綠色混凝土的發(fā)展與應(yīng)用

劉海波 殷付通 楊易鵬 邵志舉 卞瀟 胡樹威

摘? 要：綠色混凝土是一種新興的混凝土材料，它符合可持續(xù)發(fā)展的原則，生產(chǎn)制作過程中低排放、低污染。具有較好的適應(yīng)性、耐久性和環(huán)境友好性。綠色混凝土類型多種多樣，其不僅具備普通混凝土的各項特性，通過加入外加劑可以實現(xiàn)多種功能。工程中使用綠色混凝土可以減小材料成本，降低工程造價。目前綠色混凝土的研發(fā)與應(yīng)用前景廣闊，綠色混凝土是未來混凝土發(fā)展的必然方向。

關(guān)鍵詞：綠色混凝土;環(huán)境友好;材料;應(yīng)用

中圖分類號：TU528? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）27-0176-02

Abstract： Green concrete is a new concrete material， which accords with the principle of sustainable development and has low emission and low pollution in the production process. Therefore， it has good adaptability， durability and environmental friendliness. There are many types of green concrete， which not only has the characteristics of ordinary concrete， but also can achieve a variety of functions by adding admixtures. The use of green concrete in the project can reduce the material cost and the project cost. At present， there are broad prospects for the research and development and application of green concrete， and green concrete is the inevitable direction of concrete development in the future.

Keywords： green concrete; environmentally friendly; material; application

1 綠色混凝土的提出

為了實現(xiàn)其在《京都議定書》中的承諾，丹麥于1998年在全世界范圍內(nèi)首次提出綠色混凝土的概念。但此概念僅停留在減少土木工程施工過程中混凝土材料的使用和碳氧化合物的排放，并不是真正意義上的綠色混凝土材料。緊接著，日本的山本一良教授在1999年提出了“生態(tài)環(huán)境材料”的概念，闡明了綠色建筑材料的定義和特征，綠色材料和經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展緊密相連。這一更加清晰的概念在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的認可。同年，我國清華大學(xué)的吳中偉院士[1]提出在混凝土生產(chǎn)和制造過程中注意節(jié)約資源和環(huán)境友好，并正式提出了“綠色高性能混凝土”的概念，這也是我國最早的綠色混凝土的相關(guān)概念的提出。后來又有外國學(xué)者提出利用建筑廢料和殘渣制作生產(chǎn)混凝土材料，這也是一種綠色混凝土的范疇。我國相繼在2013和2014年頒布了一些關(guān)于綠色混凝土的規(guī)定，促進了我國相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)研究和發(fā)展。在資源短缺、生態(tài)破壞和環(huán)境問題日益嚴重的今天，越來越多的國家意識到環(huán)境問題的重要性。全社會都在倡導(dǎo)低碳生活與可持續(xù)發(fā)展，發(fā)展綠色環(huán)境友好型的混凝土工程建設(shè)的必然要求。

2 綠色混凝土的概念

綠色混凝土是一種通過改善混凝土原料，添加礦物參合料、再生骨料和其他成分的高性能、高耐久性的混凝土。它必須滿足環(huán)境友好的要求，符合國家建設(shè)可持續(xù)發(fā)展道路的要求，能夠有效地保護環(huán)境，提高資源利用率。中國建材聯(lián)合會給出的綠色建筑材料的定義為：在原材料的選用、開采加工、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品應(yīng)用過程中，能夠有效利用廢棄物、少用天然資源和能源，資源可循環(huán)利用的，不僅性能功能符合建筑物等配置的要求，而且在全生命周期內(nèi)與生態(tài)環(huán)境和諧，對人類健康無害的建筑材料[2]。清華大學(xué)的廉慧珍教授[3]主張：綠色混凝土應(yīng)該是從生產(chǎn)、澆筑到使用同時滿足工程設(shè)計和綠色低排放的相關(guān)要求。不能為了混凝土在使用過程中的綠色而造成生產(chǎn)過程中的高污染與高排放。

