生态混凝土研究及工程应用现状
混凝土材料使用广泛，虽然给人类提供了便利，但也对生态环境造成了巨大的危害。生产水泥和混凝土需要开采大量石灰、砂石和粘土，造成了山体自然景观与绿色植被破坏，河床位置及形状改变，水土流失等严重后果。产生的CO2、SO2、NOx等气体破坏环境、危害人类健康、影响地球生态平衡。为此，必须发展一种新型混凝土，能够节约资源和能源、减少污染以及保护环境。生态混凝土能够适应生物生长、对美化环境景观、调节生态平衡、实现人类与自然的协调，又被称为环保型混凝土[1]。
1 生态混凝土在护坡工程中的应用
利用生态混凝土进行河道护坡，在保障河流岸坡的安全与稳定的同时，修复了河流岸坡的生态，提高水体自净能力，改善了水体生态环境。植物的根系直接生长在生态混凝土中会对边坡的防护产生以下四方面的影响[2]。
①根的锚固作用。植物的垂直根系穿过坡体软弱层，通过摩擦作用把根系与周边土体联系起来，以起到加固作用，作用类似于锚杆。
②浅根的加筋作用。植草的根系在边坡表土层中盘结缠绕，使边坡土体成为土与草根的复合材料。根系的加筋作用变为增加土层的凝聚力和对土粒的网兜包裹效应。
③降低坡体孔隙水压力。诱发滑坡的重要因素之一就是降雨，坡体孔隙水压力会造成边坡失稳。植物通过吸收水分和蒸腾作用使得土体的孔隙水压力降低，从而不仅提高了土体的抗剪强度，还提高了边坡的稳定性。
④控制土粒流失。如果地表径流带走被滴溅分离的土粒则会引起进一步的片蚀和沟蚀。由于植被能够有效抑制地表径流并削弱雨滴溅蚀，因此，植被能够很好的控制土粒流失。
2 生态混凝土在治理水污染工程中的应用
生态混凝土具有良好的透水性，这主要是因为它通常用粗骨料而不用细骨料，从而在混凝土内形成很多的连通孔。依靠多孔混凝土具有的物理、化学以及生物作用而达到净水目的[3]。
①物理净化。净水生态混凝土的孔隙率一般为15%～35%，连续空隙的孔径为集料平均粒径的25%～27%，平均空隙直径为4～5mm。在制备生态混凝土的过程中，加入了缓释材料，从而增加了生态混凝土内部的微孔结构而成为了良好的过滤材料。较小的孔径和较大的接触面积使生态混凝土具有良好的过滤和吸附功能，使水质得到净化[4]。
②化学净化。水泥作为混凝土的组成材料之一，当混凝土浸泡在水中或水化过程中都会溶Ca（OH）2。除了能够调节PH值外，还可以作为无机混凝土将水中的悬浮物质絮凝沉淀，在澄清的同时减少了水中的污染物质[5]。混凝土会缓慢的释放镁离子与水中的铵离子发生离子交换，由于巨大的混凝土表面积很容易吸附铵离子，在硝化细菌生物的作用下逐步硝化成氨气。另外，生态混凝土中脱离出来的镁离子，也会和污水中的磷酸根离子反应，生产一种磷酸氢镁三化合物沉淀：
Z2-Mg2++2NH+4→2Z1-NH+4Mg2+
Mg2++HPO2-4+3H2O→MgHPO4.3H2O↓
由于生态混凝土中会缓慢的释放出铝离子，与水结合会形成胶体氢氧化铝，而氢氧化铝会包裹污水中的悬浮物质，通过共同沉淀达到净水的目的。因此，掺加在生态混凝土中的铝、镁离子等缓释性净水材料，不但能够阻缓钙离子的溶出，还能有效去除污水中的营养物质，如氮、磷等[5]。
