现代绿色高性能混凝土研究进展

摘要：本文从绿色高性能混凝土的概念出发，以绿色高性能混凝土的胶凝材料、集料、外加剂为切入点，详细的阐述绿色高性能混凝土的特性及其研究情况。

关键词：绿色高性能混凝土，胶凝材料，集料，外加剂，研究进展

中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：

Abstract: this article from the green concept of high performance concrete, with a green of high performance concrete cement materials, aggregate, and admixture as the breakthrough point, detail green of high performance concrete characteristics and research.

Keywords: green high performance concrete, cement materials, aggregate, additive, research progress

1绿色高性能混凝土概念的提出

混凝土作为运用最为广泛的建筑材料，一直备受建筑市场的青睐。但由于一般混凝土与环境、能源、资源等具有一定冲突而面临着严峻的挑战。

在混凝土仍然占据建筑主要材料的今天，因生产混凝土带来的环境问题日益严重。水泥——作为混凝土的主要组分，在其生产过程中将排放大量的二氧化碳。据计算，我国水泥工业排放二氧化碳量占工业、交通等排放总量的1/10~1/7，世界水泥工业排放二氧化碳量占全球温室气体排放量的7%。此外，还需投入大量的石灰岩、煤炭、粘土等原材料，同时会伴随这粉尘、有害气体等的产生。这些都会对环境造成较大的危害。

为减小粗犷型混凝土生产方式对环境的影响，一种新型的可以有效节约能源与资源、减轻生态环境负荷、维持生态平衡的高新技术运用而生，采用这种技术生产出来的混凝土——绿色高性能混凝土。绿色高性能混凝土的特性主要有[1]：1）可以节约能源和资源；2）不破坏环境，或对环境有利；3）具有可持续发展特性，既满足当代人的需要又不危害后代人满足其需求的能力。

2绿色高性能混凝土研究进展

绿色高性能混凝土是在保证混凝土力学性能前提下，着重突出节能与减排两个方面的特性。水泥工业不但消耗大量的资源、能源，同时也排放大量的二氧化碳，对生态环境造成污染。本文将从凝胶材料、集料、外加剂等方面阐述绿色高性能混凝土的研究情况。

2.1胶凝材料

在水泥工业中应将在生产时对资源破坏严重、能源消耗多、环境污染大的企业进行整改，调整其产能结构，提高技术生产水平。

减小水泥用量，合理掺加矿物掺合料。矿物掺合料主要是由工业废渣为原料制作生产而成。对于矿物掺合料的利用，国内外已经有众多学者进行相关研究，并已逐步运用到建筑市场中。在混凝土中掺加矿物掺合料可以替代一部分水泥，减少水泥用量，从而减少环境中的二氧化碳排放量并减少资源、能源的消耗；同时，由于细颗粒掺合料的掺入，可以减小水化热，对混凝土体积稳定性非常有利，也可以有效的改善混凝土内部的孔隙结构，增加混凝土的密实程度，增强混凝土的耐久性能。

目前，我国排放量较大的工业废弃物粉煤灰，已经作为矿物掺合料被广泛地用以粉煤灰混凝土中。掺加粉煤灰的混凝土不仅能够改善混凝土的力学性能，而且能够使工业废弃物得到合理有效的运用。为研究混凝土中粉煤灰掺合料对减小二氧化碳气体排放量的影响，澳大利亚学者K.R.O.Brien采用数学模型形象的表示了混凝土中粉煤灰掺量与二氧化碳排放量之间的关系[2]。数学表达式如下式所示：

（1）

式中：GHPC——生产单位体积混凝土二氧化碳排放量；x——粉煤灰占水泥的百分比。

混凝土中粉煤灰的掺加可采用超量取代进行高掺量取代。加拿大能源矿产部掺加55%~65%的高掺量粉煤灰混凝土，混凝土中粉煤灰的掺量虽然很高，但混凝土的工作性能和耐久性能都能够满足加拿大相关规范的要求。国内将粉煤灰磨细处理以后，粉煤灰掺量可以高达70%，其3d抗压强度不小于20MPa，28d抗压强度则大于50MPa。除粉煤灰掺合料外，常用的掺合料还有粒化高炉矿渣、钢渣矿渣、硅灰等，掺加掺合料不仅可以减少水泥的用量，改善混凝土的力学工作新能，而且能够节约能源、减少环境污染、合理利用废弃资源。绿色高性能混凝土具有上述优良特性，是具有可持续发展的一种建筑材料。

