生態(tài)水泥混凝土材料與技術(shù)2

　　3、環(huán)境協(xié)調(diào)型混凝土環(huán)境協(xié)調(diào)型混凝土是指通過(guò)混凝土材料的性能、形狀或構(gòu)造等的設(shè)計(jì)，使其具有降低環(huán)境負(fù)荷的能力。

　　例如通過(guò)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、蓄熱性能、吸附氣體性能等。通過(guò)對(duì)混凝土性能和色彩的設(shè)計(jì)，使混凝土能與動(dòng)植物和諧共生，這類(lèi)混凝土包括植物適應(yīng)型生態(tài)混凝土、海洋生物適應(yīng)型生態(tài)混凝土和淡水生物適應(yīng)型混凝土，以及凈化水質(zhì)用生態(tài)混凝土[3，14].

　　3.1 多孔混凝土材料與制品多孔混凝土(Porous Concrete)，簡(jiǎn)稱(chēng)POC，是由粗骨料與水泥漿或砂漿結(jié)合而成，形狀如“米花糖”，又稱(chēng)“無(wú)砂混凝土”(No fines concrete)或大孔型混凝土，具有連續(xù)孔隙結(jié)構(gòu)是其一大特征。POC具有良好的透水性和透氣性，孔隙率一般為5-35%，能夠提供生物的繁殖生長(zhǎng)空間，凈化和保護(hù)地下水資源，吸收躁音等，因此多孔混凝土作為一種典型的環(huán)境材料而受到人們的重視[15].

　　3.2 多孔混凝土用原材料與制備方法使用材料主要有水泥、粗集料、細(xì)集料、混合材、外加劑以及水，與普通混凝土的原材料基本相同，但是，有時(shí)也不用細(xì)集料、混合材和外加劑。因孔隙率、孔徑大小、孔徑分布以及孔是否連通是多孔混凝土考慮的主要性能，所以，對(duì)集料的粒徑有特殊要求。多孔混凝土一般在工廠內(nèi)制作，方法之一如下：將除水以外的其他材料倒入攪拌機(jī)中預(yù)拌，然后加入水拌和，使砂漿包裹在粗集料的表面上，然后倒入模具中振動(dòng)成型。成型后采用蒸汽養(yǎng)護(hù)(預(yù)養(yǎng)3小時(shí)、65°C養(yǎng)護(hù)4小時(shí)、然后自然降溫。)有時(shí)，生物植被混凝土采用普通混凝土與多孔混凝土雙層結(jié)構(gòu)。孔混凝土的配合是根據(jù)要求其具備的品質(zhì)和功能而確定，反映多孔混凝土性能的項(xiàng)目有孔隙率、透水系數(shù)、抗壓強(qiáng)度、抗凍融循環(huán)性和干縮，評(píng)價(jià)多孔混凝土的功能則是依據(jù)這些性能。

　　3.3 多孔混凝土的應(yīng)用

　　3.3.1 植物栽培和綠化過(guò)去利用混凝土栽種植物，主要是先成型箱式和井格式制品，留出空間，填入土壤、再栽培。采用多孔混凝土?xí)r，主要是利用POC的連續(xù)空隙，作為植物根的生長(zhǎng)空間[16].由此，可以將POC擴(kuò)大應(yīng)用于河川護(hù)岸等工程進(jìn)行坡面的綠化。作為這種用途的POC也可稱(chēng)為綠化混凝土。植物生長(zhǎng)必須有土壤，利用連續(xù)空隙生長(zhǎng)植物同樣需填入必要的土壤，利用混凝土生長(zhǎng)植物的要點(diǎn)是：

　　(1)適于植物生長(zhǎng)的POC的技術(shù)要求;

