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摘要：随着我国国情的变化，绿色环保日益要求严格与传统护坡、治沙及废旧混凝土处理技术相比，植生混凝土具有生态效益、自净作用、防洪效益、经济效益等优势本论文以硫铝酸盐水泥、植生胶凝材料、骨料、尿素（U）、聚羧酸高性能减水剂主要原材料，采用“裹浆法”制备保水保肥型植生混凝土，并研究了其抗冻性能。
关键词：环保绿色；植生混凝土；尿素缓释
1.前言
植生混凝土是建筑学、材料学、生物学、农学等多个学科交叉形成的前沿学科。与传统护坡、治沙及废旧混凝土处理技术相比，植生混凝土具有生态效益、自净作用、防洪效益、经济效益等优势[1-6]，因此植生混凝土成为世界研究热点。本论文以硫铝酸盐水泥、植生胶凝材料、骨料、尿素（U）、聚羧酸高性能减水剂主要原材料，采用“裹浆法”制备保水保肥型植生混凝土，并对其抗冻性能进行研究。
2.混凝土的制备
植生混凝土原材料配合比及其编号见表1。
表1 植生混凝土原材料配合比
3.抗冻性能分析
植生混凝土常被用于河流岸堤护坡工程或湿地保护工程，其工作环境湿度较大，甚至完全浸泡在水中，因此在冬季，植生混凝土常常遭受冻融循环的破坏性作用。理论上来讲，植生混凝土内部存在大量的连通宏观空隙，包裹在组骨料表面的胶凝材料硬化浆体中微观空隙在遭受内部水分结冰、产生体积膨胀时，可以向植生混凝土内部宏观空隙移动，缓解膨胀应力，因此植生混凝土具有一定的抵抗冻融循环的能力。但是包裹在组骨料表面的胶凝材料硬化浆体中微观空隙在遭受内部水分结冰、产生体积膨胀时也会向周围的微观孔隙移动，导致其周围微观孔隙所承受的膨胀应力增大，微观孔隙尺度增大，多次冻融循环后微观孔隙逐渐演变为裂缝，进而导致植生混凝土性能下降甚至完全损坏。为了确保工程的稳定与安全，需要对植生混凝土抗冻性能进行研究。
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图3 植生混凝土冻融循环次数与质量损失率的关系
混凝土的冻融破坏是一个极其复杂的过程，研究认为混凝土在冻融循环过程中承受的破坏应力主要分为两种。其中一种是膨胀压力，混凝土微观孔隙内部的水结冰时会产生9%的体积膨胀，因此混凝土微观孔隙内部水分在低于冰点温度下发生形态变化会产生一个膨胀应力；另一种是渗透压力，在混凝土微观孔隙内部水分与空气的接触区域存在表面张力，这种作用导致微观孔隙内部水分的冰点降低，因而在植生混凝土宏观连通孔中的水达到冰点后，由于过冷水之间的浓度差和固态冰与液态水之间的饱和蒸汽压差引起水分迁移而形成渗透压。另外，过冷水迁移渗透必然导致微观孔隙内部固态冰体积不断升高，从而形成更大的膨胀应力。当混凝土处于冰冻状态时，膨胀应力和渗透压力会破坏混凝土的微观结构，而在融化后，水分进一步渗入孔隙中。经过多次冻融循环后，混凝土内部微观孔隙逐步变大并相互连接演变为裂纹，而裂纹相互交错形成成大裂缝，进而使混凝土性能大幅度降低甚至完全丧失。
植生混凝土冻融循环次数与质量的关系如图3所示。在植生混凝土冻融循环实验中，质量损失可以直观的反应植生混凝土试件遭受冻融破坏过程中的剥落状况。由图3可以看出在冻融循环次数不超过10次的情况下，植生混凝土基本没有质量损失，这主要是因为在该阶段植生混凝土只有少量的表层剥落，同时混凝土试件在该阶段处于吸水状态，因此质量损失非常小。
在-5～18℃的冻融循环制度下，植生混凝土试件在承受40个冻融循环之后，C0组混凝土质量损失率仅为0.6%，C1、C2组混凝土质量损失率分别为1.8%与2.4%；植生混凝土试件在承受70个冻融循环之后，C0组混凝土质量损失率仅为2.8%，C1、C2组混凝土质量损失率分别为3.5%与4.7%；并且在80个冻融循环之后，C0组混凝土质量损失率基本没变，C1组混凝土质量损失率超过4%，而C2组混凝土质量损失率超过5%。因此，在-5～18℃的冻融循环制度下，以硫铝酸盐水泥制备的植生混凝土抗冻性能优于以有机-无机复合植生胶凝材料制备的植生混凝土。同时在该制度下，C0、C1组植生混凝土可以承受超过80次的冻融循环，而C2组植生混凝土可以承受的冻融循环次数介于70～80次之间。
结论
保水保肥型植生混凝土C1、C2抗冻性能略逊于普通植生混凝土C0。在-5～18℃的冻融循环制度下，C0、C1组植生混凝土可以承受超过80次的冻融循环，而C2组植生混凝土可以承受的冻融循环次数介于70～80次之间。
植生混凝土应用在公路、铁路、隧道口、荒山边坡保护、河流岸堤防护、沙漠化治理及废旧混凝土绿化处理等方面具备显著的生态效益、自净效益、防洪效益、景观效益和经济效益，但是在植生混凝土的研究及应用过程中依然存在一些亟待解决的问题。比如植生混凝土的抗冻性问题；植生混凝土对环境的影响；植生混凝土与植物相容性的评价方法；植生混凝土的透水性问题；植生混凝土对水质净化作用的评价等。
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