绿色高性能混凝土研究及应用进展综述

广州大学高等钢筋混凝土结业论文题目：绿色高性能混凝土研究与应用进展学生：王康学号：0 6 1 1 4 2 2 6学院：土木工程学院专业班级：防灾减灾工程及防护工程06 级绿色高性能混凝土研究与应用进展王康摘要：在21世纪，人与自然必须和谐相处。

为了实现可持续发展，我们必须发展绿色高性能混凝土，因为它是混凝土目前和未来的发展方向。

介绍了绿色高性能混凝土的基本概念、优越性能、实现途径等。

总结了绿色高性能混凝土在工程应用中的现状，分析了该领域存在的问题，总结了本领域的研究理念。

关键词：绿色高性能混凝土、生态环境；STUDY ON AND APPLICATION OFGREEN HIGH PERFORMANCE CONCRETEWang kangAbstract: People must be harmonious to get along with the nature in the 21st century. In order to realize the sustainable development, we must develop Green High Performance Concrete because that it is the trend of concrete development at present and future. In this paper, the concept, the excellent performance and the way of realizing the GHPC were presented. The present statuses of the engineering application of GHPC were reviewed. The problems of GHPC were analyzed. The principles of research on the GHPC were summed up.Key words:Green High Performance Concrete、environment;0混凝土的发展方向中国自改革开放以来，国家建设日新月异，取得了举世瞩目的成就。

但经济高速发展是一把双刃剑，我们为经济发展而欢呼的同时，也要看到它所带来的一系列问题。

资源短缺与环境污染日益成为制约我国经济发展的瓶颈。

水泥工业亦是如此：水泥生产过程中资源和能源消耗量大,对环境的污染严重。

我国是世界水泥生产第一大国,每年排出CO2近4亿t、SO260万t、NOx100万t、粉尘2000万t左右，严重的破坏了生态环境。

[1]进入21世纪以来，国家政府提出坚持科学发展观，构建和谐社会。

为了实现水泥工业的可持续发展, 许多学者做了大量的科学研究：为了实现城市垃圾的再次利用，有学者对生态混凝土进行了研究，并认为是以后混凝土的发展方向。

冯乃谦教授指出生态水泥(Eco-cement)是以生态环境(Ecology)与水泥(Cement)的合成语而命名的，它是一种新型的波特兰水泥。

这种水泥以城市垃圾烧却灰和下水道污泥为主要原料，经过处理、配料，并通过严格的生产管理而制成的工业制品，从而把生活垃圾和工业废弃物变成了一种有用的建设资源。

再生利用是生态水泥的特征。

[2] 为了更好的处理废弃混凝土，实现混凝土的循环利用。

有学者提出了再生混凝土的概念：再生混凝土是将废弃混凝土经过清洗、破碎、分级和按一定比例相互配合后得到的“再生骨料”作为部分或全部骨料配制的混凝土。

[3]随着经济的发展，人们的环保意识逐渐增强。

环境混凝土[4]、环保型混凝土[5]等概念先后出现。

吴中伟院士提出绿色高性能混凝土是混凝土（GHPC）的发展方向。

[6]国外学者Aitcin 提出21世纪水泥工业应改名为水硬性胶凝材料工业，他预言21世纪的混凝土发展方向是绿色高性能混凝土。

[7]1绿色高性能混凝土的基本概念世界环境组织提出广义“绿色”概念，其三大含义为：节约资源、能源；不破坏环境，更应有利于环境；可持续发展，既可满足当代人的需求，又不危害后代人满足其需要的能力。

最早提出绿色高性能混凝土概念的是吴中伟院士，他指出混凝土能否长期作为最大宗的建筑结构材料，关键在于能否成为绿色材料。

GHPC是混凝土的发展方向，以后混凝土都应成为GHPC，亦即都将是绿色混凝土。

[8]同济大学孙振平等学者提出符合以下条件的HPC才真正能称得上是GHPC：所使用的水泥必须为绿色水泥(简称GC)；砂石料的开采应以十分有序且不过分破坏环境为前提；最大限量地节约水泥用量，从而减少水泥生产中的“副产品”—－CO2,SO2和NO x等气体，以保护环境；更多地掺加经加工处理的工农业废渣，如磨细矿渣、优质粉煤灰、硅灰和稻壳灰等作为活性掺合料，以节约水泥，保护环境，并改善混凝土耐久性；大量应用以工业废液，尤其是黑色纸浆废液为原料改性制造的减水剂，以及在此基础上研制的其它复合外加剂，帮助其它工业消化处理难以处治的液体排放物；集中搅拌混凝土，消除现场搅拌混凝土所产生的废料、粉尘和废水,并加强对废料、废水的循环使用；发挥HPC的优势，通过提高强度，减小结构截面积或结构体体积，减少混凝土用量，从而节约水泥和砂、石的用量；通过改善施工性来减小浇筑密实能耗，降低噪音；通过大幅度提高混凝土耐久性，延长结构物的使用寿命，进一步节约维修和重建费用，减少对自然资源无节制的使用；对大量拆除废弃的混凝土进行循环利用，发展再生混凝土。

[9]2 绿色高性能混凝土的优越性能绿色高性能混凝土作为21世纪混凝土的发展方向具有以下优异性能：2.1免振自密实日本学者认为[10]，为了提高混凝土结构物的可靠性，不受混凝土浇注时施工工艺的影响，必须发展免振自密实混凝土。

这种混凝土在施工浇注时不仅节省人力，而且不需要振动成型，既解决了过密配筋、薄壁、复杂形体、大体积混凝土施工的问题，又解决了高、深施工、水下施工等特殊要求混凝土浇注技术难题，同时消除了噪音，提高了施工速度和质量。