　　(2)填充相關(guān)種類(lèi)土壤的方法。作為POC的技術(shù)要求主要是確保連續(xù)的空隙和空隙的必要直徑。如能確保連續(xù)空隙率達(dá)到25%以上程度，就能維持植物生長(zhǎng)的良好狀態(tài)。此外，骨料的粒徑越大、空隙直徑越大，植物根的伸長(zhǎng)空間就有保證，填入土壤也較容易。作為粗骨料以粒徑為13～20mm的碎石為宜。所用的土壤材料，為滿(mǎn)足保水性、保肥性的要求，有陽(yáng)離子交換量高的有機(jī)物、粘土或浮石(Zeolite)等，還有高吸水樹(shù)脂和粘土或有機(jī)物(泥炭苔)等保水性材料或與土相混使用。POC用于綠化不僅限于河川護(hù)岸工程，而且還可考慮用于停車(chē)場(chǎng)和層面的綠化。不僅能滿(mǎn)足生態(tài)環(huán)保的需要，而且也是抑制“熱島”(Heatisland)現(xiàn)象的有效措施。

　　3.3.2 水的抑制與滲透利用POC的透水性能，可以用透水的路面。下雨時(shí)，汽車(chē)道上行駛的汽車(chē)會(huì)遇到水滑現(xiàn)象(Hydroplaning)，飛濺的的水珠引起視界不良，如采用POC路面，這種現(xiàn)象即可消除，因而可以改善行車(chē)的安全性。同時(shí)還可以吸收汽車(chē)噪聲。

　　近來(lái)在都市開(kāi)發(fā)中，瀝青和混凝土地面大大降低了雨水向地下的滲透，減少了地下水，并引起地基下沉。此外，由于雨水流速加快，還會(huì)引起都市河川泛濫等事故，作為綜合排水的一項(xiàng)措施就是利用POC制成滲透性輸水管和水斗等加大雨水滲透措施。此外，如用于地下水的蓄排水，還將POC廣泛用于道路、隧道、住宅用地、高爾夫球場(chǎng)等。

　　3.3.3 水質(zhì)凈化河川、湖沼、海域等水環(huán)境本來(lái)就有自然凈化的作用。但像城市中所見(jiàn)河川、多為混凝土三面開(kāi)式結(jié)構(gòu)或以大都市為背景直立護(hù)岸的封鎖性水域，由于生物種類(lèi)數(shù)量的減少，自然凈化的功能相應(yīng)減退。POC由于存在連續(xù)空隙，水、氣自由通入，在多孔質(zhì)內(nèi)部和表面，易于附著細(xì)菌(bacteria)和藻類(lèi)等，形成可棲息的生物膜，使其中的好氣性(需氧性)細(xì)菌對(duì)有機(jī)物具有凈化的可能。生物的附著因水域條件而異，一般在三個(gè)月以?xún)?nèi)即可加大區(qū)別。例如：將中空的POC球體投入公園的河道內(nèi)，后來(lái)出現(xiàn)的生物種類(lèi)有：2種細(xì)菌、45種藻類(lèi)、原生動(dòng)物5種和后生動(dòng)物等多種多樣生物。此外，在海域內(nèi)，也能觀察到附有細(xì)菌類(lèi)、藻類(lèi)和小動(dòng)物以及貝類(lèi)和大型海藻類(lèi)多種生物。由于POC能附著多種多樣生物，因而促進(jìn)了水質(zhì)的自然凈化作用，為此一些廠商已開(kāi)發(fā)出球狀、凹凸?fàn)畹萈OC制品，以供生物棲息凈化水質(zhì)之用。

　　3.3.4 吸音、隔音作為道路、鐵路等交通設(shè)施以及工廠機(jī)器設(shè)備噪聲的對(duì)策，主要是采用吸音材料(吸音板)。吸音材料按外觀分類(lèi)，有POC等多孔材料、孔隙板構(gòu)造體、膜狀材料和板狀材料等類(lèi)，但多孔材料的吸音域特征，以中高音區(qū)最佳。POC如采用珍珠巖等人工輕骨料，即成為一種強(qiáng)度、耐候性都較大優(yōu)越的吸音材料。實(shí)際上，已經(jīng)有與其它材料復(fù)合構(gòu)成既吸聲又隔音的隔音墻等類(lèi)做法。作為實(shí)際的使用領(lǐng)域，除用于有關(guān)設(shè)施的外墻外，還可以作為吸音材料用于軌道面板。如用于高速鐵路的軌道板，應(yīng)解決的有軌道、車(chē)輪間發(fā)生的高噪音問(wèn)題。對(duì)此，不僅關(guān)系到吸音特性， 而且還要求一定的耐久性。

