混凝土材料可持續(xù)發(fā)展探討

林寧寧 威海東部濱海新城建材有限公司

1 前言

混凝土是建筑、基礎(chǔ)建設(shè)等領(lǐng)域必要的材料，并且建筑主體大量由混凝土材料構(gòu)成，是建筑主體主要的材料?；炷敛牧鲜撬?、砂石等以一定比例混合而成的建筑材料，這些材料都是不可再生的自然資源，目前城市高樓建筑主要以混凝土鋼混結(jié)構(gòu)為主。

水泥是1824 年英國泥水匠波特蘭所發(fā)現(xiàn)的，并投入工業(yè)運營。水泥材料的發(fā)現(xiàn)，寓意著混凝土材料的出現(xiàn)。這種材料打破了傳統(tǒng)木質(zhì)、金屬為主的建筑材料，整體價格更低、更易施工，很快成為建筑市場的寵兒。隨著上百年的發(fā)展，混凝土的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，作用也越來越大，成為我國工業(yè)發(fā)展的重要材料。就目前來看，我國每年混凝土的用量約為40 億噸，居世界第一位。

混凝土的用量反映一個國家基礎(chǔ)建設(shè)的快慢，同時也反映混凝土資源在我國經(jīng)濟發(fā)展中的作用。但混凝土資源的大量使用，隱藏大量的隱患，如何保障混凝土材料的持續(xù)發(fā)展是值得思考的問題。需求量還將逐年上升。

2 混凝土材料對環(huán)境資源的影響探索

目前來看，混凝土材料是整個建筑領(lǐng)域用量最大的，在每年全球的混凝土產(chǎn)量大約為80 億噸（全世界混凝土用量），這其中需要的水泥達到了15億噸，是非常龐大的數(shù)字，同時我國在混凝土上的用量，占全球的一半。并且對于水泥細(xì)分，又可以發(fā)現(xiàn)15億噸水泥會消耗掉16億噸石灰石以及2.7億噸的黏土。這些統(tǒng)計還不包括人力成本、運輸成本等。

另外，混凝土材料當(dāng)中含有大量的砂石，這類砂石需要通過開采石料加工而成，需要大量的工程作業(yè)機械，消耗人力物力?？偨Y(jié)而言，水泥與砂石都是自然界中不可再生的資源，這兩種資源是混凝土的主要材料，開采會嚴(yán)重破壞環(huán)境，給生態(tài)帶來影響，污染環(huán)境。同時，大量的開采混凝土資源，人們可以用混凝土材料越來越少，未來我國基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域需要重新考慮采用新的材料予以替代。

水泥、砂石作為混凝土主要材料之一，在開采中大量消耗電力與石油能源，同時在大山、河道中開采水泥與砂石會破壞河流與山體，對自然生態(tài)會大面積倒塌，周圍容易形成礦坑，導(dǎo)致水土資源流失。

更為關(guān)鍵的是，礦物質(zhì)材料挖掘中，存在SO2和NOX等有害化學(xué)物質(zhì)，這些物質(zhì)在生產(chǎn)中流入田園、河流，給生態(tài)造成二次污染，不利于人們身心的健康，同時后期礦產(chǎn)環(huán)境改造也是一大難點，值得關(guān)注。

3 廢棄混凝土產(chǎn)生的負(fù)面影響

在城市發(fā)展中，我國大量采用混凝土進行建筑施工，而混凝土有著耐久性問題，特別是隨著時間的流逝，混凝土的結(jié)構(gòu)質(zhì)量都會產(chǎn)生變化，需要重新進行維修甚至拆除。典型例子要屬于城市舊房屋改造，還有公路改造、橋梁加固等，都是混凝土材料使用年限達到，需要進行修補，或者直接拆除。廢棄的混凝土在拆除中會給環(huán)境帶來巨大破壞，如粉塵污染、噪聲污染、環(huán)境破壞等。

