隨著社會經濟的不斷發展，人口膨脹、資源短缺、環境惡化等問題越發顯著。混凝土作為社會發展中不可缺少的一種人造建筑材料，其在生產和使用中給環境帶來的負荷不言而喻。面對城市綠化面積的逐漸減少、溫室效應和熱島效應的逐漸加重，人們開始不僅停留在看重混凝土的結構性能上，也逐漸關注環境友好型、智能節約型、綠色生態型混凝土的發展。

綠色生態混凝土的概念

       綠色生態混凝土作為近幾年發展起來的新型環保建筑材料，既具備普通混凝土的性能，又能達到生態化的需求，是一種能為人類構造和諧舒適環境的生態混凝土，其產生的生態效益和社會效益十分顯著，對我國推行低碳、環保及可持續發展戰略起著重要的促進作用。

      1995年，日本混凝土工學協會首先提出了生態混凝土（Environmentally Friendly Concrete / Eco-concrete）的概念。所謂綠色生態混凝土，是指以一定強度、一定孔隙率的特制混凝土為骨架，在混凝土孔隙內填充植物生長所需的物質，能夠適應綠色植物生長的混凝土及其制品，在結構上亦屬于多孔混凝土結構。綠色生態混凝土包括環境友好型生態混凝土和生物相容型生態混凝土，環境友好型混凝土是指在混凝土的生產和使用過程中，能夠降低混凝土給環境帶來的負荷；生物相容型混凝土是指能與自然環境相融合，能促進人與自然和諧共處的一類混凝土。綠色生態混凝土具有如下特點：①由于自身多孔性，具有良好的排水和透水性能；②由于植被的生長，不僅能美化環境，還能促進生態平衡；③由于表面呈凹凸構造，具有良好的抗滑和吸聲功能。

綠色生態混凝土的發展歷史

       雖然早在1956年蘇聯科學院布德尼柯夫院士便提出了一種新型的建筑材料—多孔混凝土，但只是系統地概述了這一類新型建筑材料的制造方法及性能。生態混凝土的研究最早還是始于日本，20世紀90年代曾有日本研究者用多孔混凝土作為護岸材料的試驗工程，證明了多孔混凝土適合植物生長，并能用于河川護岸工程，日本秩父小野田（株）和前田制管（株）通過進行混凝土植生性能的研究也證明了此觀點。2001年日本先端建設技術中心制定了綠色生態混凝土河川護岸工法，旨在推進具有生態效應的綠色混凝土的發展進程。

       在國內，中國工程院院士吳中偉最早提出綠色混凝土概念，并指出綠色高性能混凝土為今后混凝土的發展方向，為生態混凝土在我國的發展研究奠定了基礎。21世紀，吉林省水利實業公司提出了用建筑廢磚石作為粗骨料制成的復合隨機多孔型綠化混凝土，其采用高強度混凝土作為周邊保護框兼模具，解決了多孔混凝土邊緣強度低、有效面積小等問題。上海大學提出了以水泥、粗粒徑建筑廢料（碎石）、耐沖刷營養土、減水劑等為原料研制的“沙琪瑪骨架”綠化混凝土，具有良好的耐沖刷和耐踐踏能力，可廣泛應用于城市綠地建設。華南理工大學許燕蓮等通過實驗提出采用絕對體積法能夠有效計算出綠色生態混凝土的配合比，在一定程度上打破了配合比設計無據可依的局面，并提出了一種“預包裹”攪拌技術，為綠色生態混凝土的制備提供了參考。中南林業科技大學尹健等對綠色生態混凝土膠凝材料漿體的流變性能進行了研究，得出礦物摻合料對水泥基膠凝材料漿體流變性能的影響規律，為綠色生態混凝土目標孔隙率的實現奠定了理論基礎。

綠色生態混凝土性能研究現狀

1 力學性能研究

生態混凝土的力學指標主要是指強度要求。文獻表明，集料的級配、粒徑和強度對生態混凝土的強度存在影響，連續級配配制的生態混凝土抗壓強度大于單一級配配制的生態混凝土抗壓強度；隨著集料粒徑的增大，相同設計孔隙率下生態混凝土的抗壓強度減小；在同等條件下，集料強度越高，配制的混凝土強度也越高。

膠結材料的種類和強度也顯著影響生態混凝土的力學性能。高建明等認為膠凝材料摻入礦物外加劑后不僅能調整混凝土拌合物的工作性能，還能改善其力學性能，其中硅粉、礦渣微粉或粉煤灰與礦渣微粉復摻的效果更佳。文獻表明，膠凝材料用量對孔隙率、強度的影響較水膠比更為顯著，大孔生態混凝土的抗壓強度隨著膠凝材料用量的增加而增大，孔隙率隨膠凝材料用量的增加而減小，但膠凝材料用量增加對強度的增大效應遠大于對孔隙率的減小效應。

