綠色高性能混凝土

姜麗

【摘要】進入“十一五”以來，混凝土與水泥制品行業(yè)經(jīng)過了快速發(fā)展，已經(jīng)成為拉動我國經(jīng)濟發(fā)展的重要行業(yè)，但接踵而來的環(huán)境問題也令人堪憂，應(yīng)此混凝土的綠色生產(chǎn)和發(fā)展綠色混凝土已成為混凝土研究的主流方向。本文從合理利用資源，保護環(huán)境的方向并堅持可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，論述了混凝土的發(fā)展方向—綠色混凝土。

【關(guān)鍵詞】高性能混凝土 綠色高性能混凝土

混凝土在眾多建筑工程領(lǐng)域中是應(yīng)用最廣泛、用量最大的建筑材料之一，但是混凝土的大量使用，使自然資源遭受到前所未有的破壞，使資源和能源出現(xiàn)危機。因此，混凝土材料的發(fā)展應(yīng)與環(huán)境保護、能源節(jié)約、資源節(jié)省綜合考慮，協(xié)調(diào)發(fā)展，深化”綠色”觀念，發(fā)展綠色高性能混凝土(簡稱GHPC)。

一、綠色高性能混凝土的定義

在國內(nèi)，吳中偉院士最早對其概念作了闡述，他認為：傳統(tǒng)混凝土未來應(yīng)該是向著綠色高性能混凝土發(fā)展。大量學(xué)者研究認為綠色高性能混凝土應(yīng)符合以下幾個方面：

1、選用符合國家標(biāo)準(zhǔn)的綠色水泥，盡量減少砂、石開采過程中對環(huán)境的破壞，減水劑盡可能以工業(yè)廢液改性制造或在此基礎(chǔ)上研制其他復(fù)合外加劑。

2、盡量少用水泥熟料，減少環(huán)境污染，同時也能大量地降低能耗，并摻加更多以工業(yè)廢渣為主的活性摻合料，可改善混凝土的耐久性。

3、使高性能混凝土優(yōu)勢得到充分發(fā)揮，減少水泥和混凝土用量，達到節(jié)約資源、改善環(huán)境目的；。

4、對廢棄混凝土進行重新循環(huán)利用，發(fā)展再生混凝土。

二、綠色高性能混凝土的分類

1、生態(tài)環(huán)境友好型混凝土

為滿足高強度和高耐久性的要求，傳統(tǒng)的混凝土始終在追求材料的密實性。這種密實性使城市中的混凝土結(jié)構(gòu)(如各類建筑物、剛性路面等)缺乏透氣性和透水性，調(diào)節(jié)空氣的溫度、濕度的能力差，加劇城市熱島效應(yīng)，劣化了人類的生活環(huán)境；雨水長期不能滲人地下，使城市地下水位下降，影響了地表植物的生長，結(jié)果造成城市生態(tài)系統(tǒng)失調(diào)。

2、再生骨料混凝土

舊建筑物或結(jié)構(gòu)物解體的混凝土經(jīng)破碎分級成為粗細骨料，代替混凝土中部分砂石配制的混凝土，稱為再生骨料混凝土。

3、大摻量粉煤灰高性能混凝土

摻入粉煤灰能提高混凝土的強度以及抗?jié)B性和抗凍性，降低干縮性，對堿骨料反應(yīng)起抑制作用。如能充分利用粉煤灰的形態(tài)效應(yīng)、微集料效應(yīng)和火山灰效應(yīng)，在大量摻人粉煤灰情況下配制出高性能混凝土，將帶來更大的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

4、減輕環(huán)境負荷型混凝土

(1)利廢環(huán)保型混凝土：該類混凝土的組成與傳統(tǒng)混凝土的最大區(qū)別在于：采取一定技術(shù)措施，摻人大量的固體廢棄物，工業(yè)廢渣，廢棄的磚石、混凝土以及固體垃圾等和以工業(yè)廢液為原料的外加劑。

(2)節(jié)能型混凝土：水泥生產(chǎn)過程中需要高溫鍛燒硅質(zhì)原料(粘土或頁巖)和鈣質(zhì)原料等組分，要消耗大量的能源。

(3)自密實混凝土：自密實混凝土不良好的效果。

三、綠色高性能混凝土的一般特征

1、最大限度地節(jié)約水泥用量，盡可能多地使用綠色水泥，代之以工業(yè)廢渣為主的礦物外加劑，從而減少水泥生產(chǎn)過程中的CO2、SO2氣體的排放量，降低對天然資源與能源的消耗。

2、充分利用工業(yè)廢渣，更多地采用廢渣，如磨細礦渣、粉煤灰、硅灰和稻殼灰等作為活性摻合料以節(jié)約水泥；利用中水等作為混凝土的拌合用水，以節(jié)約水資源，在改善混凝土耐久性的同時保護環(huán)境。

3、采用先進生產(chǎn)工藝，對大量建筑垃圾進行資源化處理，使之成為可利用的再生混凝土骨料，減少對天然砂石的開采。

4、最大限度地發(fā)揮高性能混凝土的優(yōu)勢，使其高強、高性能化，減少結(jié)構(gòu)面積或結(jié)構(gòu)體積，改變我國建筑結(jié)構(gòu)的肥梁、胖樁、深基、厚墻的局面，節(jié)省混凝土用量，減輕自重。

