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浅谈绿色高性能混凝土摘要：绿色高性能混凝土是混凝土可持续发展的必然归属，定义了绿色高性能混凝土材料的涵义及分类，并且符合循环经济的理念；给出了绿色生态混凝土的特征；介绍了绿色混凝土研究的主要进展；指出了绿色高性能再生混凝研究的关键问题。关键词：绿色；高性能；混凝土材料1 绪论在大量拆除建筑物产生的建筑废料中，有相当一部分是混凝土材料。如果将拆除下来的建筑废料进行破碎、制成再生混凝土集料，用到新建筑物的重建上，就能从根本上解决大部分建筑废料的处理问题，同时减少运输量和天然集料使用量。既减少了矿山的开采，又解决了建筑垃圾的存放难题。利用废弃混凝土再生集料拌制的再生集料混凝土是发展绿色高性能混凝土的主要措施之一，已成为混凝土界关注的一大焦点。2 传统混凝土生产对环境的影响混凝土对环境的影响应从前期影响、生产过程影响和后期影响三个方面考虑。前期影响是指混凝土原材料对环境的影响。作为混凝土原材料之一的水泥胶凝材料是影响环境的主要因素,每生产1 t普通硅酸盐水泥要排放1 tCO2、0. 74 kgSO2 和130 kg粉尘。据统计我国CO2 排放量1998年为3. 9亿t, 2002年为5. 5亿t； SO2 排放量1997年86万t， 2002年68. 6万t；氮氧化物排放量1997年4462万t；烟尘和粉尘排放量1997年全国水泥企业烟尘加粉尘总排放量约690750万t，占全国工业企业烟尘加粉尘总排放量的24. 9%27. 1% ， 1998年约1 000万t，占全国工业粉尘排放量的78% 。CO2 和SO2 排放量加剧了温室效应和酸雨的产生,严重的污染了大气环境。作为骨料的砂石,全世界每年的混凝土使用量约为20亿m3 ，按每生产1 t混凝土大约需要1 7002 000 kg砂石骨料计算,则消耗砂石骨料约为3440亿t。导致耕地和森林的毁坏,严重破坏生态平衡。生产过程影响是指混凝土从加水搅拌到浇注成型过程中的影响。目前全国大部分城市已经采用了预拌混凝土,但是还有相当一部分城市仍然应用传统混凝土现场搅拌工艺。混凝土在搅拌过程中产生很大的噪声和粉尘污染,影响周遍居住环境,产生噪音和粉尘污染。后期影响是指混凝土结构体拆除后对环境的影响。随着基础设施建设的加大,每年有大量的建筑垃圾被堆弃,对环境造成极大的污染和负荷,尤其混凝土作为建筑材料中的一大宗材料占有一定的比重。这些混凝土建筑垃圾的堆弃,占用了大量耕地,破坏了生态环境。同时，清运和堆放过程中的遗撒和粉尘、灰砂飞扬等问题又造成了严重的环境污染。随着我国对于保护耕地和环境保护的各项法律法规的颁布和实施，如何处理和排放建筑垃圾已经成为建筑施工企业和环境保护部门面临的一个重要课题。3 绿色高性能混凝土材料的涵义及分类31 绿色高性能混凝土材料的定义 绿色高性能混凝土是一种具有优良的施工性能、高耐久性与高强度能够保护环境、节约能源并有益于人体健康的新型混凝土，代表了混凝土的发展方向。绿色高性能混凝土具有以下四个特点：比传统混凝土材料有更好的力学性能和耐久性能，尽量减少修补或拆除过程中建筑垃圾对环境的污染；大量利用工业废渣和其他资源，最大限度地减少能耗大、污染严重的水泥熟料的生产与使用；施工简单，尽量降低使用工业废渣及其他资源时的二次能源消耗；具有与自然环境的协调性，减轻对环境的负荷，实现非再生性资源的循环使用。32 绿色高性能混凝土材料的分类321减轻环境负荷型混凝土减轻环境负荷型混凝土是指在混凝土的生产、使用直到废弃全过程中，能够减轻给地球环境造成的负担。实现的主要技术途径包括：(1)降低混凝土生产过程中的环境负担。这种技术途径主要是通过固体废弃物的再生利用来生产利废环保型混凝土，例如生态水泥配制混凝土、再生混凝土等。生态水泥配制混凝土是以城市垃圾焚烧灰、污泥或其他工业废弃物和石灰石为主要原料获得水硬性胶凝材料，用这种水泥制作而成的混凝土。生态水泥配制混凝土可以彻底解决废弃物处理占地、石灰石资源和能源危机等问题，是实现零污染最为有效的途径。再生混凝是将拆除建筑物产生的建筑废料(废混凝土、废砖块、废砂浆等)或工业固体废弃物(煤渣、煤石、粉煤灰等)经过破碎、分级并按一定的比例混合后形成再生骨料，利用再生骨料作为部分或全部骨料配制的混凝土。此外，采用在混凝土中添加以丁业废液为主要原料改性制造的各种外加剂磨细矿渣、优质粉煤灰、硅灰和稻壳灰等作为活性掺合料等方法也可配制再生混凝土。