Milani S. Sumanasooriya, Narayanan Neithalath基于目標孔隙率及其相關性能要求，研究了骨料尺寸對多孔生態混凝土的影響，結果表明：隨著骨料尺寸的增加，多孔生態混凝土的孔隙率和孔徑大小都在增大。同時對多孔混凝土內部孔隙結構特征之間的相互關系進行了研究，基于體積法和圖像分析技術，建立了高膠凝材料量與低膠凝材料量配制的多孔混凝土的體積孔隙率與滲透系數之間的關系式；文獻對綠色生態混凝土力學性能進行研究發現，在水泥用量和粗骨料用量一定的情況下，骨料粒徑越大，有效孔隙率和透水系數也越大，但強度卻越小。當摻入礦物摻合料時，綠色生態混凝土強度隨礦物摻合料摻量的增大而減小，這是因為粉煤灰及礦粉的水化速率低于水泥的水化速率。且減小作用從高到低依次為：粉煤灰＞粉煤灰+礦粉＞礦粉，原因在于礦粉的活性強于粉煤灰，且能增強混凝土后期強度，并在雙摻時產生增強效應。

上海大學采用Zwick/RoellZ010型雙向拉壓機對生態混凝土的力學性能進行了研究，試驗結果表明，混凝土結構在外部載荷作用下，在交界面或缺陷薄弱界面會產生微裂紋，當載荷逐漸增大，微裂紋開始連接起來并形成宏觀裂紋，并一直處于恒定的發展狀態，在達到極限載荷后，裂紋趨向于不穩定發展。同時還指出，生態混凝土雙向抗壓強度是單向抗壓強度的1.2倍左右。

四川大學采用正交試驗對多孔生態混凝土的抗壓強度和孔隙率及主要影響因素進行了試驗，結果表明，當孔隙率超過20%時，抗壓強度隨孔隙率的增大而快速減小，同時得出影響多孔生態混凝土強度和孔隙率的主要因素是灰集比，且灰集比越大，抗壓強度越高，但孔隙率越小。文獻通過試驗研究也得出了類似結論，認為強度與孔隙率之間存在一定的線性關系，不同膠結材料的生態混凝土的抗壓強度隨著孔隙率的增大而減小。

除材料本身的影響外，混凝土攪拌方法及養護條件對多孔生態混凝土的抗壓強度也存在影響。用裹漿法制備出的生態混凝土強度高于一般攪拌方法。采用塑料薄膜覆蓋的養護方法相比一般的室外養護方法，其得到的生態混凝土強度更高。

2 耐久性能研究

生態混凝土的結構不同于普通混凝土，其耐久性破壞是內外同時發生的，破壞程度遠大于普通混凝土。吳智仁等對生態混凝土耐久性進行了研究，認為其影響因素分為外部因素和內部因素，并指出要想深入地了解生態混凝土耐久性損傷及其發展規律，除了進行宏觀試驗及耐久性分析外，還要進行多種尺度的耐久性損傷數值模擬試驗。

東南大學通過研究設計了一種適合生態混凝土抗凍性能試驗的方法----單面凍融循環法，對不同種類礦物摻合料、摻量不同的生態混凝土的抗凍性能進行研究得出，礦渣微粉有利于生態混凝土抗凍性能的提高，而粉煤灰則不能。這是因為礦粉的摻入大大增加了C-S-H凝膠體與凝膠孔的數目，減少了結冰孔的數量，從而提高了漿體的抗凍性。而粉煤灰因為與礦粉的活性不同，發生水化反應的時間和速度以及生成的凝膠數量和結構不同，從而導致生態混凝土抗凍性能的差異。Yang和Jiang經試驗發現，凍融循環的速度也影響著生態混凝土的抗凍性能，相同時間內經歷凍融循環次數多的試件裂化速度更快。

