綠色混凝土的研究現(xiàn)狀及應用前景

周思屹

(華北水利水電大學,河南 鄭州 450045 )

0 前 言

混凝土是當今世界上最為普遍的土木工程材料之一,具有價格低廉、操作性簡易、可塑性高等特點,硬化后混凝土具有可控制的力學性能及一定程度的耐久性[1-2]。混凝土的發(fā)展與工程應用對象的發(fā)展緊密相關,近年來我國隨著工業(yè)的快速發(fā)展、一些新型建筑物的蓬勃出現(xiàn),城市化的快速發(fā)展以及消費主義的生活方式,使得我們對混凝土的需求也越來越大。各城市也越來越多地進行大規(guī)模拆遷重建,由此形成大量的建筑垃圾[3],我國建筑垃圾的較小利用率使得越來越多的建筑垃圾被滯留,嚴重地影響到我國的生態(tài)環(huán)境,如增多了廢棄垃圾填埋地[4],對土地、水資源產(chǎn)生了嚴重的污染。建筑砂石是混凝土的基本骨料,以往混凝土的砂石資源較為豐富,砂石均為自然風化形成的天然原材料,但隨著混凝土需求量越來越大,砂石資源被大量的開采造成一些地區(qū)出現(xiàn)水土流失、山體滑坡等現(xiàn)象,嚴重破壞了自然山體的形態(tài),傳統(tǒng)意義上的混凝土對生態(tài)環(huán)境上的消耗是巨大的。因此,綠色環(huán)保型的混凝土成為了未來混凝土行業(yè)發(fā)展的目標之一。

1 綠色混凝土

近年來國家一直在倡導發(fā)展綠色混凝土。所謂的綠色混凝土，指的是在混凝土生產(chǎn)過程中,為了減少能源消耗、環(huán)境影響及自然資源的消耗,開始采用一些可替代或者可回收的廢棄物[5]來代替部分混凝土原材料甚至是全部代替。綠色混凝土[5]是一種理念,主要是從整合環(huán)境方面進行考量,從尋找混凝土原材料的來源、配合比設計、建筑結構的設計、最終建筑物的建成及維護這幾個主要方面考慮。綠色混凝土擁有很多優(yōu)勢,例如提升混凝土性能[6]、降低碳排放及資源再利用等[7]。對于綠色混凝土運用在實際的建筑上面的主要困難是系統(tǒng)性受困、可利用的廢棄材料質(zhì)量較差和技術障礙等。為了建造可持續(xù)性發(fā)展的綠色混凝土,在科技進步方面需要能源的效益化、低碳生產(chǎn)方式的運用和有創(chuàng)新性的對原材料進行試配,并且還需要科學的制度來生產(chǎn)和使用。

2 綠色混凝土的種類及應用

2.1 再生骨料混凝土

在混凝土骨料中摻加一定比例的再生骨料,降低了天然骨料的占比,再生骨料為建筑廢棄骨料經(jīng)過人工破碎之后,按照正常的混凝土骨料級配混合而成,可分為全再生粗骨料混凝土、半再生粗骨料混凝土、再生砂混凝土等,再生混凝土在一定程度上節(jié)省了天然骨料的使用量,使得混凝土在強度滿足要求的情況下對建筑垃圾進行二次利用,緩解了國內(nèi)砂石資源緊缺的問題。但是由于再生骨料經(jīng)過人工破碎而成,質(zhì)量較差,相比較天然砂石強度低、與膠凝材料的粘結能力較差,目前應用最多的是低摻量粗骨料再生混凝土,對于全再生混凝土的應用還有待進一步探討。

2.2 大摻量礦物摻合料混凝土

混凝土膠凝材料中礦物摻合料的占比超過50%,常見的混凝土礦物摻和料有粉煤灰、礦渣、硅灰等,這類礦物摻合料具有火山灰活性,能夠與混凝土中的氫氧化鈣反應生成有一定強度的物質(zhì)。其中粉煤灰混凝土最為常見,將粉煤灰運用到綠色混凝土中有很多優(yōu)勢,如提高混凝土工作性能、降低混凝土孔隙率、減少水泥水化熱等特點。在現(xiàn)階段,由于水泥的生產(chǎn)工藝得到提高,生產(chǎn)出來的水泥的細度、活性比原來都要高,在相同的配合比的情況下得到的混凝土強度高于以往混凝土強度,但與此同時帶來的弊端是水泥水化熱高、混凝土收縮變形增加等特點。水泥活性的提高意味著可以降低水泥用量,在混凝土強度達到要求的情況下加入一定摻量的礦物摻合料在現(xiàn)階段是一種常見的方式。對于大摻量礦物摻和混凝土,一般需要添加激發(fā)劑來激活礦物活性,激發(fā)劑對于激發(fā)混凝土早期強度和加速礦物摻合料的火山灰反應是十分必要的。常見的化學激發(fā)劑有無水硫酸鈉、硅酸鈉、氫氧化鈣、碳酸鈉等。

