淺談生態(tài)環(huán)境型水泥和混凝土的最新進展

蘇琳玲

（龍巖市漳平生態(tài)環(huán)境局，福建 龍巖 364400）

能源危機、資源危機、生態(tài)危機等問題的產(chǎn)生，給人類帶來巨大的威脅，人們需要對自身的行為所帶來的后果進行深刻反思，在生態(tài)環(huán)境保護戰(zhàn)略下，人們對于水泥及混凝土造成的污染越來越關(guān)注。如何對其進行生態(tài)化改造或賦予其生態(tài)特性，從而降低其對環(huán)境的負(fù)擔(dān)，成為當(dāng)前我國水泥行業(yè)亟待解決的問題。

1 水泥、混凝土概述

水泥泛指粉狀水硬性無機膠凝結(jié)材料，加水?dāng)嚢韬蟪蓾{體，可以形成一種能在空氣中固化，將砂、石等材料緊密黏合在一起的一種細粉末狀水硬膠凝材料。水泥根據(jù)成分可劃分為：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥等六大通用水泥。還有某些特殊性質(zhì)的水泥，如快速硬化硅酸鹽水泥、抗硫酸鹽型硅酸鹽水泥。

混凝土泛指由水泥、水、粗粒集料按照適當(dāng)比例混合制成拌合劑，經(jīng)過一段時間固化而成。通常根據(jù)其表觀密度的不同分為：重型混凝土，其干密度超過2 600kg/m3，由非常致密且非常沉重的集料構(gòu)成；一般混凝土，以天然砂、石塊為集料，其干密度為1 900～2 500kg/m3，這種混凝土廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁、路面等領(lǐng)域；輕質(zhì)混凝土，干密度低于1 900kg/m3，可劃分為輕質(zhì)混凝土、多孔混凝土、大孔混凝土三種類型。

2 水泥和混凝土對環(huán)境造成的影響分析

2.1 水泥對環(huán)境造成的影響

（1）水泥廠長期以來被認(rèn)為是污染的源頭，而在水泥生產(chǎn)中，先要解決的是煙塵，這是一種含有硫、氮、碳氧化物的有毒氣體和塵埃。其中，塵埃直徑超過10μm，會迅速落地，即所謂的“落塵”。小于10μm的微粒叫做飄塵，它們的體積很小，有些甚至比細菌還要小，它們會在空氣中飄蕩幾個小時，甚至幾天、幾年，特別是直徑0.5～5μm的粉塵，它們不會被人的鼻毛和呼吸道黏液所阻擋，而是通過肺部的血液傳播到身體各處。

（2）在生產(chǎn)水泥的過程中產(chǎn)生的大量CO2氣體。根據(jù)歐洲水泥協(xié)會（European cement Association）的數(shù)據(jù)，1t水泥至少會產(chǎn)生0.5t的CO2，全球CO2的排放量高達100億t，其中有1/10來自水泥生產(chǎn)，是造成溫室效應(yīng)的主要來源。如今，各國政府正在制定限制溫室氣體排放的方案，波特蘭水泥勢必會越來越受約束。

（3）環(huán)境中57%SO2在自然條件下出現(xiàn)，但因其分布較小，不會造成污染。其中50%來自諸如水泥行業(yè)等的人為因素，因為其產(chǎn)生的途徑較多，濃度較高，從而導(dǎo)致空氣污染。同時，水泥燃燒時排放的SO2、NOx等有害氣體，會以酸雨的方式，加劇對地球生態(tài)環(huán)境的破壞。

