綠色高性能混凝土材料及其應(yīng)用

查小慶

摘 要：隨著我國改革開放和現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，我國的建設(shè)規(guī)模正日益增大，如何保證建筑工程質(zhì)量的同時，也能使工程能長久的安全使用下去，日益受到各級政府和社會各界的廣泛關(guān)注。在眾多的土木工程建設(shè)中，混凝土的應(yīng)用面之廣和 使用次數(shù)之多是很少見的。尤其近年來，一種較新的混凝土技術(shù)正在快速發(fā)展，并運(yùn)用到許多實(shí)際工程項(xiàng)目中，那就是綠色高性能混凝土。

關(guān)鍵詞：綠色高性能;混凝土;應(yīng)用;研究

高性能混凝土是現(xiàn)代高強(qiáng)混凝土的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，使用新型的高效減水劑和礦物摻和料，是混凝土達(dá)到高性能的主要技術(shù)措施，前者能降低混凝土的水膠比，增大坍落度，控制坍落度損失，提高混凝土的密實(shí)性和工作性;后者能填充膠凝材料的孔隙，參與膠凝材料的水化，除提高混凝土的密實(shí)度外，還改善混凝土的界面結(jié)構(gòu)，提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性。

1 綠色高性能混凝土材料概述

1.1 綠色高性能混凝土材料的內(nèi)涵

綠色高性能混凝土是一種具有優(yōu)良的施工性能高、耐久性與高強(qiáng)度、能夠保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源并有益于人體健康的新型混凝土，代表了混凝土的發(fā)展方向。綠色高性能混凝土具有以下四個特點(diǎn)，即比傳統(tǒng)混凝土材料有更好的力學(xué)性能和耐久性能，盡量減少修補(bǔ)或拆除過程中建筑垃圾對環(huán)境的污染;大量利用工業(yè)廢渣和其他資源，最大限度地減少能耗大、污染嚴(yán)重的水泥熟料的生產(chǎn)與使用;施工簡單，盡量降低使用工業(yè)廢渣及其他資源時的二次能源消耗;具有與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)性，減輕對環(huán)境的負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)非再生性資源的循環(huán)使用。

1.2 綠色高性能混凝土材料的分類

如今綠色高性能混凝土已逐漸形成一門獨(dú)立學(xué)科，根據(jù)使用功能，發(fā)展為植被綠化型混凝土、透水型混凝土、水生物保護(hù)型混凝土等三大類，詳細(xì)如下：第一，植被綠化型混凝土。植被綠化型混凝土是指能夠適應(yīng)植物生長、可進(jìn)行植被作業(yè)的混凝土及其制品，具有保護(hù)環(huán)境、改善生態(tài)條件、基本保持原有結(jié)構(gòu)材料性能。多孔連續(xù)型綠化混凝土是植被綠化混凝土的一種類型，這種混凝土以多孔混凝土作為骨架結(jié)構(gòu)，內(nèi)部存在著一定量的連通孔隙，為混凝土表面的綠色植物提供根部生長、吸取養(yǎng)分的空間，采用多孔混凝土作為植物生長基體，并在孔隙內(nèi)充填植物生長所需的物質(zhì);第二，透水型混凝土。透水混凝土是具有15%-30%的連通孔隙的多孔或大孔混凝土，它是由膠凝材料、粗骨料、水和外加劑按照一定的比例拌和而成。由于無細(xì)骨料，在硬化后的混凝土中存在著較大孔洞，有較強(qiáng)透水性能;第三，水生物保護(hù)型混凝土。水生物保護(hù)型混凝土是指能夠營造出適合生物生長、生息的空間或孔隙，能夠?yàn)樗孱惿锾峁┖线m的附著表面，并能在混凝土表面增殖，通過相互作用或共生作用形成食物鏈，使混凝土周圍的水質(zhì)對生物生長沒有不良影響，為海洋生物和淡水生物生長提供良好條件，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

