环保型绿化混凝土护砌材料的研究与实践 董建伟 裴宇波 王丽秋 摘 要 绿色建材是土木工程建筑材料发展的方向。利用建筑废砖石制作绿化混凝土构件，既能保持原有防护功能，又能使植草良好生长。 关键词 绿色 混凝土 护砌材料 吉林省水利实业公司经过近几年的研究，研制出一种在保持原有防护功能的前提下，能使植草良好生长的环保型混凝土护砌材料。 一、环保型绿化混凝土试验研究 1.多孔混凝土构造
环保型绿化混凝土护砌材料的研究与实践
董建伟 裴宇波 王丽秋
摘 要 绿色建材是土木工程建筑材料发展的方向。利用建筑废砖石制作绿化混凝土构件，既能保持原有防护功能，又能使植草良好生长。
关键词 绿色 混凝土 护砌材料
吉林省水利实业公司经过近几年的研究，研制出一种在保持原有防护功能的前提下，能使植草良好生长的环保型混凝土护砌材料。
一、环保型绿化混凝土试验研究
1.多孔混凝土构造
多孔混凝土由无砂混凝土构成，为了使植草能够在混凝土孔隙间生根发芽并穿透至土层，要合理选择骨料粒径，保证有一定的孔隙率、表面等效孔径。按照强度匹配原则，选用抗压强度相当的建筑废砖石，抗压强度为5～20MPa。采用普通硅酸盐水泥，用选定粒径制成的碎石孔隙混凝土抗压强度为2.7MPa，砖石为 1.6MPa。
2.绿化混凝土构件的耐久性研究
冻融稳定性。分别用砖石、碎石制成的大孔隙混凝土立方体试块做冻融循环试验，试验结果为：冻融循环（快冻）次数不小于50次。在进行冻融循环试验时发现，采用砖石制成的大孔隙混凝土冻融稳定性优于碎石制成的大孔隙混凝土。在同样冻融循环条件下，碎石大孔隙混凝土已完全破碎，而砖石大孔隙混凝土除边缘有部分损坏外，基本保持原形状。
结构稳定性。以疏密结合方式制成绿化混凝土构件，将构件边缘高强度混凝土、内侧大孔隙混凝土浇为一体，从而解决了绿化混凝土边缘强度低的弱点。为提高周边高强度混凝土的耐久性，采用了改性聚丙烯纤维混凝土。这种结构可节省水泥约30%。
穿透稳定性。观察长草后10cm厚的绿化混凝土构件，发现草具有亲肥性和亲水性，首先选择穿透混凝土孔隙，然后在土中向周边扩展，草根对绿化混凝土不产生膨胀破坏作用。
3.绿化混凝土防护特性研究
高透水性。绿化混凝土孔隙率高达40%以上，表面等效孔径2～3cm，孔隙自构件顶表面可蜿蜒通至地面。在堤防护砌工程中，受水位骤降的影响较小；在季节性寒冷地区，有利于排出和降低被保护土内含水量，减少冻害破坏。
较大的拔出力。经实测，绿化混凝土提高堤防等护砌材料防护稳定性的效果是惊人的。对边距离45cm的六角形绿化混凝土构件，原重量30kg，长草生根后被拔起时的拔出力为160kg。
高透气性。在很大程度上保持了被保护土与空气间的湿热交换能力。
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护砌安全性。绿化混凝土构件厚度与单块几何尺寸，可以按照《堤防工程设计规范》有关规定计算。由于草根的锚固作用，将会使上述计算结果更加趋于安全。
4.孔隙内碱性水环境改造
改造孔隙内碱性水环境是制作绿化混凝土的关键问题之一。通过对大孔隙混凝土中碱环境产生机理进一步进行分析和研究，找出了改善混凝土孔隙间碱性水环境的简便办法。根据有关专家实验研究结果，在38℃气温下28天时，硅酸盐水泥中的碱有86%～97%释放出来，其中有45%～85%是在前几小时内释放出来的。经过较长时间暴露后，硅酸盐水泥硬化浆体中仅保留15%的碱。混凝土初凝后，采用特殊方法，能减少孔隙间水泥表面可溶性碱量，辅以填充偏酸性植生材料，可在短时间内，改善孔隙间的碱性水环境。该结论经实验证实，植草生长茂盛。
5.植物生长材料选择和充填
填充的植物生长材料应当提供草在发芽及生长初期及在数年生长期内的养分与水分，减少残留碱性水环境对草根的不利影响。
草品种多数为多年生植物，必须为草提供当年以及今后数年生长期内所需要的缓释肥。为提高缓释程度与绿化混凝土的绿色程度，选择了动物角蛋白类，这种动物角蛋白每100g含氮16.3g，包含有18种氨基酸。
