綠色高性能混凝土與科技創(chuàng)新探析

逯 杰

(陽煤宏廈三建預(yù)拌砼分公司，山西 陽泉 045000)

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綠色高性能混凝土與科技創(chuàng)新探析

逯 杰

(陽煤宏廈三建預(yù)拌砼分公司，山西 陽泉 045000)

通過綠色混凝土與傳統(tǒng)混凝土的對(duì)比，總結(jié)出了綠色高性能混凝土的主要特征，分析了其優(yōu)化因素及優(yōu)異性能，結(jié)合綠色高性能混凝土與商品混凝土的關(guān)系，指明了綠色高性能混凝土的發(fā)展方向。

綠色混凝土，礦物摻合料，粉煤灰，配合比

0 引言

混凝土是我國建筑行業(yè)的重要施工材料，據(jù)相關(guān)資料顯示，我國每年混凝土的使用量達(dá)數(shù)十億噸，在混凝土生產(chǎn)的過程中，會(huì)排放出大量的一氧化氮、二氧化硫等溫室氣體，以及大量的粉塵，不僅加劇了能源的消耗，還導(dǎo)致溫室效應(yīng)的出現(xiàn)，對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。綠色高性能混凝土的顯著特點(diǎn)在資源短缺情況下，可以使能源、資源得到有效地節(jié)約，為我國混凝土的發(fā)展方向指明了道路。

1 與傳統(tǒng)混凝土的對(duì)比

1.1 傳統(tǒng)混凝土

傳統(tǒng)混凝土的生產(chǎn)的主要原材料是水泥，每100 t傳統(tǒng)混凝土大概需要消耗20 t的水泥，而水泥的生產(chǎn)會(huì)消耗大量的原材料與能源，并且造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。生產(chǎn)水泥需要大量的黏土材料，過度地開采，會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境破壞；同時(shí)，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算，每生產(chǎn)1 t水泥都會(huì)排放1 t的CO2，礦物燃料的燃燒也會(huì)排放大量的SO2和NOX，是造成環(huán)境污染、“溫室效應(yīng)”的元兇[1]。因此，開發(fā)新型綠色環(huán)?；炷敛牧鲜钱?dāng)前首要任務(wù)，必須加緊采用新型技術(shù)，以降低能耗、提高工藝。

1.2 綠色混凝土

相對(duì)傳統(tǒng)混凝土，綠色混凝土具有傳統(tǒng)的混凝土材料無法達(dá)到的強(qiáng)度及耐久性，可以實(shí)現(xiàn)非再生性資源的可循環(huán)使用,達(dá)到節(jié)省能源、降低地球環(huán)境的負(fù)荷的目的，是一種能夠?yàn)槿祟愄峁┦孢m環(huán)境的混凝土材料，并且綠色混凝土可以實(shí)現(xiàn)減少有害物質(zhì)的排放和對(duì)環(huán)境的污染。隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，綠色混凝土又被劃分為綠色高性能混凝土、再生骨料混凝土、環(huán)保型混凝土及機(jī)敏型混凝土等。

1.3 綠色高性能混凝土

綠色高性能混凝土是將高性能的混凝土與地球環(huán)境保護(hù)、生態(tài)資源保護(hù)以及可持續(xù)發(fā)展結(jié)合起來的混凝土，綠色高性能混凝土必將是未來混凝土行業(yè)發(fā)展的方向。綠色高性能混凝土必須是節(jié)約能源、節(jié)約資源的混凝土。

2 綠色高性能混凝土的特點(diǎn)及特征

2.1 綠色高性能混凝土特點(diǎn)

“綠色”與“高性能”作為綠色高性能混凝土的兩個(gè)基本特點(diǎn)。概括的來說，在保證混凝土高性能、高質(zhì)量的前提下，將混凝土生產(chǎn)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)結(jié)合起來，減少對(duì)地球原材料的采集和能源的利用，大力減少對(duì)環(huán)境的污染，使得混凝土行業(yè)能夠持續(xù)、健康的發(fā)展。

