綠色化混凝土的前景

朱慶沖　李霈文　張江華　吳偉民

摘 要：介紹了綠色混凝土的特點(diǎn)及發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀，結(jié)合現(xiàn)階段混凝土生產(chǎn)技術(shù)水平，從非再生資源的節(jié)約、廢棄資源的利用、耐久性、環(huán)?；葞讉€(gè)方面討論了混凝土綠色化的發(fā)展途徑。

關(guān)鍵詞：綠色化；摻合料；再生；壽命

混凝土的綠色化就是指混凝土在生產(chǎn)過程和應(yīng)用過程的綠色化，既在保證混凝土性能的前提下，減少水泥用量；大量利用優(yōu)質(zhì)的工業(yè)廢渣、再生骨料和代用骨料，減少自然資源和能源的消耗；提高混凝土安全使用壽命，減少因修補(bǔ)或拆除造成的浪費(fèi)和二次污染。

1 綠色混凝土應(yīng)用現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)外對(duì)礦物摻合料的利用已經(jīng)很普及，主要是在混凝土中摻加部分磨細(xì)礦渣、粉煤灰、硅灰等摻合料替代一部分水泥，由于礦物摻合料的摻入，減少了水泥的用量，減少了水化熱，有利于混凝土體積穩(wěn)定，可以改善孔結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)混凝土耐久性，粉煤灰（I 級(jí)）還可以降低混凝土拌合物用水，改善混凝土和易性。所謂再生骨料混凝土是指以廢混凝土、廢磚塊、廢砂漿作骨料，加入水泥砂漿拌制的混凝土，在國(guó)外已經(jīng)得到了很多工程應(yīng)用。

2 混凝土的綠色化發(fā)展途徑及趨勢(shì)

1.選擇優(yōu)質(zhì)水泥與礦物摻合料

近年來，我國(guó)水泥產(chǎn)量增長(zhǎng)速度十分驚人。然而工業(yè)廢渣的利用在建筑業(yè)占主導(dǎo)作用，如：粉煤灰、高爐礦渣、固硫渣等工業(yè)廢渣。如果把這些工業(yè)廢渣大量的應(yīng)用到水泥混凝土中代替一部分水泥，可以在很大程度上減少資源和能源消耗。由此可以看出降低水泥用量，大量利用工業(yè)廢渣，將大大減少由于混凝土越來越大需求帶來的資源和能源的消耗，利于環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展。同時(shí)，改變水泥品種，降低混凝土中水泥用量，將大大減少混凝土生產(chǎn)使用過程中產(chǎn)生的問世氣體排放和粉塵污染，降低水熱化、減少收縮開裂的趨勢(shì)。對(duì)混凝土綠色化具有積極意義。

下面具體舉出一個(gè)比較新穎的例子——堿礦渣水泥混凝土。堿礦渣水泥是由磨細(xì)礦渣或磷渣、鋼渣等和堿性激發(fā)劑混合而制成的一種新型膠凝材料。與目前的硅酸鹽水泥相比， 堿礦渣水泥混凝土具有高強(qiáng)、耐久、節(jié)能、充分利用工業(yè)廢渣和自然資源的特點(diǎn)，。

礦渣粉在用于配制預(yù)拌混凝土?xí)r，不但可以高比例的等量替代水泥（一般可代替30%～50%的水泥），而且可以大大改善混凝土的性能，如泌水少、流動(dòng)度和可塑性好，水化熱降低，有利于防止大體積混凝土內(nèi)部溫升引起的裂縫和變形。摻有礦渣微粉的硬化混凝土具有良好的抗硫酸鹽、抗氯鹽、抗堿性能，并且能大幅度提高長(zhǎng)期強(qiáng)度，具有良好的耐久性，可達(dá)到節(jié)能、降本、環(huán)保等目的。

2.加強(qiáng)建筑垃圾的再生利用

（1）建筑垃圾簡(jiǎn)單處理的隱患

因缺乏統(tǒng)一完善的建筑垃圾管理辦法和規(guī)范的處置場(chǎng)所，建筑垃圾多采取扔棄、填埋等簡(jiǎn)單方式處理。一些小的建筑單位在城區(qū)附近公路旁，隨意找片空地就把建筑垃圾丟棄了事，特別在城鄉(xiāng)接合部，建筑垃圾亂堆、亂倒、亂填、亂埋現(xiàn)象屢禁不止。傾倒填埋建筑垃圾不僅占用大量土地，污染城市環(huán)境，而且隨著建筑垃圾中污染物質(zhì)的揮發(fā)和滲透，也會(huì)對(duì)地表水、深層水造成不同程度的影響。同時(shí)，建筑垃圾在堆放過程中，一些有機(jī)物發(fā)生分解，產(chǎn)生有害氣體，少量可燃物在焚燒中可產(chǎn)生有毒氣體，這些氣體包裹著細(xì)菌、粉塵隨風(fēng)飄散，對(duì)大氣造成污染。建筑垃圾中的膠、涂料、油漆不僅是難以生物降解的高分子聚合物材料，還含有有害的重金屬元素。這些廢棄物被埋在地下，會(huì)造成地下水的污染，直接危害到周邊居民的生活。可見，建筑垃圾給城市環(huán)境與人們身體健康帶來的污染與影響巨大，讓建筑垃圾變廢為寶的研究與工作迫在眉睫。