(2)在使用过程中的降低环境负荷。这种途径主要通过使用技术和方法来降低混凝土的环境负担，例如免振自密实混凝土、高耐久性混凝土等。免振自密实混凝土在浇筑时仅靠混凝土自身的重力而不需要任何捣实外力达到自密实、自流平的混凝土。从生产技术上讲，免振自密实混凝土生产过程节能、高效、减少噪音，具有混凝土绿色化施工技术的特点。高耐久性混凝土通过设计延长了混凝土使用寿命，降低了维修费用，这就相当于降低混凝土生产过程中的环境负担。(3)通过提高功能来改善混凝土对环境的影响。这种技术途径是通过增多或强化混凝土的功能来降低其环境负担的，例如透水混凝土、绿化混凝土、吸音混凝土等。混凝土功能的增多或强化，相当于替代或延长了混凝土的使用范围与服务年限，对节省能源、资源和保护环境起到相同的作用。322 生物相容型混凝土生物相容型混凝土是能够与动植物等生物和谐共存、对调解生态平衡、美化环境景观和实现人类与自然协调具有积极作用的混凝土。根据功能，这类混凝土可分为植物相容型生态混凝土、海洋及水域生物相容型生态混凝土、净化水质用生态混凝土冬产。目前研究开发较多的生物相容型混凝土是多孔混凝土。多孔混凝土又称大孔混凝土、无砂混凝土由粗骨料与水泥浆或砂浆结合而成。由于混凝土内具有大量的连通孔，因此多孔混凝土具有良好的透水性和透气性，孔隙率一般为5-35，能够提供生物的繁殖生长空间，净化和保护地下水资源，修复天然水域的生态环境，是一种典型的环境材料。4 绿色高性能混凝土的特征 根据材料过程工程学理论，从资源、能源的消耗、对生态环境的影响以及混凝土产品本身品质几个方面进行判断，绿色高性能混凝土必须具备以下三个主要特征：节约、友好和高效。4.1 节约特征绿色生态混凝土的节约特征表现为对资源、能源的大量节约。真正的绿色生态混凝土应该是节能型混凝土。例如，利用工业废渣与某些碱金属化合物发生化学反应得到碱矿渣水泥。将硅酸盐水泥生产工艺的“两磨一烧”简化为“一磨”，采用无熟料水泥或免烧水泥配制混凝土等，这些绿色生态混凝土技术可以显著降低能耗，达到节能的目的；采用矿物提纯技术从工业废渣中获取绿色生态型胶凝材料，可以充分缓解混凝土工业对矿产资源的需求。4.2 友好特征绿色生态混凝土的友好特征体现为混凝土与生态环境的和谐共生。真正的绿色生态混凝土不仅可以减轻环境负荷，而且具有能够主动改善环境的特点。例如，适应绿色植物生长的生态种植混凝土，改善城市“热岛效应”、保护水资源的透水混凝土为海洋及水域生物提供生息空间的生物适应型混凝土，分解污染气体杀菌去污的光催化混凝土等，都体现出与自然协调、与生态共融的基本特征。4.3 高效特征绿色生态混凝土的高效特征体现为混凝土产品的多功能化、高耐久性和可循环利用。真正的绿色生态混凝土应该以产品的耐久性为目标。以提高产品质量和功能为重点，开发可循环利用的再生性材料为方向。例如，绿色高性能混凝土通过合理的设计以及适应的使用方法，提高混凝土的耐久性和建筑物的寿命从而达到提高产品使用效率、降低环境负荷的目的；利用废弃混凝土生产再生骨料混凝土，可以实现资源和材料的循环利用。5 绿色混凝土研究的主要进展5.1 材料层次的研究从材料学科层次上。再生混凝土的研究包括再生骨料与混凝土两个方面。前者主要包括再生混凝土骨料的生产工艺、性能、质鼍或分级标准与试验方法等，后者则主要为再生混凝土的基本性能与耐久性能。5.2 再生混凝土骨料的生产工艺研究目前国际上采用的再生混凝土骨料生产工艺，大致包括对废弃混凝土块体破碎及筛分等丁序以期提高再生骨料的品质。其中俄罗斯和德国的生产工艺比较完善。俄罗斯的工艺流程中设置了2台转子破碎机，分别对混凝土块体进行预破碎与二次破碎预破碎完毕的骨料经双筛网筛分机处理，被分为0-5 mm、5-40 mm及40mm以上三种粒径，对40 mm以上的骨料再进行二次破碎。控制其粒径在40 mm内。为了去除废弃混凝土中的金属、玻璃及木材等杂质，特别设置了磁铁分离器与分离台等装置。其主要缺点是加工设备繁多，能耗大，造成了二次环境污染，而且初期的投资规模较大，不利于短期内的推广应用。德国的生产工艺流程主要由2个二档等级的破碎机组成，分为前破碎机和后破碎机，同时必须装置2个颚式破碎机。再生骨料的级配被筛分为0-4mm、4-16 mm、16-45mm与45mm以上，经破碎的石料须烘干。其生产出的再生骨料质量较好，但仍然存在能耗大、造成二次环境污染。投资费用巨大且工程占地面积大等问题总的来说，现有的再生骨料生产工艺均未能很好地解决投资高、能耗大、二次环境污染等问题。