2.2集料

混凝土中用量最大的是集料，集料包括石子、沙，集料的用量高达混凝土总量的80%。伴随着混凝土的广泛使用，大量的山石被开采、河道被挖掘，并造成自然景观与绿色植被的破坏，也造成大量的水土流失、河流改道等现象。日益枯竭的自然资源，将面临着无法满足现代混凝土建筑工业的需求。于此同时，建筑物被拆除后废弃的混凝土变成建筑垃圾。建筑垃圾的产量每年保持在10亿吨以上，如此巨大的建筑垃圾，其处理方式将关系到建筑工业的可持续发展性。而传统的处理方式是将废旧混凝土进行直接填埋或进行简单的破碎后用以道路的铺垫。这种传统的处理方式使得废旧混凝土的利用效率极其的底下，造成资源与能源的极大浪费。

为了解决上述问题，一种绿色高性能混凝土——再生骨料混凝土运用而生。再生骨料混凝土是采用再生骨料来代替天然骨料配制而成的混凝土。所谓再生骨料，是将废弃混凝土经破碎、清洗、分级，然后按比例混合而得到的骨料[3]。

配制出再生骨料混凝土后，需要对其力学性能进行研究，以便合理有效的使用再生骨料混凝土。巴西S.C.Angulo对再生骨料混凝土的孔隙率进行了科学研究，研究结果显示：采用平均孔隙率为6.7%的再生骨料配制出的混凝土，其机械性能表现良好。6.7%孔隙率的再生骨料可以使用某一特定功率的分离机进行分离。香港理工大学潘智生的研究表明：尽管再生骨料混凝土的强度较低、收缩率和徐变相对较高等缺点，但通过合理设计再生骨料混凝土的配合比、掺加粉煤灰等矿物掺合料等技术手段，可以有效的减小上述缺点，从而达到与天然骨料的工作性能相一致。

2.3外加剂

混凝土的外加剂有减水剂、缓凝剂、引气剂、防水剂等，本文着重讨论绿色高性能混凝土减水剂的使用情况。高效减水剂的添加，可以在保持水泥强度等级与用量不变的情况下，提高绿色高性能混凝土的强度。混凝土强度的提高，可以减小结构构件的界面尺寸，从而减小混凝土的用量，达到节约资源和节约能源，减轻工业建筑对环境的造成的负荷。

我国早先普遍使用的萘系减水剂因其减水率低，且减水剂中含有萘、甲醛等有毒有害物质。由于萘系减水剂与绿色高性能混凝土相去甚远，而面临着被淘汰的局面。与萘系减水剂的淘汰相比，一种新兴的聚羧酸高效减水剂凭借其优良的特性而越来越受青睐。作为减水剂中的新宠，聚羧酸高效减水剂具有一下特性[4]：1）减水剂不含甲醛，有利于绿色高性能混凝土的可持续发展；2）减水率相对较高；3）掺量少，且具有较好的分散能力；4）可以保持较好的流动度。

资料显示，利用草本植物造纸排出的草本黑液能够生产出改性萘系减水剂。改性萘系减水剂中的甲醛含量仅为萘系减水剂的1/70，生产过程中还可以消除草本纸浆黑液中的有害物质。从而彻底改变因草本黑液造成的工业污染占全国水污染40%的局面，实现变废为宝。

3结语

为建设一个资源节约型、环境友好型、可持续发展的和谐社会，绿色高性能混凝土承载着人们的希望。同时也让人们意识到，混凝土今后的发展历程，不仅仅是是满足建筑功能的需求，很大程度上需要考虑对环境造成的影响。建筑与环境相互融入更能体现建筑的美，也能让人们赖以生存的环境更加舒适。绿色高性能混凝土的发展仍需广大科研人员的不懈努力。

参考文献

[1] 吴中伟．高性能混凝土——绿色混凝土[J]．混凝土与水泥制品，2000，1：3-6

[2] 夏远英，陈景，熊晓辉等．绿色混凝土发展途径的探讨[J]．混凝土，2011，4：101-104

[3] 艾红梅，白军营．环境协调型绿色混凝土的发展[J]．混凝土，2010，12：93-95

[4] 陶学康，王俊．发展绿色混凝土促进可持续发展[J]．施工技术，2008，（37）3：5-7

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。