1.3 綠色高性能混凝土的特征

綜合“綠色”和“高性能”含義，可以提出綠色高性能混凝土是指既能減少對地球環(huán)境的負(fù)荷，又能與自然生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)共生，為人類構(gòu)造舒適環(huán)境的混凝土材料、采用先進(jìn)的現(xiàn)代混凝土技術(shù)，在妥善的質(zhì)量管理?xiàng)l件下，盡量少占用天然資源和能源，大量使用工業(yè)廢棄物和城市垃圾制成的具有優(yōu)良耐久性、工作性和經(jīng)濟(jì)適用性的混凝土。綠色高性能混凝土一般具有以下特征：第一，盡可能多的使用綠色水泥，最大限度的減少水泥孰料用量，代之以工業(yè)廢渣為主的礦物外加劑，減少水泥生產(chǎn)過程中的二氧化碳、二氧化硫以及一氧化氮等氣體的排放量，降低對天然資源與能源的消耗;第二，更多的采用廢渣，如磨細(xì)礦渣、優(yōu)質(zhì)粉煤灰、硅灰和稻殼灰等作為活性摻合料以節(jié)約水泥，并在改善混凝土耐久性的同時保護(hù)環(huán)境;第三，采用先進(jìn)生產(chǎn)工藝，對大量建筑垃圾進(jìn)行資源優(yōu)化處理，使之成為可以再利用的再生混凝土骨料，減少對天然礦石的開采;第四，最大限度的發(fā)揮高性能混凝土的優(yōu)勢，減少結(jié)構(gòu)面積或結(jié)構(gòu)體積，節(jié)省混凝土用量，減輕自重。通過大幅度提高混凝土耐久性，延長結(jié)構(gòu)的使用壽命，使材料和工程發(fā)揮其功能。

2 傳統(tǒng)混凝土生產(chǎn)對環(huán)境的影響

據(jù)建筑領(lǐng)域相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，近些年世界范圍內(nèi)，混凝土的使 用量比較高，我國混凝土材料的使用量在世界范圍內(nèi)比例比較 高，每年用量超過幾十億噸，混凝土材料的使用也會消耗大量的 資源，還有一些混凝土建筑使用后，在拆除和倒塌后，所產(chǎn)生的廢 舊混凝土等建筑垃圾，也會影響到生態(tài)環(huán)境。新的發(fā)展時期，我國 建筑行業(yè)的總垃圾量每年都在持續(xù)增長，而很多建筑垃圾沒有經(jīng) 過處理，直接被露天處理，或者是直接填埋，這種方式會影響到城市的建設(shè)和發(fā)展環(huán)境，在浪費(fèi)土地資源的同時，也增加了建筑垃 圾清除和運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用等;此外，在垃圾堆放的過程中，還會產(chǎn)生大 量的粉塵、灰塵等，這也會對城鄉(xiāng)環(huán)境等帶來污染。當(dāng)前，隨著環(huán) 保意識的不斷深入，我國在經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展中，相關(guān)的法律法規(guī) 等建設(shè)也在不斷地完善，在多方面采取措施，重視對建筑垃圾的 處理，并重視建筑中的綠色生產(chǎn)和環(huán)保生產(chǎn)?？傊?，在傳統(tǒng)混凝土的生產(chǎn)和應(yīng)用過程中，會造成很大程度 的土地污染，給生態(tài)環(huán)境帶來很大的壓力，增加了建筑行業(yè)中垃 圾的產(chǎn)生;要貫徹當(dāng)前我國可持續(xù)發(fā)展理念，需要對混凝土進(jìn)行 改造，在生產(chǎn)和應(yīng)用中融入綠色理念，重視對綠色高性能混凝土 材料的研究，推動建筑行業(yè)的綠色發(fā)展。

隨著社會的不斷發(fā)展，現(xiàn)代混凝土建筑如雨后春筍一般。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全世界各個地區(qū)每年使用混凝土達(dá)到數(shù)十億噸。而近些年來，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，各地區(qū)對于城區(qū)改造的力度相當(dāng)大，因此產(chǎn)生了大量的建筑垃圾，由于種種原因，城市所產(chǎn)生的建筑垃圾多是未經(jīng)過任何處理，施工單位直接用運(yùn)輸車運(yùn)往郊區(qū)填埋，甚至是直接露天堆棄。這樣處理建筑垃圾不僅需要征用大量土地，對農(nóng)村生態(tài)環(huán)境造成不可估量的巨大破壞，同時在運(yùn)輸和裝卸的過程中會產(chǎn)生大量揚(yáng)塵，對空氣產(chǎn)生嚴(yán)重污染。同時征用土地和運(yùn)輸建筑垃圾時還需要花費(fèi)一大筆費(fèi)用?？沙掷m(xù)發(fā)展作為我國的科學(xué)發(fā)展觀之一，近些年來國家頒布了一系列相關(guān)環(huán)境保護(hù)的法律法規(guī)，對于堆放建筑垃圾破壞環(huán)境的行為也加大了打擊力度。目前建筑施工單位所面臨的一個重要難題便是處理和排放建筑垃圾。

