徐紅燈

（中鐵十一局集團(tuán)第五工程有限公司， 重慶 400037）

0 引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，人們的生活質(zhì)量有了極大程度的提高，城市化水平越來(lái)越高，更多的人涌入城市，城市基礎(chǔ)設(shè)施也擔(dān)負(fù)起不可忽視的重要作用。但在人們享受城市發(fā)展帶來(lái)的便利的同時(shí)，一些水環(huán)境問(wèn)題也接踵而至，甚至不斷惡化[1]。城市化的推進(jìn)使大量的高樓拔地而起，道路交通設(shè)施飛速延伸，但是這些密實(shí)且不透水的混凝土結(jié)構(gòu)在為我們帶來(lái)便捷生活的同時(shí)，也給城市水環(huán)境和水生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)了破壞[2]。盡管這些人造硬化水泥石的致密結(jié)構(gòu)保證了材料的高強(qiáng)度和耐用性，同時(shí)它卻失去了大部分滲透性能，造成了地下水補(bǔ)給的短缺，使城市濕度溫度變化異常，另外，在其生產(chǎn)和使用的過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生不利于植物生長(zhǎng)發(fā)育的強(qiáng)堿性物質(zhì)[3]。河流在城市防洪排澇中發(fā)揮著極為重要的作用，其自凈能力作為重要性能之一，因不斷受到人類活動(dòng)的干擾而降低。此外，大量污水在未經(jīng)處理的情況下排入河流使城市水體污染狀況更為嚴(yán)峻[4]。所以我們需要盡快研發(fā)出一種可針于各項(xiàng)新型污染問(wèn)題的生態(tài)混凝土護(hù)坡技術(shù)，以緩解水環(huán)境的持續(xù)惡化。

如今，越來(lái)越多的城市開始重視河道治理。作為雨水徑流的重要屏障，人們也逐漸認(rèn)識(shí)到河道質(zhì)量與生活質(zhì)量的密切關(guān)系。透水性是生態(tài)混凝土最主要的性能指標(biāo)之一，其會(huì)受到基礎(chǔ)材料顆粒情況帶來(lái)的較大影響[7]。改良植生型生態(tài)混凝土景觀坡岸技術(shù)是以傳統(tǒng)植生型生態(tài)混凝土（Traditional planting eco-concrete,TC）技術(shù)為基礎(chǔ)，形成一個(gè)以生物、水以及自然因素構(gòu)成的河道生態(tài)圈[5]。這種技術(shù)能夠消除部分生物之間的隔離，且對(duì)雨水中的某些污染物也有相對(duì)去除能力，真正實(shí)現(xiàn)了“可持續(xù)發(fā)展”的理念。蔣希雁等從生態(tài)混凝土的制備工藝、配合比方法、性能研究等方面進(jìn)行了闡述，并進(jìn)行了實(shí)地應(yīng)用和檢測(cè)，得出植生型生態(tài)混凝土具有良好的透水性能[8]。當(dāng)前，植生型生態(tài)混凝土技術(shù)在河道坡岸治理和綠化中都取得了一定的成果，也在更多的城市建設(shè)中發(fā)揮重要作用[6]。然而，傳統(tǒng)植生型生態(tài)混凝土技術(shù)多用于一般水污染的治理，對(duì)于重金屬和一些新型污染物來(lái)說(shuō)，其處理效果就顯得不盡人意。為解決這一問(wèn)題，本研究主要討論了經(jīng)過(guò)一定改良后的植生型生態(tài)混凝土對(duì)復(fù)雜污染物的處理情況，具有一定的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用推廣意義。

1 改良植生型生態(tài)混凝土的制備

植生型生態(tài)混凝土的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)與傳統(tǒng)混凝土有較大差異，因此不能再使用傳統(tǒng)生態(tài)混凝土的設(shè)計(jì)方案。有一種方案認(rèn)為，水泥漿體將粗集料均勻包裹并使之膠結(jié)，在水泥漿體硬化后，與粗集料之間形成多孔結(jié)構(gòu)，這就是植生型生態(tài)混凝土滲透結(jié)構(gòu)的重要基礎(chǔ)。

1.1 混凝土配合比設(shè)計(jì)

1.1.1 混凝土水灰比的選擇

植生型生態(tài)混凝土的滲透性和強(qiáng)度與水灰比有關(guān)。高水灰比致使水泥漿體不能固定，并形成較厚的水泥漿體層，嚴(yán)重破壞混凝土的各項(xiàng)性能以及影響后期植物生長(zhǎng)發(fā)育；當(dāng)水灰比太小時(shí)，不能得到均勻混合的水泥漿體，更不能使?jié){體包裹在粗骨料表面。本試驗(yàn)為獲得緊密集成的混凝土整體以及后期植物生長(zhǎng)的有利條件，在前期研究基礎(chǔ)上，最終確定水灰比為0.26。

1.1.2 混凝土灰骨比的選擇

水泥摻雜量，即灰骨比的大小對(duì)混凝土的強(qiáng)度和透水性能有著深遠(yuǎn)影響。隨著水泥漿含量的增加，混凝土強(qiáng)度隨粗骨料表面的水泥層厚度的增加而提高。若是摻雜量過(guò)大，則混凝土的孔隙率變小，使其滲透性降低。所以，若想獲得最高強(qiáng)度的混凝土，就要在保證混凝土滲透性能的前提下，盡可能提升水泥摻雜量。本試驗(yàn)經(jīng)過(guò)多次嘗試，確定水泥摻雜量為0.125。