当护砌厚度在15～20cm时，可采用在护砌材料下面提供缓释肥的方法，即铺设营养型无纺布。该无纺布表面覆上一层角蛋白纤维，既起到反滤作用，又作为向植物提供营养物的载体。草根穿透无纺布后，可将大孔隙混凝土、无纺布一道锚固在被保护土上，提高整体护砌效果。
试验中采用了多种填充方法，最终认为高压吹填法效果较好，土充满了大部分孔隙，草生长茂盛，根系发育。
6.植草选择和播种研究
对于城区堤防等有美化环境要求的防护工程，可采用草坪草，虽然草籽、养护费用较高，但环境效应较好；对于无特殊美化要求或保持大自然状态的防护工程，宜采用自然生长草。对多种草坪草在绿化混凝土上进行生长实验，紫羊茅、早熟禾品种表现出很好的耐碱性和耐寒性，在-7℃～9℃时，仍郁郁葱葱。耐热性均有不足，特别是混凝土表面温度一般超过40℃，孔隙浅层温度36℃～38℃，使草在生长初期易产生热休眠现象，生长缓慢。
考虑到自然环境下草品种的多样性，也选用了多样野生花草进行种植研究。稗草、车前草、蒲公英、波斯菊、芍药花、马莲草、无名野蒿草等均能生长。
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播种方式试验了平面覆土播种法、凹面覆土播种法、预埋播种法、草坪卷铺设法等。平面覆土播种法制作便利，发芽率较好，有一定抗冲刷能力，可向孔隙内自行补给部分土壤，有一定抗晒能力，但在一定坡度遇大雨时，草籽易被冲刷；凹面覆土播种法发芽率、成活率均较好，抗冲刷能力较强，土壤补给能力较强，抗晒能力较好，但凹面制作较难控制；预埋播种法能够使草在混凝土孔隙深处发芽，耐践踏，但草籽用量大，后期营养容易接续不上，使得成活率较低；草坪卷铺设法种植简单，成活率高，但造价较高，根须穿透能力不强。
7.草根对绿化混凝土稳定性影响的研究
植草生根达一定长度时，对绿化混凝土构件有锚固作用。对几种紫羊茅、早熟禾、野稗草等试验草各部位抗拉力进行了检测，根茎部平均拉力11.71N，根中部为根茎部的65%，根下3/4处为根茎部的42%，根末梢基本为零。
8.施工制作
用专用混凝土构件成型机制作环保型绿化混凝土构件的工艺流程为：搅拌大孔隙混凝土或纤维混凝土→浇注保护框及大孔隙混凝土→撤出模板和构件养护→充填含保水剂、肥料营养土→黏土封闭。铺设施工工艺流程：坡面修整→铺营养型无纺布→摆放绿化混凝土构件→铺设薄土层→播种及铺盖草帘→浇水养护→撤除草帘→浇水至苗壮。按照上述工艺，每天单机制作能力可达1000～1200块，铺设230～280m2。
二、实验工程研究
2001年5月，吉林省水利实业公司在吉林省梅河口市城区防洪堤迎水坡面进行了绿化混凝土护砌实验，检验堤防迎水坡面绿化混凝土制作与施工方法、护砌效果。实验规模长909m、宽5.4m，计4908.6m2。六角形构件对边距52cm，厚度10cm。
在植草发芽期间，实验地突遇大雨，24小时降雨量为110mm，在实验高程以上水土保持有关单位进行的单纯播草护坡不仅表面被严重冲蚀，且堤防被冲刷出数道宽2～3m的缺口。本研究的绿化混凝土护砌则安然无恙，被冲开的缺口发展到绿化混凝土护砌部分时被阻止。
播种两个月后，植草的草叶最长为6～8cm，草根分蘖并穿透混凝土板；至10月30日，草叶长10～12cm，颜色呈深绿，明显优于直播草；11月上旬，当地温度为-9℃～4℃，并落下一层薄雪，但植草仍能生存，正午阳光晒化积雪后，堤防坡面仍是一片翠绿。相比之下，护砌高程以上直接植草部分已经泛黄。表明绿化混凝土中草的抗冻性能好于地面直播草。
环保型绿化混凝土护砌材料利用废砖石、轻纺工业废弃料，较大程度地降低了水泥用量，减少了砂石开采量，相应减少了对自然环境的毁坏，实现了在混凝土护砌面上种草的愿望，使刚性护砌与环境绿化完美地结合起来，是一种环境效应显著的绿色建材。
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