　　3.3.5 生物的生息現(xiàn)在漁業(yè)正在向養(yǎng)殖業(yè)轉(zhuǎn)換，正在推廣人工漁礁板法，即將預(yù)制帶孔洞的混凝土塊體投入海域，為魚(yú)類(lèi)提供生長(zhǎng)條件?，F(xiàn)在有了POC，由于表面呈凹凸?fàn)?，而且為多孔性材料，海藻生長(zhǎng)茂密，作為一種人工漁礁和人工海藻礁材料已引人注目。通過(guò)調(diào)查，改變混凝土類(lèi)型、空隙率、骨料類(lèi)型和尺寸等，將混凝土預(yù)制成板材后投入海域，一年后觀察海藻生長(zhǎng)情況表明，普通混凝土的植被率為60%，而POC為100%左右，而且海藻生長(zhǎng)良好。除海藻外，還附著有其它海洋生物。因此，POC有望進(jìn)一步用于人工漁礁和人工海藻礁。

　　3.3.6 改善溫度特性、保護(hù)水資源1999年9月10日晚，河南省鄭州市，連降暴雨約1小時(shí)，主要街道積水超過(guò)20cm，交通受阻;1999年9月，浙江省溫洲市，降雨400mm，街道成河，交通中斷，類(lèi)似新聞，每年都有報(bào)道。與此同時(shí)，淡水資源日趨緊缺，我國(guó)北方大多數(shù)城市水資源緊缺狀況越來(lái)越嚴(yán)重，這些現(xiàn)象與社會(huì)的工業(yè)化和都市化進(jìn)展的同時(shí)而忽視環(huán)境保護(hù)不無(wú)關(guān)系。

　　伴隨這都市化的進(jìn)展，混凝土地面覆蓋率一直在增加。東京都在昭和35年的覆蓋率約為4.4%，到平成3年增加到14.9%.與次對(duì)應(yīng)的是計(jì)劃銀座昭和42年前的雨水流出系數(shù)為0.7，以后達(dá)到0.8，到昭和58年流出系數(shù)已經(jīng)達(dá)到了0.9.可見(jiàn)，都市化進(jìn)展與雨水的流出系數(shù)有密切的相關(guān)性。

　　都市地區(qū)的流出系數(shù)增加意味著雨水沒(méi)有滲回到地下，全部通過(guò)市區(qū)的河道及下水管道排出，因此，增加了城市排水系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，成為市區(qū)內(nèi)發(fā)生水災(zāi)增加的原因之一。而且，由于水分不能深入到地層中，土壤中儲(chǔ)存的水分減少，會(huì)使該地區(qū)溫度變化增大。伴隨著都市化的進(jìn)展、鋪裝率增加引起的滲透雨水的減少是人們所謂“都市沙漠”、“熱島效應(yīng)”形成的主要原因。1999年8月9日的北京日?qǐng)?bào)第五版曾發(fā)表過(guò)一篇“熱島效應(yīng)，熱上加熱”的新聞報(bào)道，指出北京市今年夏季出現(xiàn)罕見(jiàn)的高溫，市區(qū)6月24日和7月24日最高氣溫分別達(dá)到39.1℃和42.2℃，而延慶同期最高氣溫分別為36℃和37℃。 夏季的熱島效應(yīng)使北京城區(qū)氣溫增高4~6℃。 報(bào)道認(rèn)為，熱島效應(yīng)產(chǎn)生的主要原因是，城市發(fā)展改變和破壞了原有的自然條件。如大部分的地表植被建筑物、瀝青或水泥馬路所代替，地面滲水力降低，發(fā)射太陽(yáng)輻射少，吸收多，使京城夏季地面溫度高達(dá)45℃以上。熱島效應(yīng)不僅會(huì)使溫度升高，還造成降水量減少，風(fēng)力減少，市民悶熱感加劇。采用透水性鋪裝時(shí)，路基、路床能夠貯留水分，因而增大了路基、路床的熱容量，并對(duì)其溫度特性有影響?？梢韵胂螅蕉?，溫度變化越緩慢。日本對(duì)新瀉市的透水性瀝青鋪裝和非透水性普通瀝青鋪裝的測(cè)定結(jié)果表明，夏季晴天時(shí)，透水性鋪裝的表面溫度比非透水性鋪裝的表面溫度低;冬季晴天時(shí)，兩者基本無(wú)差別，但白天透水性鋪裝的表面溫度高;雨天時(shí)，夏季透水性鋪裝的表面溫度低，冬天時(shí)表面溫度高?？梢?jiàn)，透水性鋪裝和一般的非透水性鋪裝相比，夏季涼爽，冬季暖和。另外，可以想象積雪時(shí)透水性鋪裝更易露出路面。