青島理工大學對大孔生態混凝土耐硫酸鹽侵蝕性能進行了研究，總結出膠凝材料用量、水膠比及孔隙率均會影響大孔生態混凝土的耐硫酸鹽侵蝕性能。研究結果表明，隨著膠凝材料用量的增加，其抗硫酸鹽侵蝕能力增強，經過60次干濕循環后，仍能保持良好的抗硫酸鹽侵蝕性能。當孔隙率相同時，大孔生態混凝土耐硫酸鹽侵蝕能力隨水膠比的減小而增大，水膠比越小，包裹在粗骨料表面的硬化水泥石包裹層越密實，硫酸鹽溶液越不容易向過渡界面區滲透，從而有效地提高了大孔生態混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能；當膠凝材料用量相同時，抗硫酸鹽侵蝕能力隨著孔隙率增大而減小，主要原因在于，孔隙率越大其內部膠結點的數量及接觸面積就越小，在冷熱干濕不斷交替的硫酸鹽腐蝕環境中，其內部損傷就越大。文獻對硫酸鹽干濕循環侵蝕作用下生態混凝土的耐久性也進行了研究，提出生態混凝土相對動彈性模量的變化規律能反映其受硫酸鹽侵蝕的破壞程度。試驗結果表明，在孔隙率一定的情況下，生態混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能隨骨料粒徑的減小而增大；當水膠比介于0.25～0.29時，抗硫酸鹽侵蝕性能隨凈漿水膠比的增大而增大；當礦粉摻量介于20%～40%時，抗硫酸鹽侵蝕性能隨礦粉摻量的增大而減小。

3 植生性能研究

綠色生態混凝土最大的特點是它的植生性，其透水、透氣等性能有利于植物的生長，可用于河川護堤工程，還可以用于城市道路兩側及中央隔離帶、停車場、樓頂等部位，既能吸附空氣中的有毒氣體，又能有效吸收城市噪音和太陽反射光線，對保持城市氣候的生態平衡具有積極作用。

植物適生性主要取決于生態混凝土的孔隙率、孔隙平均孔徑及孔內水環境的pH值3個因素。粗骨料粒徑與水膠比直接影響生態混凝土的孔結構特征，文獻指出，粗集料粒徑越大，孔隙率越大，且孔隙平均孔徑越大，越有利于植物的生長。對百喜草而言，相比于孔隙率為36%、平均孔徑小于4mm的生態混凝土，它在孔隙率為39.45%、平均孔徑為6.4mm的混凝土中長勢更好；對狗牙根而言，在低孔隙率（20%、25%）情況下，其覆蓋率隨水灰比的增大而增大，但在高孔隙率（30%）情況下，其覆蓋率隨水灰比的增大呈先增大后減少趨勢。文獻研究發現，磚石配制的生態混凝土植草試驗時草根穿透混凝土孔隙后由土向四周擴展，對綠化混凝土不產生膨脹破壞作用，有較好的穿透穩定性。

福建農林大學對綠化混凝土植物相容性進行了研究，總結了綠化混凝土草種選擇原則，以及適合亞熱帶地區種植的部分草種，并通過對綠化混凝土的各組成因素進行優化配比試驗得出植物生長最優環境條件為水泥用量4.5kg，耕植土用量17.3kg，外加劑用量2.9kg，珍珠巖用量7.2kg，最優pH值為8.39。

美國加州大學Wekde等通過植生實驗發現，種植在厚度為150～300mm的綠化混凝土中的花草，其耐旱性良好，耐淹性基本與普通土壤中生長的植物相同，在積雪融化和集中暴雨等水流速度較快的情況下，還表現出良好的抗沖刷性。文獻中指出，生態混凝土中水泥的含量對狗牙根的發芽率和存活率有著重要的影響，當水泥含量在0～8%時，種子的發芽率呈上升趨勢，當水泥含量在8%～16%時，種子的發芽率呈下降趨勢。且當水泥含量在8%以下時，植物的各生長發育參考指數均處于增長趨勢，這說明特定的水泥含量對植物的生長起促進作用，高含量對其有抑制作用。

綠色生態混凝土降堿技術研究現狀

然而，混凝土由于水泥水化之后呈堿性，孔隙內部的水環境pH一般大于12，不滿足植物的生長條件，因此如何降低綠色生態混凝土內部孔隙的堿度、強度損失較小成為生態混凝土發展的關鍵技術。從材料本身而言，水泥的用量直接影響孔隙內水環境的堿性，隨著膠凝材料中水泥的減少，堿性減弱，但堿度降低幅度很小。

董建偉等提出綠化混凝土孔隙中的鹽堿水環境是動態的、相互轉換并共同對植物構成危害，經過長期的實驗研究，通過對綠化混凝土孔隙內鹽堿性水環境的形成、表現形式、轉變過程、鹽堿構成組分的分析，提出了元素形態改變、離子動態平衡、分子篩效應等理論，根據上述理論提出了化學、物理、土壤化學、生物化學、結構、農藝和植物生理等系列改造方法。理論上不僅使綠色生態混凝土孔隙內水環境的pH值達到植物生長的要求，還將有害物質轉變成了有利于植物生長和提高混凝土性能的材料。但實際上該系列方法操作復雜，不適合工程應用，且很難達到理想效果。