2.2 綠色高性能混凝土特征

吳中偉院士指出，綠色高性能混凝土應(yīng)更多的節(jié)約資源與能源，減少對(duì)環(huán)境的污染與破壞，走持續(xù)發(fā)展的道路。綠色高性能混凝土需具備以下特征[1]：

1)使用“綠色”水泥，減少熟料水泥的使用，進(jìn)而改善環(huán)境，減少對(duì)環(huán)境的污染。大量使用工業(yè)廢渣、廢料作為活性摻料來代替熟料水泥，或者優(yōu)質(zhì)粉煤灰、硅灰等來作為膠凝材料的主要成分，減少熟料水泥的使用，從而降低能源的消耗，減少CO2等溫室氣體的排放。

2)通過在原料中加入經(jīng)過專門加工處理的工業(yè)廢渣，如摻入優(yōu)質(zhì)的粉煤灰、礦渣等作為活性細(xì)摻料，甚至可以將幾種活性細(xì)摻料復(fù)合使用以達(dá)到更佳的工業(yè)性能[3]。

3)采用安全、先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，通過對(duì)建筑垃圾的大量加工、處理，將對(duì)環(huán)境有污染、造成地球負(fù)擔(dān)的垃圾成為混凝土骨料，減少了對(duì)天然砂石的大量開采。

4)充分發(fā)揮綠色高性能混凝土的優(yōu)勢(shì),減少水泥和混凝土的使用率。少使用就可以做到少生產(chǎn)，利用其高強(qiáng)性能,可以延長混凝土使用周期，減少水泥與混凝土的用量可以從根本上減少環(huán)境破壞。

5)盡可能在建筑中大量使用綠色高性能混凝土。可以根據(jù)建筑要求對(duì)綠色高性能混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整，使其應(yīng)用的范圍更加廣泛。

3 綠色高性能混凝土的優(yōu)化因素

3.1 礦物摻合料在綠色高性能混凝土中的作用

礦物摻合料常見的種類很多，不同的礦物摻合料組成，其性能也會(huì)產(chǎn)生很大的差異性，并且具有各自不同的特點(diǎn)。經(jīng)過不斷的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分析，結(jié)合各種摻合料的不同特性，可以考慮如何在混凝土中加入不同的摻合料，使它們之間相互產(chǎn)生的不利影響最低，并且能夠充分發(fā)揮他們各自的優(yōu)良性能。目前，眾多的礦物摻合料中，應(yīng)用最廣泛、最常用的礦物摻合料主要是礦渣、粉煤灰、石灰石三種[2]。

3.1.1 礦渣對(duì)綠色高性能混凝土的影響

礦渣又稱?；郀t礦渣，是高爐煉鐵過程中產(chǎn)生的廢渣，其主要的化學(xué)成分有CaO，SiO2，Al2O3，F(xiàn)e2O3等氧化物。礦渣處于融溶狀態(tài)時(shí)，經(jīng)急速水淬冷卻處理后形成水淬粒化高爐礦渣。水淬?；郀t礦渣是一種具有潛在水硬性的礦物摻合料，將其按一定比例加到混凝土中，對(duì)改善混凝土內(nèi)部的結(jié)構(gòu)能夠起到一定的作用，例如對(duì)孔徑的分布以及孔的幾何形狀有一定的改變，提高了混凝土抗氯離子滲透能力。

3.1.2 粉煤灰對(duì)綠色高性能混凝土的影響

作為燃煤電廠排除的主要固體廢物，粉煤灰是燃煤燃燒后，從煙氣中收集到的細(xì)灰。粉煤灰主要是由SiO2與Al2O3兩種化學(xué)成分組成。SiO2與Al2O3具有良好的活性，將其添加到混凝土中，能夠降低混凝土的收縮性能。另外，在混凝土中加入適量的粉煤灰能夠有效地抑制硫酸鹽引起的膨脹。

