中国混凝土的可持续发展

中国混凝土的可持续发展

陆远荣12014414，东南大学材料学院南京

摘要：当下“绿色中国”理念深入人心，混凝土建筑行业也需要向着“低能耗”、“绿色化”可持续方向转变，但现如今混凝土的发展仍然是以高能耗为主，环境压力仍然很大。由此观之，混凝土要想可持续发展可以有以下几点方向：一、加强外加剂的开发和研制，是混凝土改性变成可能，提高强度和各方面性能；二、加强混凝土预制品的开发和研制，推进混凝土产品的产业化和建筑行业的装配化转型；三、把新材料与传统混凝土结合，研制高性能高强度的混凝土，取代现有低强低能的混凝土如FRP材料与混凝土结合；四、加紧研制建设绿色混凝土，让环境友好走进混凝土行业。

关键词：混凝土可持续发展外加剂预制品绿色混凝土

背景

随着经济的高速发展，混凝土生产和使用过程中资源过度开发和废弃及其造成的环境污染和生态破坏，正日益改变着我们的生活。据悉，每生产1吨水泥熟料，要用1.4～1.5吨石灰质原料，0.2～0.3吨粘土质原料，还有一部分辅助原料。以我国为例，水泥产量约7亿吨/年，每年需要石灰质原料10亿吨，粘土质原料1.4～2.1亿吨。此外，还需要大量的电力和煤炭。水泥生产消耗的能源约占我国工业生产能耗的10%。

我国混凝土年产量约占世界总产量的40%，亦即12亿立方米/年左右。每立方米混凝土约需要1吨粗骨料、0.7吨细骨料。每年需12亿吨粗骨料和8。4亿吨细骨料。如果粗骨料中有一半是用石灰石碎石，每年也需6亿吨石灰石。水泥、混凝土生产每年共需约16亿吨石灰石，细骨料(河砂)8.4亿吨，粘土3.0亿吨。

据调查，全国石灰石矿的工业储量约500亿吨。若水泥工业的可采量为250亿吨，仅够水泥生产使用40～50年。如果加上混凝土生产所需骨料，那么我国石灰石资源仅够水泥混凝土工业使用30～40年。而对于混凝土细骨料，如全部以河砂计算，每年8.4亿吨(对砌筑砂浆及抹灰用的河砂尚未考虑在内)，长此以往，河砂会挖尽，河床两岸会由于掏挖河砂而崩塌及河床位置发生改变，自然景观遭到破坏，造成水土流失，给生态环境造成更大危害。

每生产1吨水泥熟料约排放1吨CO2，世界水泥产量近20亿吨，每年就产生20亿吨的CO2。此外，还排放大量的SO2,NO2及含铬废水等。同时每年约有2%～3%的水泥产量以粉尘的形式排放于大气中。由于CO2的大量排放，使地球产生了温室效应，全球气候变暖已引起人们的普遍关注。

资源的有限性以及地球生态系统的安全性之间出现尖锐的矛盾，对社会经济的可持续发展和人类自身的生存构成严重的障碍和威胁。因此迫切需要研究混凝土可持续发展问题。

一、外加剂与混凝土改性和性能增强

外加剂作为良好的混凝土改性的添加剂，对混凝土性能的提高具有良好的作用，同时还可以提高混凝土的工作性能，对于混凝土来说，外加剂无疑是一个良好的辅助材料。

但是如今的外加剂行业还处于一个起步阶段，仍然存在价格高、加工工艺困难等问题，因此对于外加剂的研制，还有一大段路要走。而对于混凝土而言外加剂的使用也存在一些问题，如改性过程中的量与操作工艺等问题。但是总体来说，混凝土的外加剂行业的发展是一个好的趋势，而且在将来还将具有更大的提升空间，而对于混凝土的性能改进和轻度的提高，也将会因为外加剂的研发和运用得到一个大的飞跃。

二、混凝土预制品与混凝土产业化

目前土木工程建设中产业化程度还不是很高，因此在土木工程建设中效率还很低下，但是如果让土木工程材料产业化生产，大批预制构件在工厂中生产，在工程中只需要拼装和加固的话，工程效率将会大幅度提升。可见，土木工程材料的产业化必将是土木工程材料的研究重点方向。

建筑材料工业化必将是今后土木工程材料发展的趋势，而当下建筑材料工业化的难题在于土木工程材料以何种形式生产、生产之后如何保养、以及之后的安装以及安全、美观等问题。而要实现土木工程产业化，就需要解决土木工程材料预制品从土木工程设计到材料性能设计，再到材料加工成型出厂、拼装过程中出现的难题。

但是有理由相信，混凝土行业的产业化必然会成为一个趋势，而土木工程建设中混凝土行业中预制混凝土的运用会将占有一个较大的比例，土木工程工业化也将会是将来的一个新气象。

三、新型复合材料与混凝土的结合

复合材料的生产工艺近几年趋于成熟，发展也很快，在工程技术中也渐渐的加强了复合材料的运用，在土木工程建设中复合材料也有很大的运用前景。高强度的碳纤维复合材料与混凝土的结合在土木工程运用也是成果斐然，可见，高强度的碳纤维复合材料在土木工程材料今后的研究方向中将是一个重要的方向，而且把高强度的碳纤维复合材料运用于土木工程材料中将对混凝土的性能和强度都将有很大的提高。而复合材料的生产目前成本还太高，符合材料今后的研究方向其实应该是朝着低成本高效率生产方向发展。在土木工程材料工业化的发展中，复合材料碳纤维必将成为一个良好的高强度抗拉材料而融入土木工程材料中。

FRP碳纤维结构复合材料的高强质轻、高耐久性能、强抗疲劳性能对于土木工程建筑材料的性能提高和运用范围的扩展有巨大的作用。复合材料的生产工艺近几年趋于成熟，发展也很快，在工程技术中也渐渐的加强了复合材料的运用，在土木工程建设中复合材料也有很大的运用前景。复合材料在土木工程材料性能的加强和改性上将会是一个与外加剂相匹敌的新产品。

在新世纪，复合材料的运用取得了极大的成就，而在混凝土行业中也不例外，复合材料于混凝土的结合无疑将是一个新的创举。

四、绿色混凝土的环境友好

混凝土能否长期作为最大宗的建筑结构材料，我们能否在利用自然的同时保护自然、节约能源和原材料，实现混凝土产业的可持续发展，关键在于混凝土能否成为绿色材料。绿色混凝土是混凝土发展的必然趋势。

从某些高性能混凝土的涵义和组成材料看，其含有很多“绿色”要素，本身就是绿色混凝土，具体特征如下：

（1）能更多的节约水泥熟料，更有效地减少环境污染，同时也能大量降低料耗与能耗。在绿色高性能混凝土的胶凝材料中，工业废渣为主的细掺料将节代大量熟料，最多可达60％～80％。

（2）能更多地掺加以工业废渣为主的细掺料，节代熟料，改善环境，减少二次污染。

（3）能更大地发挥高性能混凝土的优势，尽量减少水泥与混凝土的用量，达到节省资源、能源与改善环境的目的。

中国是世界的硅酸盐水泥生产大国，水泥年产量约占世界的一半，同时中国也是粉煤灰、高炉矿渣等工业废料排放量最大的国家。因此我们在推进混凝土材料和工程技术时，应该更