为提高再生混凝土骨料生产的工业化程度，降低其生产成本，需要解决以下两个关键问题：其一研制经济合理的再生混凝土骨料加工设备；其二，开发成套化、体积小、可移动的循环再生混凝土骨料制备丁艺装置。5.3 再生混凝土的配合比设计研究再生混凝土粗骨料具有表观密度低、吸水率高、压碎值大等显著特点，相对于普通混凝土而言，再生混凝土的质量变异性更大。因此，再生混凝土的配制不能简单地套用普通混凝土配合比的设计方法，必须结合废弃混凝土骨料吸水率大的特性及实际工程要求进行适当的调整。国内外学者对再生混凝土的配合比设计进行了系统研究，取得了丰硕的成果，提出了许多实用设计方法，如列线图法、正交试验法、自由水灰比法、预吸水法、两阶段配制法等，并申请了相关专利如同济大学的“混凝土再生骨料及其制备方法”等。这些设计方法的主要不足在于：设计考核指标单一，如仅仅以抗压强度、耐久性等性能中的某项为考核指标，未能充分体现再生混凝土质量变异大的特点，难以满足实际工程要求；考核指标局限于混凝土材料的性能。未直接反映结构构件的性能；指标选择未与结构构件的具体环境即环境性能相结合。5.4 再生混凝土的基本性能研究再生混凝土的性能与再生集料的性能及再生混凝土的微观结构密切相关。对再生集料表面处理与在再牛混凝土体系中加入高效减水剂和矿物掺合料如磨细粉煤灰等措施，可有效改进再生混凝土的性能。其原因是矿物掺合料的“滚珠效应”、“填充效应”和“微集料效应”均有助于提高再生混凝土性能。6 绿色高性能再生混凝研究的关键问题绿色高性能再生混凝研究的关键问题包括：经济合理的高品质再生骨料生产工艺；在SLCC理念下，绿色高性能再生混凝基于结构性能与具体工作环境性能的设计方法。高品质的再生骨料是保证再生混凝士获得高性能的基础，目前迫切需要解决以下几个方面的问题。其一，报废建筑物经济合理、技术先进的拆除方案。要综合考虑拆除时如何减少粗细骨料内部裂缝、混凝土块体的适宦尺寸、拆除的操作性、经济性、对周边环境的影响等等。其二，与各地下作环境相适应的再生骨料生产工艺。生产工艺很大程度上决定了再生骨料的品质，要结合再生骨料自身特点，充分考虑不同地域的工作环境，因地制宜地研究开发具有地域适应性的再生骨料生产装置。再生骨料混凝土应用的最大障碍之一是其较高的制备成本与较差的长期性能。这可以从再生骨料混凝土的高性能化即绿色高性能再生混凝的制备技术入手予以解决。绿色高性能再生混凝的制备研究要克服个误区，首先是盲目追求高强度，事实上，高性能不一定要高强度。根据目前工程中大部分采用C60以下水泥混凝土的现状，对C60以下尤其是C30-C50这样中等强度等级的再生混凝土进行高性能化研究更具有实际工程意义。其次应在SLCC设计理念指导下，进一步研究绿色高性能再生混凝基于结构性能与环境性能的设计方法，尤其是再生骨料混凝土合理的结构受力体系。7 结语作为21世纪的主要建筑材料，混凝土将不仅仅作为建筑物的构筑材料，更要成为人居环境与生态环境之间的联系纽带。在功能多样化、品质高性能化的同时，混凝土材料日益彰现出它在保护资源、能源和维持生态平衡方面的重要作用。作为发展中国家，我国目前正处于经济高速增长时期，建筑业蓬勃发展，大规模基础设施建设离不开混凝土材料的大量使用。混凝土行业必须转变传统生产方式，大力发展循环经济，依靠科技进步，实现资源、能源的节约和高效利用，以及经济与生态环境的协调发展。与需求相对应的是：混凝土是一个非常复杂的系统工程，广泛涉及结构、材料、施工建设、使用维护以及环境保护等多方面、多学科。必须通过一个涵盖领域宽广，并且能够体现彼此联系的理论材料过程工程学来指导混凝土科学与技术的发展。综上所述，未来混凝土技术的发展，必须以材料过程工程学为理论指导，引入循环经济的发展模式，以提高混凝土产品质量和寿命为目标，开发绿色生态混凝土新产品，从混凝土生命周期全过程充分考虑减量化利用能源、资源，减少环境污染，充分利用可再生资源，唯有如此，才能够实现混凝土产业乃至整个建材行业的健康、可持续发展。参考文献：1中国建筑材料科学研究院. 绿色建材与建材绿色化M北京:化学工业出版社, 20032王华. 水泥我国可持续发展的双刃剑J. 建筑, 2005，(3) ： 51 - 533张射墟，黄祖华生态水泥的特性与应用中国建材，2002，(1)：36-374史美东绿色混凝土的发展与应用上海建材，2005，(1)：24265周宏敏，柴俊，郭迪绿色生态混凝土技