3 綠色混凝土的分類

3.1 再生骨料混凝土

一般的工業(yè)和民用混凝土建筑工程有一定的使用年限，當混凝土建筑物達到設(shè)計年限就不能滿足承載力使用要求，工程就必須要拆除?；炷两Y(jié)構(gòu)物拆除后會產(chǎn)生大量的廢棄固體材料，如廢混凝土、廢磚塊和廢砂漿等，這些廢棄材料可以通過粉碎等機制形成可重新回收利用的混凝土骨料。用再生骨料（廢混凝土、廢磚塊、廢砂漿等）部分或全部替代天然骨料加入水泥砂漿拌制的混凝土稱為再生骨料混凝土。用建筑物廢棄固體材料制成再生骨料代替天然骨料，不僅可以節(jié)約資源、保護環(huán)境，還能大幅度的縮減工程材料成本，降低工程造價，在很多工程上得到了應(yīng)用。但是，再生骨料混凝土一些問題，再生骨料無法達到天然骨料良好的級配，外表棱角較多、針狀物占比過大、表面有水泥包裹等[4]，這些問題導(dǎo)致了再生骨料混凝土的理化性質(zhì)明顯低于天然骨料混凝土，不適用于要求較高的工程項目中。但在一些對混凝土要求不高的工程中，價格低廉的再生骨料混凝土仍為理想的材料。

3.2 大氣凈化混凝土

大氣凈化混凝土是一種含有二氧化鈦，在日照和雨水的作用下，能夠分解污染的大氣中有害物質(zhì)、凈化空氣的混凝土。其原理是在混凝土中摻入鈦金屬的氧化物，其能夠在太陽光中的紫外線的照射下與空氣中的有害成分反應(yīng)，如粉塵、CO2、SO2、NOX等，生成性質(zhì)穩(wěn)定的化合物，并且混凝土強度隨反應(yīng)進行而提高。一家位于加拿大，名為“碳治療”的科技公司研發(fā)出可吸收空氣中CO2的混凝土，混凝土在拌合的時候可以吸收接觸空氣中的二氧化碳。據(jù)了解，部分大氣凈化混凝土已經(jīng)在多處的道路工程和綠化建設(shè)中得到應(yīng)用。

3.3 透水混凝土

透水混凝土是調(diào)整混凝土的配合比，增大粗骨料比例的一種透水透氣性能較強的混凝土[5]。該種混凝土骨料之間由膠凝材料黏結(jié)，其成分與普通混凝土基本一致，但常根據(jù)使用場合與用途，對所含成分進行調(diào)整，從而達到預(yù)期的目標[6]。透水混凝土廣泛應(yīng)用于城市道路的鋪設(shè)中，雨水可直接通過透水混凝土迅速滲透到地下，不僅解決了路面的排水問題，還能夠及時補充地下水。透水混凝土在海綿城市的體系中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

3.4 機敏混凝土

機敏混凝土是一種智能建筑材料，它是一種能夠自主感知損傷并進行自我修復(fù)的混凝土。機敏混凝土被認為是智能混凝土材料的初級發(fā)展階段。它在普通混凝土的基礎(chǔ)上摻加具有特定功能的高分子材料使混凝土具有一定的自感知、自適應(yīng)和損傷自修復(fù)等智能特性。利用這些特性可以實現(xiàn)預(yù)報混凝土損傷、自我檢測等，從而防止混凝土的脆性破壞?，F(xiàn)有的機敏混凝土包括自修復(fù)混凝土、損傷自診斷混凝土和可調(diào)溫混凝土等。相信在不久的未來將會有更多類型的機敏混凝土的出現(xiàn)[6]。

4 綠色混凝土的特點

通過調(diào)節(jié)合適的級配和配合比，綠色混凝土可以實現(xiàn)絕大部分高性能混凝土的特點。綠色混凝土的大部分原料來自于建筑固體垃圾和已拆除的廢舊建筑物，可以減少天然礦石的開采，減少自然資源和能源的消耗，降低原料的開采與生產(chǎn)成本，進而降低工程造價，對資源的綜合利用起到積極的推動作用，實現(xiàn)了建筑材料的循環(huán)重復(fù)利用[7]。強度也是綠色混凝土一個很重要的指標。在綠色混凝土中添加各種礦物質(zhì)外加劑可以有效改善綠色混凝土的力學(xué)性能，彌補綠色混凝土原材料的缺陷。綠色混凝土一般使用在綠化或者裝飾工程中，使用環(huán)境的要求較高，因此綠色混凝土必須有良好的耐久性。研究表明，在混凝土拌制過程中加入適量的粉煤灰和高爐爐渣可以有效地提高綠色混凝土的抗凍融性能，控制綠色混凝土中膠凝材料的用量可以提高其耐酸堿腐蝕的能力?？紫堵瘦^大的綠色混凝土上可以生長植物，植物的根系可以穿越其孔隙后由土向四周擴展，有利于更好的緊固混凝土塊層。綠色混凝土能夠與環(huán)境相適應(yīng)，促進人類與自然和諧共生，減少自然環(huán)境的承載能力，是混凝土未來發(fā)展的必然趨勢。

