绿色混凝土

绿色混凝土

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。

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。

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。

随着经济的发展，人们的环保意识逐渐增强。环境混凝土、环保型混凝土等概念先后出现。

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。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。

绿色混凝土的基本概念

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。

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。

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：

（1）免振自密实

日本学者认为，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）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。

（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。

（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%。

（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，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)。

（6）显著的经济效益、环保效益、社会效益

更多地节约熟料水泥,减少环境污染

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。

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。

绿色混凝土的实现途径

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:

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