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生态混凝土研究概述
核心提示：摘要：随着人们对生态问题的关注加剧，研究和开发新型生态混凝土具有很大的现实意义，本文简要介绍了当前生态混凝土的种类和研究现状，总结了当前生态混凝土的研究发 摘要：随着人们对生态问题的关注加剧，研究和开发新型生态具有很大的现实意义，本文简要介绍了当前生态商品混凝土的种类和研究现状，总结了当前生态商品混凝土的研究发展趋势，并从实用的角度出发提出生态商品混凝土的配制，性能研究和优化问题。 关键词：生态商品混凝土，研究现状，发展趋势，抗冻性 引言 进入21世纪,人类社会面临前所未有的三大严重问题,即人口急剧增长、资源和能源过度消耗、环境日益恶化,严重威胁着社会经济的可持续发展和人类自身的生存。走可持续发展道路已成为全世界的共识。可持续发展的主要方面是:在减少对环境污染的同时,通过保护和减少浪费来更有效地利用能源和材料。作为21世纪用量最大的建筑材料----- 商品混凝土,与上述的资源、环境问题密切相关:
(1)商品混凝土的生产要消耗大量能源和资源。据统计我国每年要开采50亿t以上的矿物质材料来生产和商品混凝土,为此将破坏自然景观,改变河床位置及形状,造成水土流失或河流改道等严重后果。另外,生产水泥和砂石的开采、破碎及运输过程也都需要耗费大量能量。
(2)生产水泥时,会排放出CO2等有害物质。目前全世界每年CO2的排放量大约为100亿吨,其中由于生产水泥而产生的CO2气体约占10%,是产生温室效应的主要原因。 (3) 为了达到高强度和耐久性的要求，传统的商品混凝土始终在追求其结构的密实性。目前城市表面80%以上的面积被建筑物和商品混凝土路面覆盖，这种密实结构的商品混凝土缺乏透气性和透水性，对空气的温度、湿度的调节能力差，使城区的温度比郊区和乡村高2-3℃，产生所谓的“热岛效应”。雨水长期不能渗入地下，造成城市地下水位下降，影响地表植物的生长，绿色面积减少，生态系统失调。 由上可见,商品混凝土工业要实现健康可持续发展必须节约资源、能源、减少对环境的污染,发展生态商品混凝土;也就是说,不仅要提高商品混凝土的使用寿命,使其具有优良的环境协调性,降低对环境的负荷,还要考虑自然循环、生物保护和景观保护等生态问题。 一 生态商品混凝土的概念及分类 生态商品混凝土是能够适应动、植物生长、对调节生态平衡、美化环境景观、实现人类与自然的协调具有积极作用的商品混凝土材料生态商品混凝土可分为环境友好型(减轻环境负荷型)生态商品混凝土和生物相容型(环境协调型)生态商品混凝土两大类。 所谓环境友好型生态商品混凝土,是指在商品混凝土的生产、使用直至解体全过程中,能够降低环境负荷的商品混凝土：生物相容型生态商品混凝土是指能与动植物等生物和谐共存、对调解生态平衡、美化环境景观、实现人类与自然协调具有积极作用的商品混凝土。根据用途,这类商品混凝土可分为植物相容型生态商品混凝土、海洋生物相容型生态商品混凝土、淡水生物相容型生态商品混凝土以及净化水质型生态商品混凝土等。 二研究现状 （一）减轻环境负荷型生态商品混凝土 减轻环境负荷型商品混凝土,是指在生产、使用直到解体过程中,能够降低环境负担或通过改善其性能来降低环境负担的商品混凝土。从利用高炉矿渣、粉煤灰等工业废渣作为水泥的混合材料、商品混凝土的掺合料,到开发利用高流态、自密性、高强度、高性能商品混凝土,从再生骨料商品混凝土到具有吸音性、调温功能、能够吸收有害气体以及能储蓄热量的商品混凝土,均属于减轻环境负荷型商品混凝土。下面仅介绍几种。 