隨著我國大量混凝土建筑進入老化階段，很多城市還面臨老舊房屋拆遷與改造工作，如果不及時處理，會給人們生活帶來極大的安全隱患。綜合而言，我國的發(fā)展大量地采用混凝土材料，而混凝土材料引發(fā)的問題非常多，環(huán)境破壞、生態(tài)污染、后期的混凝土材料拆除，都會二次破壞環(huán)境。一般混凝土材質(zhì)年限為40～70年，在大型工程建筑中采用的混凝土材質(zhì)要求更高，但是每年仍就有基礎(chǔ)工程出現(xiàn)垮塌的問題，如橋梁垮塌、建筑垮塌等。這些都與混凝土質(zhì)量有關(guān)，未來如何有效替代混凝土，發(fā)現(xiàn)綠色建材，強化對生態(tài)環(huán)境的保護，是值得思考的問題。

4 混凝土材料耐久性思考

混凝土材料有使用年限，也就是耐久性，受到自然、外力等因素的影響，混凝土材料整體質(zhì)量會下降，并達到境界點，相應(yīng)的工程建筑需要拆除。外部因素主要為自然因素，如化學(xué)腐蝕、風(fēng)沙的侵蝕，這種變化是宏觀性的，時間積累會嚴(yán)重破壞建筑結(jié)構(gòu)外觀，直到影響整體質(zhì)量。

另外，還有內(nèi)部缺陷因素，這類因素就更為復(fù)雜，具體有這幾點。

首先是碳化破壞，混凝土內(nèi)部Ca(OH)2與空氣中的CO2會發(fā)生反應(yīng)，形成水CaCO3物質(zhì)，這屬于化學(xué)變化，不僅會降低質(zhì)量，堿度降低，同時也會讓混凝土結(jié)構(gòu)體出現(xiàn)開裂問題，使得鋼筋受到腐蝕危害。凍融破壞主要是混凝土處于低溫狀態(tài)，其中內(nèi)部毛細(xì)孔中的水在結(jié)冰時產(chǎn)生的體積膨脹應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度時，很容易出現(xiàn)裂縫問題。此外還有堿骨料反應(yīng)破壞、滲透破壞等因素的影響，隨著時間的流逝，混凝土綜合性能將大大下降，只能予以拆除。因此，混凝土的耐久性一直是人們思考的問題。

5 提升耐久性，實現(xiàn)混凝土可持續(xù)發(fā)展

（1）根據(jù)施工作業(yè)環(huán)境具體選擇水泥產(chǎn)品。把握材料的配比、科學(xué)化，并展開性能質(zhì)量測試；采用優(yōu)質(zhì)骨料，特別是砂石的質(zhì)量要高；在施工建設(shè)中加入引氣劑、減水劑等外加劑，既可以提高混凝土抗腐蝕性，也能提高其抗凍性；在建筑外部涂抹防護層，或者做相應(yīng)的浸漬處理。

（2）降低對傳統(tǒng)水泥的依賴，積極使用活性摻合料，滿足可持續(xù)發(fā)展要求。工程建筑領(lǐng)域主要材料以鋼筋混凝土為主，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，我國現(xiàn)階段用于生產(chǎn)水泥的石灰石儲量僅為400 多億立方米，若以每年10 億立方米的用量計算，這些材料還可以維持50多年。因此，這些材料短缺會給我國社會發(fā)展帶來嚴(yán)重影響，值得人們關(guān)注。所以在現(xiàn)代基礎(chǔ)建設(shè)中，需要發(fā)展新的材料替代混凝土。目前來看，可以在建筑施工中應(yīng)積極使用活性摻合料，這種材料應(yīng)用在混凝土當(dāng)中可以大量提高混凝土的持久性與強度，并且可以大幅度降低對水泥的消耗。另外，也可以采用新型材料來替代傳統(tǒng)水泥制品，特別是新能源材料。

（3）工業(yè)建筑再生利用。在混凝土材料短缺的今天，現(xiàn)代建筑中開始對工業(yè)廢渣、廢棄材料進行重新整合，篩選其中質(zhì)量高，能夠再生利用的廢舊材料，重新進行整理后投入到工業(yè)建筑領(lǐng)域，成為混凝土再生骨料。這種形式可以有效降低水泥的用量，不過在使用中需要合理采用再生骨料，既可以提高整體混凝土性能，也更經(jīng)濟，是滿足混凝土可持續(xù)性發(fā)展的重要策略。