3.1.3 石灰石對(duì)綠色高性能混凝土的影響

石灰石作為混凝土中的一種摻合料，對(duì)發(fā)展綠色混凝土起著很大的作用。石灰石是被視為一種惰性材料加入混凝土中的，因?yàn)樗痪哂兴钚宰饔?。?dāng)石灰石摻量較低時(shí)，可以提高混合水泥的早期強(qiáng)度。并且可以改善混凝土的抗?jié)B性能，如果配比合適，混凝土抗?jié)B性能的作用會(huì)因?yàn)槭沂鄣募?xì)度而明顯提高?；炷林袚竭m量石灰石不僅可以改善混凝土的結(jié)構(gòu)，還可以增強(qiáng)混凝土的和易性，提高低溫條件下混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性。

3.2 配合比設(shè)計(jì)對(duì)綠色高性能混凝土的影響

混凝土強(qiáng)度的基本條件是由混凝土配合比設(shè)計(jì)中一定的水泥用量來影響的，但并不是加入的水泥用量越多就越好。過多的水泥用量會(huì)對(duì)混凝土的綜合性能產(chǎn)生直接影響。導(dǎo)致混凝土的收縮和開裂幾率增大。若要保證綠色混凝土的高強(qiáng)度、高性能，在保證混凝土強(qiáng)度和耐久性的基礎(chǔ)上，配合比設(shè)計(jì)中盡量少用水泥，與此同時(shí)在混凝土中摻入混凝土礦物摻合料能有效減少水泥的用量，減少CO2等溫室氣體的排放量，使水泥的水化熱降低，混凝土收縮開裂的幾率減少，同時(shí)改善混凝土的相關(guān)耐久性，如抗?jié)B性、抗凍性等[3]。

4 綠色高性能混凝土的優(yōu)異性能

1)綠色高性能混凝土具有很高的流動(dòng)性，不用振搗就可以自動(dòng)流平并充滿模具，提高了施工質(zhì)量和速度，同時(shí)避免了振搗不當(dāng)造成的質(zhì)量缺陷。

2)由于綠色高性能混凝土使用具有不同特性的礦物摻合料、采用最優(yōu)質(zhì)的配合比，因此具有高耐久性和極強(qiáng)的穩(wěn)定性能。

3)強(qiáng)度高，具有長久的使用壽命。

4)更多地使用以工業(yè)廢渣為主的活性細(xì)摻料，減少了熟料水泥的使用量，提高了經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)約能源，減少了對(duì)環(huán)境的污染。

5 綠色高性能混凝土與商品混凝土

混凝土主要是由商品混凝土企業(yè)生產(chǎn)的，綠色高性能混凝土的發(fā)展，對(duì)于商品混凝土企業(yè)有著非常重要的意義：因?yàn)樯唐坊炷疗髽I(yè)可以發(fā)展綠色高性能混凝土從而順應(yīng)這個(gè)行業(yè)對(duì)于環(huán)保的要求，緊緊跟隨國家轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式、大力發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的步伐；隨著綠色高性能混凝土的使用，可較大幅度的降低建筑工程的綜合成本，增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，提高企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力；很多商品混凝土企業(yè)由生產(chǎn)普通混凝土轉(zhuǎn)化為綠色高性能混凝土，混凝土生產(chǎn)工藝的變化對(duì)行業(yè)發(fā)展的格局將會(huì)產(chǎn)生重大的影響，這將加快企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。同時(shí)，綠色高性能混凝土的快速發(fā)展，對(duì)商品混凝土企業(yè)的考驗(yàn)會(huì)越來越嚴(yán)峻，這將要求商品混凝土企業(yè)對(duì)原材料的性能質(zhì)量、高性能混凝土配合比等提出更嚴(yán)格的控制，加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)能力。