1.2 混凝土的制備與養(yǎng)護(hù)

1.2.1 混凝土攪拌工藝

植生型生態(tài)混凝土在攪拌過(guò)程中由于水泥用量的不足和細(xì)集料的缺少致使攪拌流動(dòng)性較差。但是在攪拌過(guò)程中，膠結(jié)漿體材料較易發(fā)生團(tuán)聚，導(dǎo)致水泥漿體與粗骨料既不容易混合也很難分離。因此，需要調(diào)整攪拌工藝，使水泥漿體材料盡可能均勻的包裹在粗集料的表面：粗集料表面水泥漿體包裹層應(yīng)光滑且均勻，且不存在流動(dòng)現(xiàn)象。本試驗(yàn)所使用的工藝方法可稱為“灰料裹石法”，此方法是多次研究與不斷探索得到成果。圖1展示了成型的植生型生態(tài)混凝土。

1.2.2 混凝土成型和養(yǎng)護(hù)工藝

將攪拌均勻的混凝土拌合物等分為三份，依次裝入規(guī)格為150 mm*150 mm*150 mm 的膜具內(nèi)，先將一份混凝土拌合物加入至膜具內(nèi)，后用搗錘將其壓實(shí)；第二份混凝土拌合物加入后，在振動(dòng)臺(tái)上放置10s 使其均勻分布，使其結(jié)合地更加牢固；最后加入剩余的混凝土拌合物，將混凝土試塊的表面與膜具抹平。將試塊的表面抹平后，撒上一些水用來(lái)保濕，并用保鮮膜將其包裹起來(lái)。在室內(nèi)陰涼處?kù)o置24-36 小時(shí)后，將制備成型的土試塊取出，并放置在混凝土養(yǎng)護(hù)室內(nèi)，以備后續(xù)試驗(yàn)研究需要。

2 改良植生型生態(tài)混凝土性能研究

本研究成功制備出了4 種不同類型的生態(tài)混凝土，分別為傳統(tǒng)植生型生態(tài)混凝土（TC）以及三種改良植生型生態(tài)混凝土（RFC、RFC-A、RFC-A-P）。

2.1 結(jié)構(gòu)性能對(duì)比研究

圖2 表明，這4 種不同類型的植生型生態(tài)混凝土的抗壓強(qiáng)度為9.17±0.15 MPa、8.17±0.12 MPa、7.63±0.12 MPa 和7.13±0.17 MPa，顯然，這4 種類型中抗壓強(qiáng)度最高的是傳統(tǒng)植生型生態(tài)混凝土（TC），原因是其沒(méi)有添加其他材料，另外3 種類型的植生型混凝土抗壓強(qiáng)度都相應(yīng)有所減少，第4 種RFC-A-P 類型的抗壓強(qiáng)度最低，原因是在其成型過(guò)程中加入的10%的浮石，未被膠結(jié)接料裹漿；這4中混凝土的孔隙率分別為21.7±0.12%、22.1±0.34%、22.2±0.29%和24.8±0.25%，上述數(shù)據(jù)表明3 種植生型混凝土的孔隙率無(wú)明顯差別，第4 種RFC-A-P 類型的孔隙率略大于其他3 種植生型生態(tài)混凝土，原因是多孔浮石材料的添加；這4 種混凝土的透水系數(shù)分別為12.57±0.07 mm/s、12.65±0.13 mm/s、12.76±0.09 mm/s 和13.15±0.05 mm/s，4 種類型混凝土的滲透系數(shù)都相對(duì)較大，說(shuō)明它們都具有較好的透水透氣性能。此外，由于浮石材料的加入， 第4 種RFC-A-P 類型的透水系數(shù)略大一些。

圖2 四種植生型生態(tài)混凝土結(jié)構(gòu)性能對(duì)比

2.2 植生性能對(duì)比研究

本試驗(yàn)為了觀察改良后植生生態(tài)混凝土的植生性能，采用高羊茅作為種植植物。植生型生態(tài)混凝土具有較大的孔隙率和透水透氣性能，其生長(zhǎng)發(fā)育需要一定的空間和營(yíng)養(yǎng)，只要pH 低于10，植物就可以進(jìn)行正常的生理活動(dòng)，在植生型生態(tài)混凝土（下圖展示了RFC 類型生態(tài)混凝土的生長(zhǎng)情況）上覆土并種植高羊茅草種，圖3 表示其生長(zhǎng)發(fā)育情況：

圖3 不同生長(zhǎng)階段植生性能對(duì)比

3 結(jié)論

通過(guò)選用不同植生型生態(tài)混凝土材料以及探索多種制備成型方法，本研究成功制備出4 種植生型生態(tài)混凝土：T TC（傳統(tǒng)植生型生態(tài)混凝土）、RFC（10%赤泥20%粉煤和70%水泥）、RFC-A（在RFC 的基礎(chǔ)上額外添加5%的活性炭顆粒）和RFC-A-P（在RFC-A 的基礎(chǔ)上，將10%的粗骨料用浮石替代）。待培養(yǎng)完成后，對(duì)4 種生態(tài)混凝土進(jìn)行了結(jié)構(gòu)性能的測(cè)試，驗(yàn)證了其具有滿足城市河湖護(hù)坡要求的能力。