3 實(shí)際應(yīng)用

3.1 植被綠化型混凝土的應(yīng)用條件

植被綠化型混凝土所要求的條件比較苛刻，要求植被綠化型混凝土必須要具有一定的聯(lián)通孔隙，能夠確實(shí)保障植物生存必須的養(yǎng)分，其次植物綠化型混凝土還要保證弱堿性特點(diǎn)，保證植物能正常生長[3]。最為重要的是植被綠化型混凝土作為建筑專用的混凝土，還要保證其能夠具有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，能夠滿足負(fù)荷要求。

3.2 植被綠化型混凝土的配制

由于不同于傳統(tǒng)混凝土，植被綠化型混凝土對于強(qiáng)度要求并沒有那么高，制備材料要以多孔混凝土和低堿性混凝土為主。制備時應(yīng)采用大孔混凝土為材料基礎(chǔ)，再加之以吸水、保水材料。這樣做可以有效降低植被綠化型混凝土的堿性，滲透性良好，能夠提升植物生長所需養(yǎng)分和水分。

3.3 植被綠化型混凝土配合比

3.3.1用料：將硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣水泥、火山灰水泥和低堿度硫鋁酸鹽水泥等五種水泥取相同的量和清水混合成1比10的水泥漿，使用專業(yè)攪拌設(shè)備攪拌均勻，并測試其pH值，如果pH值不符合標(biāo)準(zhǔn)，需交由相關(guān)部門嚴(yán)格處理。可以通過減少水泥用量來降低pH值，直至水泥漿初步達(dá)標(biāo)。

3.3.2減水劑：在調(diào)配好水泥漿之后，需要調(diào)節(jié)混凝土的凝結(jié)時間，這時就需要使用減水劑減水，控制凝結(jié)時間。除此之外，減水劑還可以提高混凝土的強(qiáng)度，提高混凝土孔隙率。在選擇減水劑時應(yīng)選擇綜合性能最高的樹脂系減水劑。

3.3.3石子：使用石子的優(yōu)點(diǎn)很多，石子可以加大混凝土的透水型，提升混凝土的孔隙率。由于植被綠化型混凝土對于強(qiáng)度要求不高，對于透水型要求卻很高，因此需要選用5～10 mm 和10～20 mm 的碎石相互搭配，這樣制備而成的混凝土不僅強(qiáng)度能夠滿足要求，混凝土的孔隙率大大提升，保證了透水性能良好。

3.3.4水灰比：水灰比的選擇直接會影響到整體混凝土的特性。水灰比過小，會導(dǎo)致水泥漿粘稠度太大，難以很好的包裹碎石顆粒等骨料，使得混凝土難以成型，更嚴(yán)重的會大大降低混凝土強(qiáng)度，難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。水灰比過大，會導(dǎo)致水泥漿太稀，水泥漿粘稠度太小，無法粘結(jié)骨料顆粒，這樣制備出的混凝土內(nèi)部不均勻，而且孔隙率極低，導(dǎo)致強(qiáng)度低、透水型差。只要嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)定的配置比，才能保證水泥漿粘稠度適中，制備出強(qiáng)度符合標(biāo)準(zhǔn)、透水型極強(qiáng)的植被綠化型混凝土。

3.4 水生物保護(hù)型混凝土

水生物保護(hù)型混凝土是一種具有良好抗凍融能力的混凝 土，且還具有良好的耐腐蝕性，在配置中需要摻加一些粉煤灰，或 者是樹脂系的減水劑，增強(qiáng)其抗腐蝕能力，石子的選擇也與植被 綠化型混凝土類似，最大的區(qū)別就是需要添加礦物摻合料。這種材料一般在水域施工中比較常見，如制作人工礁石，可 以將水生物保護(hù)型混凝土放到水中，它與傳統(tǒng)的混凝土相比，能 附著海藻類生物，形成一個食物鏈，從而更好的為海洋生物創(chuàng)造 良好的生長環(huán)境。在具體配置和應(yīng)用中，也需要結(jié)合分工程實(shí) 際，合理把握其配置比例，并重視其應(yīng)用中需要注意的因素。