③生化净化。由于生态混凝土的多孔结构为微生物的生存提供了一个适宜的生存空间，因此，在污水处理过程中，通过吸附各种微生物而形成生物膜。由于生物膜是一种蓬松的絮状结构，因此具有很大的表面积，从而吸附能力很强。流经生态混凝土的污水，吸附以及沉积在生物膜上的有机物质为微生物提供了营养，其中一部分转化为细胞物质而进行繁殖生长，成为生物膜中新的活性物质；另一部分则会转化为排泄物，转化过程中释放的能量供微生物生长。目前已发现有藻类（硅藻类、绿藻类、蓝藻类、涡鞭藻类），细菌类（硝化细菌、甲烷菌、脱氮菌等好养型和厌氧型细菌），原生动物（根足虫类、轮虫类），后生动物等多种生物发挥作用。微生物在生态混凝土中的生化净水方面起到了主导作用。因此，为了适应微生物的生长，不仅要求生态混凝土具有系统的环境温度和PH值，还要为微生物提供足够的生存空间，即足够的表面积。
3 存在的问题
虽然生态混凝土是改善人居环境的重要措施，但是在护坡工程及净水工程中还存在许多有待进一步研究的方面[6]：第一，降碱处理问题。如果没有处理好护坡工程，无论是植株的高度还是茁壮程度都不如普通土壤中的植株长势好。此外，生态混凝土经过降碱处理后，还需进一步研究其力学强度等是否会对植株造成较大的损伤和破坏。第二，植被组合简单，生态适应性差。目前，我国国内选用的植被种子类型多以草坪草种为主，由于品种单一且组合简单，因此，对于后期的管理要求较多。由于目前大多的管理都忽略了植被的生态功能以及适应性，而过于的追求景观效果，从而造成坡面人工植被群落的生态稳定性交叉，并且常常由于环境因子的剧烈变化或周围野草的侵入而消亡。第三，配合比设计。生态混凝土虽然有着广泛的实用功能，但是由于缺乏统一而规范的配合比设计方法，从而严重阻碍了混凝土的发展。在具体的实施过程中，必须根据实际情况进行配合比的计算，这是因为不同研究中的水灰比、灰骨比相差很多，与选择的粗骨料、水泥以及外掺料密切相关。第四，孔隙的拥塞。污水中的固体物质沉积在混凝土上，由于拥塞了空隙而失去了净水功能。
4 结语
生态混凝土不仅是传统混凝土走可持续发展的必由之路，也是在建筑材料方面保护生态环境和可持续发展观的具体体现和必然选择，更是低碳城市建设的重要组成部分。人们随着经济的发展以及生活质量的不断提高，越来越重视生态环境，因此，在理论化的基础上，生态环保混凝土必将产业化。
1 生态混凝土在护坡工程中的应用
利用生态混凝土进行河道护坡，在保障河流岸坡的安全与稳定的同时，修复了河流岸坡的生态，提高水体自净能力，改善了水体生态环境。植物的根系直接生长在生态混凝土中会对边坡的防护产生以下四方面的影响[2]。
①根的锚固作用。植物的垂直根系穿过坡体软弱层，通过摩擦作用把根系与周边土体联系起来，以起到加固作用，作用类似于锚杆。
②浅根的加筋作用。植草的根系在边坡表土层中盘结缠绕，使边坡土体成为土与草根的复合材料。根系的加筋作用变为增加土层的凝聚力和对土粒的网兜包裹效应。
③降低坡体孔隙水压力。诱发滑坡的重要因素之一就是降雨，坡体孔隙水压力会造成边坡失稳。植物通过吸收水分和蒸腾作用使得土体的孔隙水压力降低，从而不仅提高了土体的抗剪强度，还提高了边坡的稳定性。
④控制土粒流失。如果地表径流带走被滴溅分离的土粒则会引起进一步的片蚀和沟蚀。由于植被能够有效抑制地表径流并削弱雨滴溅蚀，因此，植被能够很好的控制土粒流失。
2 生态混凝土在治理水污染工程中的应用
生态混凝土具有良好的透水性，这主要是因为它通常用粗骨料而不用细骨料，从而在混凝土内形成很多的连通孔。依靠多孔混凝土具有的物理、化学以及生物作用而达到净水目的[3]。
①物理净化。净水生态混凝土的孔隙率一般为15%～35%，连续空隙的孔径为集料平均粒径的25%～27%，平均空隙直径为4～5mm。在制备生态混凝土的过程中，加入了缓释材料，从而增加了生态混凝土内部的微孔结构而成为了良好的过滤材料。较小的孔径和较大的接触面积使生态混凝土具有良好的过滤和吸附功能，使水质得到净化[4]。