5 綠色混凝土的應(yīng)用

5.1 再生骨料混凝土的應(yīng)用

若將廢棄的水泥混凝土塊就地回收，經(jīng)破碎、清洗、分級后作為骨料再生利用全部或部分代替天然骨料配制成再生骨料混凝土，不僅可從根本上解決廢棄混凝土的處理問題，還可節(jié)約天然骨料資源，緩解供求矛盾，同時還具有顯著的社會經(jīng)濟和環(huán)保效益。目前在公路養(yǎng)護部門，再生骨料混凝土已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于路基填充、道路修補和部分對于混凝土強度要求不嚴格的工程中[8]。安徽合寧高速公路的一部分路段采用再生混凝土骨料來澆注混凝土路面。節(jié)約了120余萬元的材料的運輸費用。湖南長沙機場的混凝土工程也采用了再生混凝土，在機場道路的道面、道肩及平行公路上均澆筑了再生混凝土，多年使用后混凝土結(jié)構(gòu)狀態(tài)良好。

5.2 大氣凈化混凝土的應(yīng)用

大氣凈化混凝土是一種利用含有二氧化鈦的添加物，在陽光下結(jié)合出氧化氮并轉(zhuǎn)化成無害的硝酸鹽的新型產(chǎn)品。這種混凝土鋪設(shè)在道路上相當于一個空氣凈化器，吸收有害氣體，排除無污染的物質(zhì)。荷蘭的特文特大學(xué)開發(fā)了一種空氣凈化混凝土，它能夠在陽光下利用鈦化物結(jié)合汽車廢氣中的含氮氣體，將氧化氮轉(zhuǎn)化成無害的硝酸鹽，而被排放出來的硝酸鹽，則能被大雨沖刷帶走。將污染降到最低甚至是無。由于汽車尾氣等空氣污染，大氣中氮氧化物的含量逐漸增多，很容易形成酸雨、臭氧和煙霧等不良天氣，造成環(huán)境污染。而空氣凈化混凝土的出現(xiàn)就是為了解決這一人類難題，它不僅能夠減少25%-45%的氮氧化物濃度，凈化當?shù)乜諝?，更為人類可持續(xù)發(fā)展的實現(xiàn)做出重大貢獻[9]。

5.3 機敏混凝土的應(yīng)用

機敏混凝土作為一種智能型的混凝土，它可以對外界的變化做出特定的響應(yīng)。有一種透明的機敏混凝土材料，意大利在2010年上海世博會上就使用了這種混凝土。這種混凝土中加入了玻璃質(zhì)地的成分，不僅會根據(jù)環(huán)境條件自主調(diào)節(jié)透明度，改變室內(nèi)的光線條件，還能產(chǎn)生不同類型的顏色變化。這種混凝土的水泥基材料中加入適量的短切碳纖維，這種碳纖維可以讓混凝土產(chǎn)生熱電效應(yīng)，進而監(jiān)控室內(nèi)溫度變化，控制和調(diào)節(jié)館內(nèi)溫度。

6 綠色混凝土的發(fā)展

綠色混凝土要想更好的發(fā)展必須要發(fā)展相應(yīng)的生產(chǎn)與制作設(shè)備，實現(xiàn)綠色混凝土生產(chǎn)和制造的規(guī)模化，為更大范圍應(yīng)用提供保障。加大對綠色高性能混凝土品種的研究和開發(fā)工作，開發(fā)更多種類的復(fù)合性高性能綠色混凝土。

參考文獻：

[1]吳中偉.高性能混凝土-綠色混凝土[J].混凝土與水泥制品，2000（1）：3-6.

[2]周耀旭.綠色混凝土的發(fā)展與創(chuàng)新[J].建材發(fā)展導(dǎo)向，2019（17）：77-84.

[3]廉慧珍，等.綠色混凝土行動的提出與進展[J].行業(yè)關(guān)注，2016（87）：14-20.

[4]謝喆敏，等.綠色混凝土的研究現(xiàn)狀及發(fā)展建議[J].再生利用，2019（2）：36-44.

[5]潘奇俊.從環(huán)保角度淺析混凝土的發(fā)展應(yīng)用前景[J].廣東土木與建筑，1999（3）：3-5.

[6]謝莉.淺析綠色混凝土的發(fā)展與應(yīng)用[J].科技信息，2010（29）：54-97.

[7]王凱.綠色混凝土的發(fā)展運用[J].江西建材，2015（8）：16-18.

[8]孫躍東，肖建莊.再生混凝土骨料[J].混凝土，2004（6）：33-36.

[9]孫澤田.楊樹桐.實現(xiàn)綠色混凝土的新途徑[J].混凝土，2013（12）：117-119.