3.5 透水性混凝土

透水性混凝土對水泥的強(qiáng)度有一定的要求，一般要≥42.5，水泥材料的使用量也需要控制在合理的比例范圍內(nèi)，其石子的選擇標(biāo)準(zhǔn)與植被綠化型的混凝土標(biāo)準(zhǔn)相似，都要求材料的防水性能好，透水性混凝土相對來講對水灰比要求比較高，在具體的操作中需要結(jié)合具體的工程實(shí)際，適當(dāng)?shù)靥嵘冶取＿@種材料多應(yīng)用于城市道路建設(shè)中，在一些廣場施工中也比較常見，因材料本身對強(qiáng)度要求高，也具有良好的透水性，在堤壩工程建設(shè)中，透水性能加快雨水的滲透，增加地下水水量，這樣也能為地標(biāo)植物的生長提供更多水源;而在雨季，透水性混凝土又能發(fā)揮其排水功能，在城市積水排放等方面發(fā)揮著積極的作用，提升人們的生活品質(zhì)。

4 綠色高性能混凝土材料應(yīng)用前景探討

隨著社會生產(chǎn)力和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，物質(zhì)的生產(chǎn)和使用中的 資源過度開采與廢氣對環(huán)境的污染、生態(tài)破壞、及全球環(huán)境和全 球環(huán)境的有限性之間尖銳的矛盾越來越突出，已經(jīng)影響到地球生 態(tài)系統(tǒng)，對社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和人類的生存構(gòu)成了嚴(yán)重的障 礙和威脅。因此，研究資源、環(huán)境、材料之間的關(guān)系，開展綠色材料 及相關(guān)理論探討，實(shí)現(xiàn)材料科學(xué)與技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展，是一個必 然的歷史發(fā)展。

4.1 綠色高性能材料應(yīng)用的可行性分析

綠色高性能混凝土是混凝土發(fā)展的方向，是中國國情的需 要，是建設(shè)項(xiàng)目發(fā)展的需要，也是為了子孫后代的利益。大力開展 技術(shù)創(chuàng)新支持和促進(jìn)行業(yè)發(fā)展，將改變既有建筑的能源效率，由 此產(chǎn)生的技術(shù)，低能耗和大規(guī)模的公共關(guān)系建設(shè)技術(shù)加速了技 術(shù)公關(guān)，以節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材、環(huán)保為核心推進(jìn)建筑技術(shù)發(fā) 展，逐步提高綠色建筑比例。因此，綠色高性能混凝土的發(fā)展體現(xiàn) 了科學(xué)發(fā)展觀。這是一個惠及國家和人民，惠及后代人的問題。這 些都為綠色高性能混凝土的研究和應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。

4.2 綠色高性能材料應(yīng)用前景

結(jié)合當(dāng)前工程建設(shè)發(fā)展的實(shí)際情況，我國很多工程建設(shè)對材 料的耐久性、穩(wěn)定性等要求比較高，我國也在重視對普通混凝土 高性能化應(yīng)用的研究。綠色混凝土的生產(chǎn)和出現(xiàn)，對促進(jìn)環(huán)境保 護(hù)的發(fā)展有積極的作用。當(dāng)前生產(chǎn)力水平的不斷提升，人們越來 越重視生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，綠色發(fā)展的理念已經(jīng)深入人心，在建筑 行業(yè)，人們也越來越重視對綠色環(huán)保材料的使用，混凝土是建筑 中最重要最基本的材料，運(yùn)用綠色高性能的混凝土材料，符合當(dāng) 前可持續(xù)發(fā)展觀的要求。而在整個綠色理念的影響和帶動下，一 些新的施工技術(shù)、新材料及新工藝等也在建筑行業(yè)中不斷得到應(yīng) 用，讓綠色建設(shè)和發(fā)展更深入人心。

5 結(jié)語

綠色高性能混凝土相對于傳統(tǒng)混凝土，優(yōu)勢十分明顯，不僅保有了傳統(tǒng)混凝土的高強(qiáng)度特點(diǎn)，完全不影響城市建設(shè)的質(zhì)量，與此同時綠色高性能還具備了傳統(tǒng)混凝土所不具備的高透水型和高環(huán)保性能。就目前而言研究和發(fā)展綠色高性能混凝土有三個難題急需解決。一是如何最大限度的提高減水劑的功效，最大限度的減少用水;二是如何最大限度的提高綠色高性能混凝土的強(qiáng)度，力求綠色高性能混凝土符合強(qiáng)度要求;三是如何提升綠色高性能混凝土的各項(xiàng)物理特性，滿足于現(xiàn)代城市建設(shè)的各項(xiàng)物理要求等等。這還需要廣大混凝土科技工作者不斷的攻關(guān)科研，實(shí)現(xiàn)這一艱巨而又有意義的光榮任務(wù)。

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