有關學者認為礦物外加劑能降低綠色生態混凝土孔隙內的堿度，對萘系高效減水劑和硅粉進行了研究。結果表明，生態混凝土孔隙內水環境的pH值隨萘系高效減水劑、硅粉摻量的增加而減小，當減水劑、硅粉摻量分別為1%、5%時，孔隙內水環境的pH值均下降0.5左右。由此可見，摻加減水劑及礦物摻合料雖能降低一定堿度，但效果不明顯。H. F. W. Taylor等人通過對硅灰、礦渣、粉煤灰等礦物摻合料進行研究發現，當礦物摻合料摻量為50%時，膠凝材料水溶液的pH值仍然大于12。J. L. Garcia Calvo、A. Hidalgo等人也驗證了此觀點，當單摻硅灰為45%時，90d孔隙內的pH值仍在12.5左右，即使當硅灰摻量超過50%，孔隙內pH值仍維持在12左右。因此摻入礦物外加劑對降低生態混凝土堿度的作用不大。

除添加外加劑，有些學者運用酸堿中和的原理進行了一些研究，FeSO4的水溶液呈現弱酸性，可以中和水泥水化過程中產生的堿類物質。王桂玲等通過研究表明，當FeSO4摻量在0～4%之間變化時，生態混凝土內部pH值滿足植物生長條件，同時混凝土強度降低不明顯，但當摻量繼續增加時，混凝土強度降幅較大，不利于混凝土的結構穩定性，所以將FeSO4摻量控制在4%左右效果最佳。但經上海大學羅仁安等人研究表明，經此降堿處理后的生態混凝土力學性能受到較大的損壞。另一種酸堿中和方法是將綠色生態混凝土成型后浸泡在一定濃度的草酸溶液中，草酸與孔隙內溶出的堿性物質發生反應，使混凝土孔隙內的pH值維持在合理的范圍內。但經相關學者研究發現，這種浸泡方法對混凝土的強度影響很大，達不到工程應用的需求。李榮煒等將浸泡方式改為向其表面噴灑草酸溶液，實驗發現孔隙內堿度明顯降低，3個月后pH值仍保持在8左右，能滿足大多數植物的生長需求。另外，將綠色生態混凝土進行碳化處理也能降低其堿性，在碳化過程中，CO2氣體能與孔隙內的堿性物質發生化學反應，生成致密的保護層阻礙堿性物質的溶出，從而能夠起到較好的降堿作用，但此方法僅在試驗室可行，在室外實際工程中很難實現。

有關學者還通過一些物理方法對綠色生態混凝土進行降堿處理。如將綠色生態混凝土進行蠟封，蠟封是在孔隙表面附上一層工業石蠟，以阻止水泥中堿性物質向外釋放的方法，同時對生態混凝土的孔隙狀態也不會產生較大的影響，試驗證明蠟封處理后的生態混凝土的孔隙水環境pH值可降低0.5～1。用永凝液進行表面處理也能達到相近的效果。不過，物理封閉方法操作難度系數較高，且封閉材料的耐久性有待進一步研究。

結論與展望          

綠色生態混凝土是一種集環保與實用為一體的新型建筑材料，它的研究發展標志著人類逐漸走向與自然和諧共處的道路，同時一些環境與人文問題都會得到相應的緩解。我國在綠色生態混凝土研究方面起步較晚，在今后的研究工作中，我們還需要解決以下幾點問題：

1 到目前為止還沒有統一、合理的綠色生態混凝土配合比設計方法，沒有具體的規范進行操作指導，對于強度與孔隙率之間的矛盾也沒有提出合理的解決方法。

2 用普通硅酸鹽水泥生產出的生態混凝土孔隙內的水環境堿度太高，不適合植物生長。一系列降堿方法還有待考證，降堿處理對綠色生態混凝土性能的影響還需要更深入的研究。

3 不同草種對不同環境的適應性及耐踐踏性不同，其與混凝土的匹配性還缺乏研究，草種的混播比例以及播種密度等問題還沒有充分的科學依據，綠色生態混凝土可再播種的重復性還需要進一步研究。

相信通過不斷的探索與研究，綠色生態混凝土將逐漸朝智能化、規模化、體系化、集成化和規范化方向發展，其在工程應用領域的前景也會更加廣闊。