免振自密实GHPC拌合物具有很高的流动性，可以自流平而充满模型，并且不泌水、不离析，成型后质量均匀，不会产生普通混凝土那样由于振捣不当而造成的蜂窝、麻面和内部空洞等质量缺陷。

2.2优良的工作性GHPC因其原材料颗粒级配良好，加水量适宜，配合比合理，使用了高效外加剂(减水率高达20%-30%)，掺加了足够量矿物细掺料(如粉煤灰等)来改善粒子级配，从而具有以下的优良性能：良好的流动性，有利于输送和播料(以坍落度计可高到20cm以上)；良好的充填性，能填充密布的钢筋间隙和模板的角隅；良好的黏聚性，各组分不分离、不泌水，并能粘裹钢筋和预埋件。

2. 3高耐久性GHPC的结构决定了其高耐久性，能有效地抵抗如下因素引起的破坏力：冻融循环作用、钢筋锈蚀作用、碳酸盐化的作用、淡水溶蚀作用、盐类侵蚀作用、碱集料反应、酸碱腐蚀作用、冲击，磨损等机械破坏作用等。

2. 4体积稳定性保证大体积混凝土稳定性的关键因素是具有高的弹性模量，低的干缩、徐变与温度变形。

用天然材料虽然不难生产出强度60－100Mpa的混凝土，但弹性模量不能与强度成比例增加。

常规混凝土的弹性模量是20－25GPa，而采用适宜材料与配合比的GHPC弹性模量可以达到40－45 GPa。

一般混凝土的徐变与干缩变形常高达0. 08%，而GHPC通过降低混凝土中水泥浆的含量，采用高弹性模量、高强度粗骨料以及合理的配合比，可使混凝土干缩值低于0. 04%。

[11]2. 5长久的使用寿命据清华大学赵铁军、童良等学者的研究成果显示[12][13]，GHPC可保证下列安全使用期(以混凝土材质变化为主要因素)：正常环境中：200年；重要建筑物在不利环境中：100年(英国海港―油田平台、明石大桥)；特殊用途：300年(法国核废料贮罐设计)；钢筋混凝土预期可能：500年(日本正在研究中，完全可能)。

2. 6显著的经济效益、环保效益、社会效益2.6.1更多地节约熟料水泥,减少环境污染2.6.2更多地掺加以工业废渣为主的活性细掺料更多地掺加以工业废渣为主的活性细掺料对改善环境，节约土地与石灰石资源，节约能源，效果十分明显。

2.6.3更大地发挥高性能优势,减少水泥和混凝土的用量利用HPC的高强早强来减小截面，降低自重，节省模板与工时，在高层建筑与大跨桥梁中已收到很大效益；减少材料生产与运输能耗，保证和延长安全使用期，经济效益更大；减少水泥与混凝土的用量是从根本上减少环境负担。

[6]3 绿色高性能混凝土的实现途径发展绿色水泥应采取的几个措施：为尽快使我国水泥生产迈上“绿色化”轨道,应从以下几个方面着手:3.1开源节流降低水泥用量, 进一步开拓原材料资源，加大原材料资源地质勘探工作的力度，摸清原料资源的储量、品位和分布情况，与此同时，还要研究开发除石灰石和粘土以外的其它钙质和硅质原料[14]，使用海砂、再生骨料等多种代用骨料，保护自然资源。

3.2减少能耗采取一切技术措施，尽可能节约水泥生产中的能耗。

目前我国每生产1 t水泥熟料平均约消耗152 kg标准煤，而世界先进水平为105 kg。

如果我国的节能技术提高到世界先进水平，按年产3亿t水泥熟料计算，则每年仅水泥生产中就可节约标准煤1310万t。

实现这一目标,必须创建新型干法生产线，提高煤炭利用效率并完善现有的粉磨设备[15]。

3.3.加大对其它工农业排放废物循环利用的力度3.3.1用可燃废物作燃料在垃圾焚烧厂焚烧工业垃圾不仅污染环境，而且浪费了热能，如果将可燃垃圾用作水泥熟料的有效燃料，将十分有益。

3.3.2将活性硅含量较高的废渣用作混合材可作为水泥混合材的工农业固体废物除了熟知的粒化高炉矿渣、粉煤灰、硅灰和稻壳灰外，还有其它如磷渣、电石渣和钢渣等，石灰石、沸石和烧粘土等也常被用作掺合料。

3.3.4.更严格地限制粉尘的排放我国目前水泥工业控制粉尘排放量的水平还相当低，只相当于发达国家五六十年代的水平，情况十分令人担忧。

应尽快加装有效的吸尘设备并加强操作管理，将粉尘排放量降低到50 mg/m3以下甚至接近于零。

3.3.5.大力推广散装水泥散装水泥避免使用包装纸袋或塑料袋，防止了水泥袋拆用后造成的废弃物对环境的二次污染；采用散装水泥同时也为混凝土生产中采用机械化自动上料、自动称量、减少浪费和污染提供了一定保证。

3.3.6使用绿色混凝土外加剂，防止室内环境污染，保护人体健康3.3.7提高混凝土结构的安全使用寿命，减少因修补或拆除旧混凝土结构物造成的浪费3.3.8大力推广预拌混凝土，减少环境污染因此，水泥生产企业应尽快转化观念，在现存立窑的基础上加快窑体改型，从燃料、收尘、工业废渣利用、废气循环利用等几个方面找突破口，生产出绿色含量高、品种齐全、质量上乘的水泥，这是对GHPC在原材料方面的重要保证之一。