2.3 功能型混凝土

2.3.1 碾壓混凝土

用振動碾壓混凝土,在混凝土未硬化的時候拌合物必須經(jīng)受起碾壓,在振搗的過程中混凝土必須足夠的干，以阻止振動碾壓下沉；同時又要足夠的濕，使得砂漿在攪拌的過程中分散均勻。碾壓混凝土相比較大體積混凝土有很多的優(yōu)勢,如水泥用量低,可以加入較多的礦物摻和料到混凝土中,使混凝土溫升速率變慢；模板成本低,采用分層澆筑的方式；在混凝土運輸、攪拌、振實費用較低；施工工期短。在整個施工方法上,碾壓混凝土是連續(xù)性的,需要在同一時間澆筑完一個水平層,為此攤鋪層的厚度是至關重要的,厚度太薄，會使?jié)仓姸鹊?失去了碾壓混凝土的優(yōu)勢；攤鋪厚度過厚，會導致水平間隙大,降低結構的強度及耐久性,正常情況下攤鋪厚度一般為0.3 m,通常在新的一個面層攤鋪前會使用特殊的高稠度墊層砂漿,可以有效地減少冷縫的生成。

2.3.2 透水混凝土

采用一種特殊的設計使得混凝土具有較大的孔隙體積,空隙體積在10%～35%?；炷僚浜媳仍O計中采用去除細骨料的方式使混凝土硬化后具有多孔結構,這種混凝土也稱為多孔混凝土。由于具有較高的孔隙率，使得它對于一些流體是可以滲透的,但是整體強度較低。透水混凝土相比普通混凝土,使用透水混凝土作為路面材料的優(yōu)勢有三大類：安全性、環(huán)境友好性、經(jīng)濟優(yōu)勢。安全性,透水混凝土中含有較多的空隙具有高度的滲透性,能夠?qū)⑾掠晏炻访嫔系姆e水通過混凝土排出而不會使路面出現(xiàn)過度積水。由于透水混凝土的骨料主要由粗骨料構成,表面較為粗糙,增大路面的摩擦力,防止在雨雪天氣車輛出現(xiàn)大規(guī)模的行駛滑移,降低了交通事故的風險。環(huán)境友好性是指透水混凝土用在路面有助于保持地下水位,它的滲透性及相對明亮的外觀能夠有效地減少城市的熱島效應,城市的灌溉水比重會因此下降,使得地表水及時的儲存到土壤中,有利于周圍植被的生長。近年來,透水混凝土也被用來降低路面噪音引起了人們廣泛的關注。經(jīng)濟優(yōu)勢指透水混凝土有效地降低了各個城市的雨水管理費,它使城市路面的排水性能最大化,由于地表水及時的排走,提高了地下基礎建筑物的耐久性,延長了建筑物的使用壽命，并且減少了相應的維護管理費用。

3 結論與展望

當前，我國建筑業(yè)提出了環(huán)境友好型的建設理念,越來越多的建筑設計及基礎建設考慮到了居住與環(huán)境的關系。綠色混凝土作為一種新的發(fā)展趨勢，正逐漸代替了傳統(tǒng)混凝土成為新時代的主角,但同時又充滿挑戰(zhàn)。新型綠色材料的研發(fā)是一個漫長的過程,從傳統(tǒng)混凝土向著綠色混凝土轉變的過程中存在著許多不適應的地方,包括相關管理規(guī)范的變動、人們的傳統(tǒng)觀念以及綠色混凝土與環(huán)境的適應程度,是否能夠達到人們的預期效果都是需要經(jīng)過時間的考驗?？偠灾?綠色混凝土是當今發(fā)展的必經(jīng)之路,機遇與挑戰(zhàn)并存,大量的推廣和普及應用是最主要的難題,但綠色混凝土發(fā)展又是建筑行業(yè)朝著綠色化轉型的必要條件,終究會在未來的某一天實現(xiàn)建筑業(yè)的綠色革命。

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