1）再生骨料商品混凝土 再生商品混凝土(Recycled Concrete)或再生骨料商品混凝土(Recycled Aggregate Concrete,RAC )，是指将废弃的商品混凝土块破碎后清洗分级作骨料(称再生骨料Recycled Aggregate，RA)，部分或全部代替天然骨料(砂、石)，按一定配合比配置成的商品混凝土。相对于再生商品混凝土，用来生产再生骨料的商品混凝土称原生商品混凝土或基体商品混凝土(Original Concreet )。 全世界每年商品混凝土使用量大约为20亿立方米，砂石用量要在34亿吨以上，这个数字相当惊人，而同时，从1991年到2000年，全世界废弃的商品混凝土总量超过了10亿吨。开采天然骨料对自然环境造成了严重的破坏，落后的废弃商品混凝土处理方法造成了资源的极大浪费。而再生商品混凝土技术既能解决废旧商品混凝土的处置问题，又能节省天然砂石，同时带来社会效益、经济效益和环保效益，被认为是发展绿色商品混凝土，实现建筑资源环境可持续发展的主要措施之一，因此，许多国家都相继进行研究，并取得了很多的成果。 2）透水性商品混凝土 与普通的水泥商品混凝土路面相比,透水性道路能够使雨水迅速地渗入地表,还原成地下水,使地下水资源得到及时补充,保持土壤湿度,改善城市地表植物和土壤微生物的生存条件;同时透水性路面具有较大的孔隙率,与土壤相通,能蓄积较多的热量,有利于调节城市空间的温度和湿度,消除热岛现象;当集中降雨时,能够减轻排水设施的负担,防止路面积水和夜间反光,提高车辆、行人的通行舒适性与安全性;大量的孔隙能够吸收车辆行驶时产生的噪声,创造安静舒适的交通环境。 （二）生物相容型生态商品混凝土 1） 植生商品混凝土 植生商品混凝土是指能够适应绿色植物生长的多孔商品混凝土。商品混凝土内部存在许多连续的空隙,使其具有良好的透水、透气特性,施工时,只要在商品混凝土块的孔隙中充填腐植土、种子、缓释肥料、保水剂等混合材料,草籽就可生根、发芽,并穿透到土壤中生长,从而可以大大改善周围大气的环境。同时,利用其多孔,透水透气性,不仅可使微生物及小动物在其凹凸不平的表面或连续空隙内生息,保持了生物的多样性,具有显著的生态效应;还可成功地解决常规硬化路面存在的散热少、无呼吸、雨水聚积成涝等问题.可以减轻市政排水设施负担,使地下水得到及时补充,避免造成地下水位明显下降等严重问题。其结构原理如下图1-2所示：
关于植生商品混凝土的研究,最早发生于20世纪90年代初期的日本,近年来,我国的梅道亮等人研究成了既能与岩石坡面粘合、防止表面冲蚀,又能适宜植物发芽和生长的复合植生多孔商品混凝土,取得了较好的效果;奚新国等人以粉煤灰为主要原料配制了低碱度生态商品混凝土也满足了商品混凝土低碱、多孔适应植物生长的要求。前不久,上海引进的一种新型植生长型商品混凝土,也首次在嘉定西虬江护坡上亮相,河道护堤的商品混凝土上长满郁郁葱葱的嫩草,既可满足河道护坡的硬度要求,又能够为河道景观添绿。 由于环境保护的需要，水土保持、水质净化和退化生态环境的修复和重建得到了世界各国的重视。为了恢复生物的多样性，日本、德国等国家采用植生型多孔商品混凝土对破坏了的生态环境进行修复和重建，如用于河道护岸、沟渠驳岸等的修建和恢复中。国内对植生型多孔商品混凝土的研究还处于起步阶段，除了吉林省水利实业公司与三峡大学合作做了一些研究，并配置出利用建筑废砖石作骨料，抗压强度为5－20MPa以及利用选定粒径的碎砖石作骨料，抗压强度为1.6－2.7MPa的植生型多孔商品混凝土之外，国内对这方面的研究几乎是一片空白。与此类似的是，最近江苏省盐城工学院开展了对生态友好型多孔陶粒植被商品混凝土的研究工作，并取得了一定的进展。 2）净化水质生态商品混凝土 净化水质,不让污水污染环境是急待解决的全球性环保问题。