透水性，這主要是因?yàn)樗ǔＳ么止橇隙挥眉?xì)骨料，從而在混凝土內(nèi)形成很多的連通孔。依靠多孔混凝土具有的物理、化學(xué)以及生物作用而達(dá)到凈水目的[3]。
①物理凈化。凈水生態(tài)混凝土的孔隙率一般為15%～35%，連續(xù)空隙的孔徑為集料平均粒徑的25%～27%，平均空隙直徑為4～5mm。在制備生態(tài)混凝土的過程中，加入了緩釋材料，從而增加了生態(tài)混凝土內(nèi)部的微孔結(jié)構(gòu)而成為了良好的過濾材料。較小的孔徑和較大的接觸面積使生態(tài)混凝土具有良好的過濾和吸附功能，使水質(zhì)得到凈化[4]。
②化學(xué)凈化。水泥作為混凝土的組成材料之一，當(dāng)混凝土浸泡在水中或水化過程中都會(huì)溶Ca（OH）2。除了能夠調(diào)節(jié)PH值外，還可以作為無機(jī)混凝土將水中的懸浮物質(zhì)絮凝沉淀，在澄清的同時(shí)減少了水中的污染物質(zhì)[5]。混凝土?xí)徛尼尫沛V離子與水中的銨離子發(fā)生離子交換，由于巨大的混凝土表面積很容易吸附銨離子，在硝化細(xì)菌生物的作用下逐步硝化成氨氣。另外，生態(tài)混凝土中脫離出來的鎂離子，也會(huì)和污水中的磷酸根離子反應(yīng)，生產(chǎn)一種磷酸氫鎂三化合物沉淀：
Z2-Mg2++2NH+4→2Z1-NH+4Mg2+
Mg2++HPO2-4+3H2O→MgHPO4.3H2O↓
由于生態(tài)混凝土中會(huì)緩慢的釋放出鋁離子，與水結(jié)合會(huì)形成膠體氫氧化鋁，而氫氧化鋁會(huì)包裹污水中的懸浮物質(zhì)，通過共同沉淀達(dá)到凈水的目的。因此，摻加在生態(tài)混凝土中的鋁、鎂離子等緩釋性凈水材料，不但能夠阻緩鈣離子的溶出，還能有效去除污水中的營養(yǎng)物質(zhì)，如氮、磷等[5]。
③生化凈化。由于生態(tài)混凝土的多孔結(jié)構(gòu)為微生物的生存提供了一個(gè)適宜的生存空間，因此，在污水處理過程中，通過吸附各種微生物而形成生物膜。由于生物膜是一種蓬松的絮狀結(jié)構(gòu)，因此具有很大的表面積，從而吸附能力很強(qiáng)。流經(jīng)生態(tài)混凝土的污水，吸附以及沉積在生物膜上的有機(jī)物質(zhì)為微生物提供了營養(yǎng)，其中一部分轉(zhuǎn)化為細(xì)胞物質(zhì)而進(jìn)行繁殖生長，成為生物膜中新的活性物質(zhì)；另一部分則會(huì)轉(zhuǎn)化為排泄物，轉(zhuǎn)化過程中釋放的能量供微生物生長。目前已發(fā)現(xiàn)有藻類（硅藻類、綠藻類、藍(lán)藻類、渦鞭藻類），細(xì)菌類（硝化細(xì)菌、甲烷菌、脫氮菌等好養(yǎng)型和厭氧型細(xì)菌），原生動(dòng)物（根足蟲類、輪蟲類），后生動(dòng)物等多種生物發(fā)揮作用。微生物在生態(tài)混凝土中的生化凈水方面起到了主導(dǎo)作用。因此，為了適應(yīng)微生物的生長，不僅要求生態(tài)混凝土具有系統(tǒng)的環(huán)境溫度和PH值，還要為微生物提供足夠的生存空間，即足夠的表面積。
3 存在的問題
雖然生態(tài)混凝土是改善人居環(huán)境的重要措施，但是在護(hù)坡工程及凈水工程中還存在許多有待進(jìn)一步研究的方面[6]：第一，降堿處理問題。如果沒有處理好護(hù)坡工程，無論是植株的高度還是茁壯程度都不如普通土壤中的植株長勢好。此外，生態(tài)混凝土經(jīng)過降堿處理后，還需進(jìn)一步研究其力學(xué)強(qiáng)度等是否會(huì)對植株造成較大的損傷和破壞。第二，植被組合簡單，生態(tài)適應(yīng)性差。目前，我國國內(nèi)選用的植被種子類型多以草坪草種為主，由于品種單一且組合簡單，因此，對于后期的管理要求較多。由于目前大多的管理都忽略了植被的生態(tài)功能以及適應(yīng)性，而過于的追求景觀效果，從而造成坡面人工植被群落的生態(tài)穩(wěn)定性交叉，并且常常由于環(huán)境因子的劇烈變化或周圍野草的侵入而消亡。第三，配合比設(shè)計(jì)。生態(tài)混凝土雖然有著廣泛的實(shí)用功能，但是由于缺乏統(tǒng)一而規(guī)范的配合比設(shè)計(jì)方法，從而嚴(yán)重阻礙了混凝土的發(fā)展。在具體的實(shí)施過程中，必須根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行配合比的計(jì)算，這是因?yàn)椴煌芯恐械乃冶?、灰骨比相差很多，與選擇的粗骨料、水泥以及外摻料密切相關(guān)。第四，孔隙的擁塞。污水中的固體物質(zhì)沉積在混凝土上，由于擁塞了空隙而失去了凈水功能。
4 結(jié)語
生態(tài)混凝土不僅是傳統(tǒng)混凝土走可持續(xù)發(fā)展的必由之路，也是在建筑材料方面保護(hù)生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展觀的具體體現(xiàn)和必然選擇，更是低碳城市建設(shè)的重要組成部分。人們隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及生活質(zhì)量的不斷提高，越來越重視生態(tài)環(huán)境，因此，在理論化的基礎(chǔ)上，生態(tài)環(huán)?；炷帘貙a(chǎn)業(yè)化。