（2）建筑垃圾再利用途徑與前景

建筑垃圾成分比較復(fù)雜，其中有廢棄混凝土、廢鋼筋、廢磚、廢砂漿等，歐美、日本的學(xué)者大量研究了再生骨料混凝土的性能，研究結(jié)果表明再生骨料混凝土用于工程結(jié)構(gòu)是可行的。報(bào)道日本的清水建設(shè)公司和東京電力公司共同研究開發(fā)了廢棄混凝土砂漿和石子的分離技術(shù)，使這些廢棄材料得到合理有效的利用。具體工藝是先將混凝土廢料破碎成≤40 mm 的顆粒，再在300 ℃溫度下進(jìn)行預(yù)熱處理，然后，在特殊機(jī)械作用下使水泥砂漿和石子分離，石子分離后可生產(chǎn)混凝土；而分離出來的砂漿可以制成干混砂漿，還可以粉磨之后作為礦物摻合料，也可用于制造再生水泥。

我國(guó)在廢棄混凝土的利用方面起步晚，目前只是用于一般性回填或是破碎分級(jí)處理后替代部分天然骨料用于地基加固、道路墊層和面層。實(shí)際上我國(guó)廢棄混凝土的再生利用遠(yuǎn)不如國(guó)外廣泛，大量可以利用的建筑垃圾被填埋，這既是一種資源浪費(fèi)，又給城市的發(fā)展和環(huán)境造成不利因素。因此，大力加強(qiáng)廢棄混凝土的利用，減少建筑垃圾的浪費(fèi)及其對(duì)環(huán)境的污染，也是今后混凝土綠色化的方向之一。

3.提高混凝土安全使用壽命

由于混凝土建筑物因各種原因產(chǎn)生早期破壞時(shí)有發(fā)生。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)保意識(shí)的提高，使人們逐漸認(rèn)識(shí)到延長(zhǎng)混凝土建筑物的安全使用壽命不僅是最經(jīng)濟(jì)的措施，也是減少環(huán)境污染的有效途徑。于是提高混凝土的安全使用壽命，將會(huì)減少大量建筑垃圾的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)。

混凝土的耐久性是指混凝土保持長(zhǎng)期性能穩(wěn)定的能力，影響混凝土的使用壽命的主要因素包括混凝土碳化、鋼筋銹蝕、凍融破壞、堿集料反應(yīng)、侵蝕性介質(zhì)腐蝕五個(gè)因素。這五個(gè)因素可分為內(nèi)部因素（鋼筋銹蝕、堿集料反應(yīng)）和外部因素（混凝土碳化、凍融破壞、侵蝕性介質(zhì)）。

1.內(nèi)部因素

鋼筋銹蝕和堿集料反應(yīng)二者發(fā)生的主要解決方法都是控制材料的選擇，前者是要控制好混凝土中的氯離子的濃度，當(dāng)pH值小于9時(shí)，鋼筋將會(huì)發(fā)生銹蝕：后者是要盡量降低混凝土凝膠中的堿性物質(zhì)，控制含活性成分的骨料的含量。

2.外部因素

外界環(huán)境不利影響因素（二氧化碳、腐蝕性化學(xué)介質(zhì)等）會(huì)通過混凝土的內(nèi)部毛細(xì)孔加快侵蝕速度，所以有機(jī)硅侵入性混凝土保護(hù)劑應(yīng)運(yùn)而生。吳中偉院士認(rèn)為：一定尺寸與分布的孔與混凝土的某些性能有關(guān)，可以通過調(diào)整孔結(jié)構(gòu)達(dá)到所要求的性能，也可用孔的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來改善混凝土的性能。有機(jī)硅侵入性混凝土保護(hù)劑是采用高滲透性硅烷和硅氧烷材料，結(jié)合溶液-溶膠-凝膠（SSG）技術(shù)，能侵入混凝土內(nèi)部與硅酸鹽材料結(jié)合，在深度數(shù)毫米內(nèi)堵塞混凝土毛細(xì)孔，形成三維交聯(lián)有機(jī)硅聚合物混凝土，提高混凝土密實(shí)性，阻止外界不利因素的侵入。作為全球有機(jī)硅化學(xué)領(lǐng)域的主要生產(chǎn)商和技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者德國(guó)瓦克化學(xué)公司研究了一種新型有機(jī)硅侵漬劑，該侵漬劑的作用機(jī)理是在混凝土內(nèi)部形成憎水性的有機(jī)硅樹脂網(wǎng)絡(luò)，減少水分、鹽分的侵入，從而可以保護(hù)混凝土免受到外部環(huán)境的侵蝕，據(jù)悉這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于上海中環(huán)線浦西段高架橋的防撞墻和隔離帶。

3 結(jié)語

混凝土是土木工程中用途最廣、用量最大的一種建筑材料。利用現(xiàn)代新技術(shù)、大力發(fā)展新工藝、新設(shè)備；廣泛利用工業(yè)廢渣作原材料等，都是今后需要不斷解決的課題。隨著節(jié)能環(huán)保的思想越來越被人們重視，占用的巨大社會(huì)資源量的建筑行業(yè)應(yīng)該更加注重建筑材料的可持續(xù)發(fā)展，除了本文介紹的“選擇優(yōu)質(zhì)水泥與礦物摻合料、加強(qiáng)建筑垃圾的再生利用 、使用海砂、再生骨料等多種代用骨料、提高混凝土安全使用壽命”等方法，仍有許多既節(jié)能環(huán)保又能保證混凝土使用性能的方式未能一一列出。混凝土綠色化是建筑行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的主要任務(wù)與難題。節(jié)約資源，循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)混凝土綠色化是造福子孫后代的重要任務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1]吳中偉.綠色高性能混凝土—混凝土的發(fā)展方向[J].混凝土與水泥制品，1998（1）：3-6.

[2]李春暉，牛荻濤.礦物細(xì)摻料對(duì)高性能混凝土碳化性能的影響[C]第六屆全國(guó)土木工程研究生學(xué)術(shù)論壇，清華大學(xué)，2008