应用于污水处理的生态商品混凝土是一种多孔商品混凝土(Porous Concrete),利用多孔商品混凝土外表面对各种微生物的吸附,通过生物层的作用产生间接净化功能,将其制成浮体结构或浮岛设置在富营养化的湖河内净化水质,使草类、藻类生长更加繁茂,通过定期采割,利用生物循环过程消耗污水的富营养成分,从而保护生态环境。关于这一课题,国外的研究相当活跃:文献报道日本长崎大学于1994年起进行实海现场试验,将直径lm高0.5m的有孔试块l0个一组地投入海中,并于1995年2月至1996年2月每月实测一次水质变化,发现生态商品混凝土有富集营养物质的功能。近来,受国外科技成果启发,我国同济大学材料科学与工程学院从1997年起开始研究生态商品混凝土材料,并成功研究开发了实用性很强的小型生活污水处理装置,其是一种沉淀、过滤、曝气三合一的预处理装置,在沉淀的同时进行过滤和曝气,污水中的固体物质可去除90%以上。
3） 海洋生物适应型商品混凝土 所谓海洋生物适应型商品混凝土，即能够营造出适合于生物生长生息的空间或空隙，能够为海藻类生物提供合适的附着表面，并能在商品混凝土表面增殖，商品混凝土周围的水质对生物的生长没有不良影响。同时还需考虑商品混凝土的组成、溶解性、颜色、PH值、表面粗糙度、附着性、透光性等因素。此外，商品混凝土结构物周边的水流、波浪、遮光性等环境条件对生物的生息以及聚合物的生息以及聚集等均有影响。 目前开发并已经实际应用的海洋生物适应型商品混凝土有人工礁石，这种多孔商品混凝土礁石放置在海洋之中，附着在表面的海藻类数量是普通商品混凝土块的2－3倍，且海藻生长茂盛。此外还有用于淡水域的河床、护岸等商品混凝土构件，构件的表面做成凹凸不平的形状，使之尽量接近自然状态的河床、河岸的状态，为水中的藻类、植物提供根部附着的场所，为鱼类提供水中生息和避难的场所。在日本，现已有大量的这种人工渔礁，由于在材料上采用了生态、环保、高耐久性的商品混凝土材料，应用二十余年的人工渔礁仍完好无损。我国科学家已在辽宁省沿海进行了人工礁石的研究：根据鲍鱼生长特征设计了专用人工礁石，在配制商品混凝土的过程中，考虑到商品混凝土中掺入微量元素对海洋中藻类附着非常有利，经多次试验确定了微量元素的含量，同时，考虑到礁石在海洋环境中的耐久性，对工艺制作、配比优化、海岛特殊环境下的养护条件、商品混凝土在海流冲刷下的长期稳定性等进行了大量研究。 三 研究意义及发展趋势 商品混凝土材料的生态化是人类对商品混凝土这一传统建筑材料的迫切需求，也是未来商品混凝土材料可持续发展的目标。生态商品混凝土是传统商品混凝土材料走可持续发展之路保护生态环境与可持续发展观在建筑材料方面的具体体现和必然选择。因此,生态商品混凝土正向着智能化、规模化、理论化、体系化和集成化方向发展。
1)生态商品混凝土智能化:生态商品混凝土智能化集生态商品混凝土和智能商品混凝土的双重特性。 2)生态商品混凝土规模化:生态商品混凝土规模化产生的经济化是促进生态商品混凝土推广的有效途径。
3)生态商品混凝土理论化:生态商品混凝土不同于传统商品混凝土,传统商品混凝土的理论无法指导生态商品混凝土的研究,其理论尚待进一步研究。
4)生态商品混凝土体系化:生态型商品混凝土是集岩石工程力学、生物学、土壤学、肥料学、硅酸盐化学、园艺学、环境生态和水土保持学等学科于一体的综合交叉学科,体系化是生态商品混凝土发展的必然趋势。 我国生态环境恶化的趋势主要表现在水土流失日趋严重，荒漠化土地面积不断扩大，草地退化、沙化和碱化面积逐年增加，生物多样性受到严重破坏。生态商品混凝土具有调节生态平衡、美化环境景观、实现人类与自然的协调具有积极的作用。在解决地球环境问题、转变人类发展观念、改善人居环境、净化水污染以及废物利用等方面比普通商品混凝土具有非常优越的条件，因此研究和开发新型生态商品混凝土具有很大的现实意义。 