2.2 混凝土對環(huán)境造成的影響

在工業(yè)化及城鎮(zhèn)化的發(fā)展趨勢下，我國建筑事業(yè)得到了跨越式發(fā)展，建筑事業(yè)作為促進城市結(jié)構(gòu)及改善城市經(jīng)濟的重要組成部分，其中混凝土施工較為關(guān)鍵。據(jù)相關(guān)資料顯示，混凝土作為建筑中使用量最大、最必需的建筑材料，在當(dāng)今社會中占有舉足輕重的地位。由于混凝土的高強度、高耐用性，人們對其結(jié)構(gòu)致密性的追求，導(dǎo)致混凝土不具有良好的滲透性、透氣性，也因此特點影響其環(huán)境調(diào)節(jié)能力。同時，由于混凝土?xí)Φ孛嬷脖坏纳L造成一定的影響，導(dǎo)致城市綠地面積縮小，產(chǎn)生“熱島效應(yīng)”，對城市生態(tài)和濱水生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生很大影響。混凝土體積的70%～80%為砂石集料，為獲得這些原料，簡單地開挖和挖掘河道會導(dǎo)致土壤侵蝕、河流改變。在澆筑過程中，大量使用木材模板，導(dǎo)致森林資源的消耗和熱帶雨林的損害很大，對野生生物的生存和生態(tài)平衡也會產(chǎn)生一定的影響。在進行混凝土輸送、施工時，不僅需要清空大量的能源，還會引起震動、噪聲，這是造成城市環(huán)境污染的重要原因。21世紀(jì)，混凝土既要滿足建筑材料的需求，又要盡可能降低對生態(tài)環(huán)境的損害和負(fù)面影響，還要與自然和諧相處、與環(huán)境和諧共存。

3 生態(tài)環(huán)境型水泥和混凝土的研究進展

3.1 生態(tài)環(huán)境型水泥研究進展

3.1.1 生態(tài)環(huán)境型水泥概念

生態(tài)環(huán)境型水泥泛指城市垃圾焚燒成灰后作為主要原材料，再經(jīng)過燒制形成水硬性膠凝材料，以期滿足環(huán)境需求。生態(tài)環(huán)境型水泥不僅具有節(jié)能的效果，還可以處理大量工業(yè)固體廢料及生活垃圾，將水泥從傳統(tǒng)的“環(huán)境污染”變成“環(huán)境保護”。

3.1.2 生態(tài)環(huán)境型水泥研究現(xiàn)狀

①生態(tài)水泥。無熟料水泥主要以城市垃圾、污水及污泥組成。生態(tài)水泥最早是由日本學(xué)者提出，通過加工生活、城市廢料形成水泥，可以改善傳統(tǒng)水泥生產(chǎn)的環(huán)境污染，還可滿足水泥相關(guān)需求。同年，日本學(xué)者率先開展以垃圾焚燒和污水處理為原料的環(huán)保水泥研究，目前已建成世界上第一條生態(tài)水泥生產(chǎn)線。利用垃圾制造生態(tài)水泥，不僅可以解決垃圾的處置問題，還可以節(jié)省天然原料，節(jié)省大量的能量，而且還可以通過大量使用石灰石來減少CO2的排放量。如果以工業(yè)廢料為主要膠凝物質(zhì)成分，再經(jīng)化學(xué)作用，可以將“兩磨一燒”的傳統(tǒng)方法簡化為“一磨”工序；還可以混合使用多種工業(yè)廢料，不使用水泥熟料和化學(xué)激發(fā)劑，滿足一些低要求的項目。顯而易見，只要采用大量的廢料，減少水泥熟料的用量，就可以達到節(jié)約資源、減少環(huán)境污染的效果。

②低鈣質(zhì)水泥。低鈣質(zhì)水泥泛指基于節(jié)能減排和應(yīng)對氣候變化的新要求研發(fā)出的一款在滿足工程建設(shè)強度需要的同時，提高硅酸鹽體系具有通用性質(zhì)的水泥。其中，以高貝利特硅酸為代表的低鈣質(zhì)水泥，其熟料中C2S含量超過40%，長期強度表現(xiàn)良好，但初期強度偏低，國外已經(jīng)將其用于生產(chǎn)高性能混凝土。

③地質(zhì)高分子粘合劑。地質(zhì)高分子粘合劑是一種由高嶺土經(jīng)過低溫煅燒，轉(zhuǎn)化為高嶺土的礦物聚合物水泥，具有很高的火山灰活性，再加入少量的堿性激發(fā)劑和大量的天然或人造硅-鋁質(zhì)材料，在150℃以下，甚至常溫下進行養(yǎng)護，可獲得各種強度等級的水泥。

