绿色高性能混凝土研究及进展

绿色高性能混凝土研究及进展摘要：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。

自20 世纪90 年代,吴中伟院士提出的绿色生态高性能混凝土因具有良好的环境协调性能,其相关的绿色建材在美国、西欧和日本等国家已经被广泛应用。随着环境保护、保持生态多样性及维持社会可持续发展的呼声日益高涨,生态混凝土便应运而生,它以其优异的生态效应得到了世界各国材料与环境学者的普遍重视,是近年来国际上迅速发展起来的一个新的研究领域。

1绿色高性能混凝土的基本概念

吴中伟院士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。

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。

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：免振自密实性，优良的工作性，高耐久性，体积稳定性，长久的使用寿命，显著的经济效益、环保效益、社会效益

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：

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，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。

3.3.加大对其它工农业排放废物循环利用的力度。包括：用可燃废物作燃料；将活性硅含量较高的废渣用作混合材,更严格地限制粉尘的排放；大力推广散装水泥；使用绿色混凝土外加剂；防止室内环境污染；保护人体健康,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；大力推广预拌混凝土，减少环境污染。

4.绿色混凝土存在的问题：

4.1 造价问题

由绿色高性能混凝土对原材料的要求较高，同时也需要较高的管理水平。所以绿色高性能混凝土造价要比普通混凝土高。一方面我们要加强科研力度，努力降低造价，另一方面，我们要努力推广绿色高性能混凝土的运用。因为从长远考虑，绿色高性能混凝土的价值要高于普通混凝土。

4.2早期开裂问题

清华大学安明哲博士对GHPC的自收缩进行了较系统的研究，根

据水胶比对毛细孔自由水含量、毛细空隙率与孔分布、弹性模量与徐变系数等的作用，提出：自收缩主要发生在3d内，随龄期而减缓。自收缩随水胶比的减小而增大，尤以初凝到1d时差异最明显，1d到28d基本相同，即水胶比愈小，1d内自收缩愈大。

为了抑制自收缩，安博士提出:必须重视早期养护，初凝后立即用内衬塑料绒钢模或透水模板供水；用饱水轻质多孔集料或多孔活性细掺料进行“自养护”:掺加粉煤灰10%－30％，掺入适量的可控制膨胀速度的膨胀剂和保水外加剂。

以上措施，还须在现场实践验证，找出更好的易于推广的方法。目前因早期养护困难，使墙板早期裂缝较普遍，而平面则可尽早喷水覆盖及尽早洒水和蓄水来提前养护。

4.3超细磨工艺与设备

4.4超叠加效应的研究与开发

GHPC中胶结材、外加剂等复合所产生的超叠加效应，远比玻纤增强塑料复杂，它包含着不同层次的粒子(中心质)及其与相应介质的界面，对各种性能的提高起着各自的作用，必须通过多学科协同，用近代研究方法与手段进行综合研究与分析。

4.5UHPC的研究开发

包括材料、工艺、结构形式与设计方法等。

4.6正确处理科技创新和遵循现行规范、标准间的关系

规范和标准是在总结前人实践的基础上制订的，需要尊重，但是这并不等于只能一味地遵循、照搬。伴随着工程实践的创新和发展，

规范和标准也需要不断更新、改进。从这个角度来说，与设计、施工相结合的科研工作，目的就在于将规范和标准不断地推进，反过来促进工程实践与理论的发展。

4.7实验室试验与工程现场间的关系与差异

对于绿色高性能混凝土，实验室试验的结果与工程现场之间存在的差异是非常显著的，有时甚至呈现完全相反的结果。这不仅反映出实验室模拟现场存在困难（例如试件小、构件大；试件变形自由、构件变形受约束；试件制作与养护条件固定、构件工作环境多变；试验条件人为设置、现场情况随机变化），从根本上说，它反映了采用分解论思想进行试验研究必然带来的脱离工程实际的结果。

4.8 GHPC的耐久性及其它性能评定方法问题

GHPC除了常用的组成材料(水泥、砂、石、混合材和水)以外，还需加入超塑化剂、膨胀剂、增稠剂等外加剂。它们对混凝土的耐久性及其它性能有何影响，不是现有的单一性检测方法可以评定的。需要开发检测GHPC耐久性及其它性能的系统，研究其机理和影响耐久性的动力学问题。

5.绿色高性能混凝土的研究方法

绿色高性能混凝土的发展过程中，还存在着这样或者那样的问题需要我们解决。我们必须有正确的科学思想来指导，不断进行科技创新，实践、积累、再创新,并不断取得实效。宏观的环境性能与粗观的物理力学性能以及应用中取得的各种功能，都已证明GHPC必须加速发展,它是水泥基材料的未来。亚微观微观研究将为GHPC的发展与