由上述可见，生态商品混凝土的开发和应用越来越受到关注，本课题所开发的生态商品混凝土主要具有生态护坡和生物共存两个方面的功能。主要体现在具有护坡功能的同时，因自身的多孔结构(孔径、孔隙率比较大)，还能被使用为植被基础、水边、水质净化。然而，耐久性研究是这种生态商品混凝土结构具有一定的实用价值的前提条件，只有当它的耐久性满足工程实际要求时，才能被工程所接受。因此，对其耐久性的行为进行详细的理论分析和试验研究，科学的鉴别其耐久性的优劣至关重要。 1、本课题中所进行的试验参考普通商品混凝土试验规范，以再生骨料和掺加大量粉煤灰为主要原料，配制生态商品混凝土 2、由于生态商品混凝土直接与大自然相接触，由于自身的特点以及特殊的作用和功能，同时将抗冻性研究作为耐久性分析的最重要的一面，研究生态商品混凝土各个方面的性能。 3、以生态商品混凝土的性能研究为依据，对生态商品混凝土的配制进行优化。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
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18:52:14 本文行家：
日前，北京市政府发布《地下水保护和污染防控行动方案》，其中6家位于饮用水水源保护区的高尔夫球场将退出，到2015年，确保北京地下水环境污染趋势基本遏制。我们看上去绿草如荫、似乎能够美化环境的的高尔夫球场，对环境都有哪些危害呢？环境专家指出，由于修建不当，亚洲许多国家和地区的高尔夫球场都给环境和生态带来了严重的污染和危害。据来自香港、日本和泰国的资料表明，高尔夫球场对环境产生的负面影响是多方面的。破坏生物多样性 喷洒杀虫剂场地建设需要改造大面积土地，砍伐树木、削丘填沟，对原有环境进行人工改造，还需要铲掉大量的野草、灌木和树木，种植单一的草皮。把一个以农林为主的生态系统改造成一个以草坪和别墅为主的人工生态系统，物种结构发生改变，生态系统功能也相应改变，其保持水土、防风固沙、改善小气候、平衡大气成分、净化空气和水、保护生物多样性等功能被减弱。消耗大量水资源球场使用的草皮需要耗用大量的水资源来维护灌溉，许多球场基本上都靠抽取地下水来维持经营，造成地面下沉，周围居民饮用水困难。农药污染环境为保养草皮，需要使用包括除草剂、杀虫剂、杀菌剂在内的多种化学药品。这些药物往往有致癌、致畸和环境激素的作用，在对草地施淋化肥、农药过程中，往往会导致农药化肥的残留液体通过排水系统流出球场，造成对球场周边水体、民居、公共设施的危害。但是，也有许多优秀的高尔夫场在球场设计、建造、使用方面与环境能够融洽相处。它们都坚持环境的可持续发展原则来经营高尔夫球场，而且有着宝贵的经验。高尔夫球场开辟新球场高尔夫球场选址建设按照高尔夫球协会提倡的利用三荒（荒地、荒山、荒滩）的原则来进行。球场周围建植环场林带，球道之间建植隔离林带，多造景观林。林木选种多种多样，灌木乔木合理搭配，使野生动物有栖息空间，避免物种单一化。高科技节水使用中水（即“再生水”，是指污水经适当处理后，达到一定的水质指标，满足某种使用要求，可以进行有益使用的水。）灌溉；建造完善、高效的雨水集水系统，可以提高水资源的利用效率，达到节水的目的；草皮选育本地耐旱抗病草种，使草坪既抗病又省水。科学施肥实施科学管理的方法保证草地健康，使用少量的农药和化肥。并且定期测土，科学施肥，将农药化肥对球场生态环境的破坏降低到最小；引入缓冲带和隔离带，做好水源的防护工作，通过增加绿化面积来达到增强农药、化肥等污染物的滞留能力，防止农药等有害物质流入水源，造成水体污染。
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