6 綠色高性能混凝土的發(fā)展愿景

6.1 綠色、高性能是混凝土產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向

多樣化、綠色環(huán)保、高性能發(fā)展等特點(diǎn)將成為混凝土產(chǎn)品未來的主流趨勢(shì)，因?yàn)樵诰G色高性能混凝土的原料中減少了熟料水泥的使用量，大量使用工業(yè)廢渣作為活性細(xì)摻料，節(jié)約能源資源，是一條可持續(xù)發(fā)展的路線。

6.2 高性能外加劑是實(shí)現(xiàn)混凝土高性能化的重要途徑

現(xiàn)代混凝土構(gòu)筑物發(fā)展的趨勢(shì)將會(huì)是高流動(dòng)性、高強(qiáng)度、高耐久性、長壽命；為實(shí)現(xiàn)這些性能，需要通過添加高性能混凝土外加劑，它可以使混凝土向建筑所要求的方向發(fā)展。

6.3 配合比的優(yōu)化設(shè)計(jì)是綠色高性能混凝土的核心技術(shù)

由于綠色高性能混凝土具有對(duì)施工性要求更高、組分構(gòu)成更復(fù)雜等特點(diǎn)，配合比設(shè)計(jì)必須滿足建筑工程對(duì)混凝土各項(xiàng)性能和勻質(zhì)性的要求，通過選用適當(dāng)?shù)哪z凝材料、活性細(xì)摻料及水膠進(jìn)行配比，同時(shí)需要在滿足施工要求的前提下盡量減小漿骨體積比，即低用水量。

6.4 提升質(zhì)量是綠色高性能混凝土的重大使命

提高施工人員的專業(yè)技術(shù)水平，制定規(guī)范的檢測(cè)制度，嚴(yán)格管理綠色高性能混凝土生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，不僅在技術(shù)上控制混凝土的生產(chǎn)、還要注重材料的運(yùn)輸以及成型養(yǎng)護(hù)和試驗(yàn)，避免因?yàn)樵谀硞€(gè)環(huán)節(jié)上的疏忽而導(dǎo)致生產(chǎn)上出現(xiàn)各種問題。

7 結(jié)語

因此，綠色高性能混凝土作為未來混凝土發(fā)展的指路燈，如何提高綠色高性能混凝土的生產(chǎn)技術(shù)，將成為混凝土生產(chǎn)領(lǐng)域繼續(xù)研究的課題，必須加強(qiáng)技術(shù)的研究、領(lǐng)域的開發(fā)、運(yùn)用的推廣、生產(chǎn)質(zhì)量的檢驗(yàn)。雖然綠色高性能混凝土是未來水泥混凝土發(fā)展的方向，但我國需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)于綠色高性能混凝土的研究，礦物摻合料的研究也還不夠，需要進(jìn)一步加大研究和開發(fā)力度，提高混凝土材料的綠色度，使之成為對(duì)環(huán)境更加友好，性能更為優(yōu)異的綠色材料。

[1] 吳中偉.綠色高性能混凝土與科技創(chuàng)新[J].建筑材料學(xué)報(bào)，1998(1)：20-24.

[2] 龔鄂川.摻合料在綠色高性能混凝土中的應(yīng)用綜述[J].江西建材，2017(2)：11-12.

[3] 王 勇.混凝土配合比設(shè)計(jì)與綠色高性能混凝土[J].商品混凝土，2013(3)：83-85.

Analysis on green high performance concrete and scientific and technological innovation

Lu Jie

(Yang Coal Hongsha Third Construction Ready-Mixed Concrete Branch, Yangquan 045000, China)

Through the comparison of green concrete and traditional concrete, this paper summarized the main features of green high performance concrete, analyzed its optimization factors and excellent performance, combining with the relationship between the green high performance concrete and products concrete, pointed out the development direction of green high performance concrete.

green concrete, mineral admixture, fly ash, mix ratio

1009-6825(2017)16-0124-02

2017-03-16

逯 杰(1985- ),男,助理工程師

TU528

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