④高性能水泥。所謂的高性能水泥是由粉煤灰和一些化學(xué)制品混合而成，將兩種組成按照45～50∶55～50的比例混合，可獲得超過32.5 MPa的水泥。它的主要特性是具有較低的水化熱、良好的耐硫酸侵蝕性、良好的滲透性。

3.2 生態(tài)環(huán)境型混凝土

3.2.1 生態(tài)環(huán)境型混凝土概念

生態(tài)環(huán)境型混凝土是具有一定生態(tài)效應(yīng)或特定生態(tài)功能的混凝土。這類混凝土與傳統(tǒng)混凝土相比，具有減少水泥用量、除塵降噪、透水透氣、凈水儲熱等功能，同時具有環(huán)境友好性或生物相容性。

3.2.2 生態(tài)環(huán)境型混凝土研究現(xiàn)狀

①再生集料混凝土。再生集料混凝土（Recycled concrete）即回收混凝土。生產(chǎn)線主要由往復(fù)式給料機、混凝土破碎機、輪斗式洗砂機、皮帶輸送機等主要設(shè)備構(gòu)成?；炷疗扑闄C在混凝土回收生產(chǎn)中具有的優(yōu)勢如下：可處理粒度不大于60～800mm的堅硬巖石，產(chǎn)品粒度80%小于30mm；破碎比大、破碎效率高、維修方便、生產(chǎn)成本低；破碎后物料呈立方形，是高等級公路路面及水電行業(yè)的首選設(shè)備。此外，除廢棄混凝土以外，回收集料還含有廢棄磚塊、陶瓷等其他建材廢料。歐洲共同體2002年的廢棄混凝土約為1 600萬t，其中廢磚塊的排放量是5 200萬t，美國的廢棄混凝土約為6 000萬t，所以，回收集料混凝土既能解決廢舊建材的處置問題，又能實現(xiàn)建材的資源化。

②再生混凝土。再生混凝土以取代砂石等天然集料（以粗集料為主），再加入水泥、水等原料，制成新型混凝土。再生混凝土按照集料的混合形態(tài)分為：集料完全是再生集料；粗集料是再生集料，細集料是自然砂；粗集料是天然碎石或卵石，細集料是再生集料；再生集料代替粗集料或細集料。

③植物相容型混凝土。植物相容型混凝土也叫植物混凝土，它包括兩個部分：滲透混凝土和植生材料；多孔混凝土是指在粗集料的表面上覆蓋一層由膠結(jié)物質(zhì)漿液互相黏合而成的、具有許多孔隙（尤其是孔隙）蜂窩狀結(jié)構(gòu)的混凝土。植物相容型混凝土既有高強度和植生能力，又有良好的工程防護能力，又能適應(yīng)植物的生長。

④水域生物相容型混凝土。水域生物相容型混凝土是指在河流、湖泊、海濱等水體中設(shè)置多孔混凝土，其表面凹凸不平，內(nèi)部孔隙眾多，為陸地和水生小型動物提供生存空間，并在其內(nèi)部或表層進行生物交互作用，從而形成食物鏈，在水泥地面和水體中繁衍，對保持水體生物多樣性和生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

⑤水質(zhì)凈化處理型混凝土。水質(zhì)凈化處理型混凝土是指利用其獨特的孔隙和表面結(jié)構(gòu)，通過吸收多種微生物，在水中形成生物膜，從而達到凈化水體的目的。其凈化機制包括生化凈化、物理凈化和化學(xué)凈化，通過生化處理間接凈化水體。

4 結(jié)語

在節(jié)能、環(huán)保等方面，最直接、最有效的方法就是進一步提高混凝土的耐久性。據(jù)此，在生態(tài)混凝土研究中，可通過提高混凝土強度，來降低混凝土的使用量。同時，若混凝土的使用壽命延長一倍，可節(jié)省資源、能源，并避免因混凝土生產(chǎn)而造成的環(huán)境污染。