②化学净化。水泥作为混凝土的组成材料之一，当混凝土浸泡在水中或水化过程中都会溶Ca（OH）2。除了能够调节PH值外，还可以作为无机混凝土将水中的悬浮物质絮凝沉淀，在澄清的同时减少了水中的污染物质[5]。混凝土会缓慢的释放镁离子与水中的铵离子发生离子交换，由于巨大的混凝土表面积很容易吸附铵离子，在硝化细菌生物的作用下逐步硝化成氨气。另外，生态混凝土中脱离出来的镁离子，也会和污水中的磷酸根离子反应，生产一种磷酸氢镁三化合物沉淀：
Z2-Mg2++2NH+4→2Z1-NH+4Mg2+
Mg2++HPO2-4+3H2O→MgHPO4.3H2O↓
由于生态混凝土中会缓慢的释放出铝离子，与水结合会形成胶体氢氧化铝，而氢氧化铝会包裹污水中的悬浮物质，通过共同沉淀达到净水的目的。因此，掺加在生态混凝土中的铝、镁离子等缓释性净水材料，不但能够阻缓钙离子的溶出，还能有效去除污水中的营养物质，如氮、磷等[5]。
③生化净化。由于生态混凝土的多孔结构为微生物的生存提供了一个适宜的生存空间，因此，在污水处理过程中，通过吸附各种微生物而形成生物膜。由于生物膜是一种蓬松的絮状结构，因此具有很大的表面积，从而吸附能力很强。流经生态混凝土的污水，吸附以及沉积在生物膜上的有机物质为微生物提供了营养，其中一部分转化为细胞物质而进行繁殖生长，成为生物膜中新的活性物质；另一部分则会转化为排泄物，转化过程中释放的能量供微生物生长。目前已发现有藻类（硅藻类、绿藻类、蓝藻类、涡鞭藻类），细菌类（硝化细菌、甲烷菌、脱氮菌等好养型和厌氧型细菌），原生动物（根足虫类、轮虫类），后生动物等多种生物发挥作用。微生物在生态混凝土中的生化净水方面起到了主导作用。因此，为了适应微生物的生长，不仅要求生态混凝土具有系统的环境温度和PH值，还要为微生物提供足够的生存空间，即足够的表面积。
3 存在的问题
虽然生态混凝土是改善人居环境的重要措施，但是在护坡工程及净水工程中还存在许多有待进一步研究的方面[6]：第一，降碱处理问题。如果没有处理好护坡工程，无论是植株的高度还是茁壮程度都不如普通土壤中的植株长势好。此外，生态混凝土经过降碱处理后，还需进一步研究其力学强度等是否会对植株造成较大的损伤和破坏。第二，植被组合简单，生态适应性差。目前，我国国内选用的植被种子类型多以草坪草种为主，由于品种单一且组合简单，因此，对于后期的管理要求较多。由于目前大多的管理都忽略了植被的生态功能以及适应性，而过于的追求景观效果，从而造成坡面人工植被群落的生态稳定性交叉，并且常常由于环境因子的剧烈变化或周围野草的侵入而消亡。第三，配合比设计。生态混凝土虽然有着广泛的实用功能，但是由于缺乏统一而规范的配合比设计方法，从而严重阻碍了混凝土的发展。在具体的实施过程中，必须根据实际情况进行配合比的计算，这是因为不同研究中的水灰比、灰骨比相差很多，与选择的粗骨料、水泥以及外掺料密切相关。第四，孔隙的拥塞。污水中的固体物质沉积在混凝土上，由于拥塞了空隙而失去了净水功能。
4 结语
生态混凝土不仅是传统混凝土走可持续发展的必由之路，也是在建筑材料方面保护生态环境和可持续发展观的具体体现和必然选择，更是低碳城市建设的重要组成部分。人们随着经济的发展以及生活质量的不断提高，越来越重视生态环境，因此，在理论化的基础上，生态环保混凝土必将产业化。
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