（4）研發(fā)膠凝材料降低水泥的用量：在解決混凝土問題上，還有一種方案就是研發(fā)一種新型膠凝材料，大量在混凝土中使用，既可以降低水泥的使用，也可以節(jié)約資源，保護環(huán)境。例如，生態(tài)水泥：這類水泥的原材料主要采用的是各種廢棄物經(jīng)過二次加工制作而成，這類廢舊材料如工業(yè)建筑垃圾、城市生活廢舊垃圾等，重新進行篩選，成為水泥的原材料，既可以保護資源，也可以保護環(huán)境；其次是使用無熟料水泥：這種水泥最大的特點是降低了硅酸鹽的使用，這種水泥主要成分包括了活性混合材料（如?；郀t礦渣、粉煤灰等）和堿性激發(fā)劑等，需要嚴(yán)格控制配比，這樣再生產(chǎn)制作中可以降低對石灰石以及黏土的依賴，同時也可以更好地利用工業(yè)二次垃圾；發(fā)展再生水泥：這種水泥同樣采用廢舊材料為基礎(chǔ)，采用廢舊的混凝土作為水泥原料制作水泥，可以有效降低水泥的用量，節(jié)約大量的水泥原料。

這幾點都是目前可以有效節(jié)約水泥原材料的方法，特別是對礦物質(zhì)的依賴實現(xiàn)了混凝土材料的可持續(xù)性發(fā)展，節(jié)約資源的同時，也可以降低對環(huán)境的破壞。這些年，科學(xué)技術(shù)在不斷進步，盡可能降低對自然資源的索取，研發(fā)更為出色的新型水泥材料，滿足我國工業(yè)化的發(fā)展。

6 探索再生混凝土，實現(xiàn)骨料的可持續(xù)發(fā)展

目前來看，我國的混凝土原材料中骨料的占用比是最高的，一般來說每立方米需要大概1700kg～2000kg砂石骨料。這些年房地產(chǎn)市場的高速發(fā)展，對于砂石骨料的采購量大幅度增加。而要高質(zhì)量、純天然的砂石骨料越來越少，我國西北沙漠有大量的砂石材料，但卻無法滿足質(zhì)量要求，難以應(yīng)用到工程建設(shè)。所以，目前要持續(xù)用純天然的砂石骨料作為混凝土原材料顯然不合適，在未來的發(fā)展中需要找尋替代品，只有這樣才能滿足我國社會的發(fā)展。

另外，我國每年有大量的老化工程建筑需要拆除，這樣產(chǎn)生的廢舊混凝土非常龐大，很多材料無法及時處理會占用土地資源，也會給環(huán)境帶來巨大的破壞。因此需要對這些廢舊混凝土資源進行二次處理，再利用。如將這些廢舊混凝土進行地基回填或者將廢舊混凝土進行機械粉碎，經(jīng)過清洗，分級以后，以科學(xué)的比例再次制作混凝土骨料，這種骨料可以用來替代傳統(tǒng)的砂石骨料，降低對于自然的破壞。

具體再生骨料組合形式有以下幾種。

第一種是粗、細(xì)骨料全部為再生骨料。

第二種則是粗骨料用再生骨料，細(xì)骨料仍采用天然砂。

第三種則是粗骨料采用天然骨料，細(xì)骨料用再生骨料。不管哪種，在工業(yè)中都可以大量的應(yīng)用，可以有效降低對自然砂石材料的用量，保障我國自然資源的可持續(xù)性發(fā)展。同時，我國還應(yīng)該加強對混凝土材料的使用推廣，積極采用可再生資源，降低對傳統(tǒng)砂石骨料、水泥的用量，保障我國社會的可持續(xù)性發(fā)展。

7 結(jié)束語

混凝土出現(xiàn)一百多年，混凝土材料的出現(xiàn)加快了城市化、工業(yè)化的發(fā)展，為我國基礎(chǔ)建設(shè)做出了重要的貢獻。不過傳統(tǒng)混凝土材料為不可再生資源，不僅破壞環(huán)境，大量開采及使用會影響我國的可持續(xù)性發(fā)展。因此，當(dāng)下需要研究新型的混凝土技術(shù)，在材料、生產(chǎn)工藝、廢舊混凝土材料二次利用等方面創(chuàng)新，這樣保障我國社會的可持續(xù)性發(fā)展。