5、擴大綠色高性能混凝土的使用范圍。

四、綠色高性能混凝土的研究現(xiàn)狀

在高性能混凝土技術(shù)發(fā)展過程中，首先以高強為標(biāo)志的技術(shù)迅速發(fā)展。由于水泥細度和水化速率在提高， 混凝土中膠凝材料用量在加大，總體細成分用量也在加大，以及外加劑的廣泛應(yīng)用和水膠比顯著減小，在這些因素的影響下，混凝土在提高強度的同時，也使體積穩(wěn)定性、裂縫、脆性和耐火性等問題凸現(xiàn)出來，嚴(yán)重影響了混凝土的耐久性和安全性。國內(nèi)外都有共識:單純高強并非高性能，高耐久性和安全性才能滿足結(jié)構(gòu)物使用壽命增長的需求。西方發(fā)達國家混凝土耐久性預(yù)期壽命已指向100年以上甚至更長，我國目前一般建筑大多以50年為目標(biāo)，總體上處于落后，如不重視，尚有維修和重建的不良前景，甚至重蹈西方已有建筑不堪維修重負的覆轍。

五、綠色高性能混凝土存在的問題

1、成本問題

高性能混凝土對原材料、生產(chǎn)線以及生產(chǎn)管理水平有著較高的要求，因此其造價也相應(yīng)的比普通混凝土成本高出許多（大于50%），從而制約了綠色高性能混凝土的推廣應(yīng)用。因此，一方面要加強科研力度、降低造價，另一方面要大力推廣綠色高性能混凝土的應(yīng)用。

2、早期開裂問題

混凝土開裂早已引起人們的關(guān)注，其并不是高性能混凝土所獨有的，而綠色高性能混凝土同樣存在著這個問題。國內(nèi)清華大學(xué)安明哲博士對綠色高性能混凝土由于低水膠比引起的自收縮問題進行了較為全面的探討，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：自收縮主要發(fā)生在3d內(nèi)，并隨齡期的延長而逐漸變慢。自收縮隨水膠比的減小而增大，以初凝到1d時最明顯。針對這種自收縮，研究者提出了許多抑制措施。

3、技術(shù)、設(shè)備問題

目前國內(nèi)在綠色高性能混凝土的應(yīng)用方面大多處于嘗試階段，缺乏較完整系統(tǒng)的基礎(chǔ)應(yīng)用研究，且研究僅限于不全面的實驗室試驗研究，與實際工況的情況相差較大，不利于綠色高性能混凝土的推廣應(yīng)用，在相關(guān)的技術(shù)規(guī)范方面亟待完善。

六、綠色高性能混凝土的研究展望

1、注意研究低強高性能混凝土

目前，高性能混凝土必須是高強混凝土(大于C50)的觀點大大限制了高性能混凝土的應(yīng)用范圍。事實上，大量使用的鋼筋混凝土建筑物。如低層和多層房層以及高層房層的上層構(gòu)件。以及大體積水下建筑物和基礎(chǔ)工程，對強度要求并不高(C25--C30左右)，但對耐久性、工作性、均勻性、體積穩(wěn)定性、低溫升等有一定甚至很高的要求，必須采用高性能混凝土。

2、加強對綠色高性能混凝土配套技術(shù)的研究開發(fā)

著重解決高性能混凝土和綠色高性能混凝土由于低水膠比引起的自收縮問題，進一步水化造成的裂紋問題，由于高強度帶來的脆性問題等。

3、提高混凝土材料的綠色度

混凝土的主要原料水泥是一種資源代價、能源代價和環(huán)境代價巨大的材料。每生產(chǎn)l t水泥除放出大量的粉塵外，還排放出約l t的溫室氣體CO：，因此，要提高混凝土的綠色度，必須采用有效措施．減少水泥的使用量。在高性能混凝土中科學(xué)地大量使用粉煤灰等礦物摻合料，既是提高混凝土性能的需要，又可減少對水泥產(chǎn)量的需求；既可減少煅燒熟料時CO：的排放，又因大量利用粉煤灰、礦渣及其他工業(yè)廢料而有利于保護環(huán)境。

4、降低高性能混凝土的成本

經(jīng)濟問題長期困擾著混凝土工作者，并成為混凝土技術(shù)進步的障礙。目前，大部分高性能混凝土的成本比常規(guī)混凝土高30％以上，制約了高性能混凝土的推廣應(yīng)用。與此同時，大量的試驗研究證實。高性能混凝土不一定要高成本，低成本生產(chǎn)高性能混凝土是完全可能的。

結(jié)語

綠色高性能混凝土是混凝土產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，是我國建設(shè)節(jié)約型、環(huán)保型社會發(fā)展道路方針的具體體現(xiàn)。加大對綠色高性能混凝土的研究，使綠色高性能混凝土創(chuàng)造出更多的經(jīng)濟效益和社會效益，在加快研究與開發(fā)的同時也要重視綠色高性能混凝土的宣傳推廣工作，盡快普及應(yīng)用到建設(shè)工程中，充分發(fā)揮其經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益。

參考文獻

覃維祖．《大力發(fā)展綠色高性能混凝土》．建筑技術(shù)．2005(1)：12—16．

吳中偉.《綠色高性能混凝土一 一混凝土的發(fā)展方向》凝土與水泥制品，1998〔1〕：3–6

余峰．《綠色高性能混凝土的研究》．武漢科技學(xué)院學(xué)報，2007，20（5）：46～49