　　為避免熱島效應(yīng)或城市沙漠現(xiàn)象的進(jìn)一步發(fā)展，在今后的城市規(guī)劃和市政建設(shè)中，采用透水性混凝土材料及制品是一條積極有效的措施， 例如透水性混凝土排水管，公園、居民小區(qū)步行道、河道護(hù)坡、立交橋護(hù)坡采用透水性混凝土構(gòu)件等。使雨水盡量滲回地下，保護(hù)地下水位， 減緩城市熱島效應(yīng); 雨季又可減輕城市排水系統(tǒng)壓力，做到排疏并舉，減少城市水災(zāi)。

　　4、綠色高性能混凝土這種技術(shù)不是通過(guò)生產(chǎn)混凝土本身來(lái)降低環(huán)境的負(fù)荷，而是通過(guò)合理的設(shè)計(jì)以及適應(yīng)的使用方法，提高混凝土的耐久性和建筑物的壽命達(dá)到降低環(huán)境的負(fù)荷的目的。

　　與水泥混凝土的再循環(huán)利用技術(shù)相對(duì)應(yīng)，減輕環(huán)境負(fù)荷的有效措施是盡量延長(zhǎng)建筑物的安全使用壽命，這樣避免了建筑物的解體工作和再建設(shè)施工的次數(shù)，從而降低了能源和資源的消耗，總的來(lái)說(shuō)，降低了環(huán)境的負(fù)荷。長(zhǎng)壽命混凝土主要是指其耐久性與目前使用的混凝土相比具有較大幅度的提高，從而使混凝土構(gòu)筑物的壽命大幅度提高，在此主要是通過(guò)提高混凝土本身的耐久性(超耐久混凝土)來(lái)提高建筑物的壽命;另外，即使使用普通耐久性的混凝土，在設(shè)計(jì)、維修方面采取必要措施，也可使混凝土構(gòu)筑物使用壽命延長(zhǎng)。

　　5、結(jié)語(yǔ)

　　生態(tài)水泥混凝土材料和技術(shù)無(wú)疑是今后水泥混凝土行業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)。在我們已經(jīng)付出了沉重的環(huán)境代價(jià)后的今天，讓水泥混凝土行業(yè)走向可持續(xù)發(fā)展的道路是我們行業(yè)發(fā)展的必然選擇。生態(tài)水泥混凝土不僅僅是一種材料、一項(xiàng)技術(shù)或一個(gè)法規(guī)，它是一個(gè)完整的體系，從原材料、生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、施工、使用，一直到建筑物的解體和循環(huán)利用，首先是一個(gè)概念和意識(shí)，只有水泥混凝土全行業(yè)都認(rèn)識(shí)到水泥混凝土的可持續(xù)發(fā)展的重要性，水泥混凝土行業(yè)才能實(shí)現(xiàn)真正的可持續(xù)發(fā)展，才能進(jìn)入良性的產(chǎn)業(yè)循環(huán)模式。

?2009年結(jié)構(gòu)工程師考試時(shí)間：9月19、20日
?2009年結(jié)構(gòu)工程師輔導(dǎo)招生簡(jiǎn)章
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