綠色化混凝土的前景

朱慶沖　李霈文　張江華　吳偉民

摘 要：介紹了綠色混凝土的特點及發展應用現狀，結合現階段混凝土生產技術水平，從非再生資源的節約、廢棄資源的利用、耐久性、環保化等幾個方面討論了混凝土綠色化的發展途徑。

關鍵詞：綠色化；摻合料；再生；壽命

混凝土的綠色化就是指混凝土在生產過程和應用過程的綠色化，既在保證混凝土性能的前提下，減少水泥用量；大量利用優質的工業廢渣、再生骨料和代用骨料，減少自然資源和能源的消耗；提高混凝土安全使用壽命，減少因修補或拆除造成的浪費和二次污染。

1 綠色混凝土應用現狀

國內外對礦物摻合料的利用已經很普及，主要是在混凝土中摻加部分磨細礦渣、粉煤灰、硅灰等摻合料替代一部分水泥，由于礦物摻合料的摻入，減少了水泥的用量，減少了水化熱，有利于混凝土體積穩定，可以改善孔結構，增強混凝土耐久性，粉煤灰（I 級）還可以降低混凝土拌合物用水，改善混凝土和易性。所謂再生骨料混凝土是指以廢混凝土、廢磚塊、廢砂漿作骨料，加入水泥砂漿拌制的混凝土，在國外已經得到了很多工程應用。

2 混凝土的綠色化發展途徑及趨勢

1.選擇優質水泥與礦物摻合料

近年來，我國水泥產量增長速度十分驚人。然而工業廢渣的利用在建筑業占主導作用，如：粉煤灰、高爐礦渣、固硫渣等工業廢渣。如果把這些工業廢渣大量的應用到水泥混凝土中代替一部分水泥，可以在很大程度上減少資源和能源消耗。由此可以看出降低水泥用量，大量利用工業廢渣，將大大減少由于混凝土越來越大需求帶來的資源和能源的消耗，利于環保和可持續發展。同時，改變水泥品種，降低混凝土中水泥用量，將大大減少混凝土生產使用過程中產生的問世氣體排放和粉塵污染，降低水熱化、減少收縮開裂的趨勢。對混凝土綠色化具有積極意義。

下面具體舉出一個比較新穎的例子——堿礦渣水泥混凝土。堿礦渣水泥是由磨細礦渣或磷渣、鋼渣等和堿性激發劑混合而制成的一種新型膠凝材料。與目前的硅酸鹽水泥相比， 堿礦渣水泥混凝土具有高強、耐久、節能、充分利用工業廢渣和自然資源的特點，。

礦渣粉在用于配制預拌混凝土時，不但可以高比例的等量替代水泥（一般可代替30%～50%的水泥），而且可以大大改善混凝土的性能，如泌水少、流動度和可塑性好，水化熱降低，有利于防止大體積混凝土內部溫升引起的裂縫和變形。摻有礦渣微粉的硬化混凝土具有良好的抗硫酸鹽、抗氯鹽、抗堿性能，并且能大幅度提高長期強度，具有良好的耐久性，可達到節能、降本、環保等目的。

2.加強建筑垃圾的再生利用

（1）建筑垃圾簡單處理的隱患

因缺乏統一完善的建筑垃圾管理辦法和規范的處置場所，建筑垃圾多采取扔棄、填埋等簡單方式處理。一些小的建筑單位在城區附近公路旁，隨意找片空地就把建筑垃圾丟棄了事，特別在城鄉接合部，建筑垃圾亂堆、亂倒、亂填、亂埋現象屢禁不止。傾倒填埋建筑垃圾不僅占用大量土地，污染城市環境，而且隨著建筑垃圾中污染物質的揮發和滲透，也會對地表水、深層水造成不同程度的影響。同時，建筑垃圾在堆放過程中，一些有機物發生分解，產生有害氣體，少量可燃物在焚燒中可產生有毒氣體，這些氣體包裹著細菌、粉塵隨風飄散，對大氣造成污染。建筑垃圾中的膠、涂料、油漆不僅是難以生物降解的高分子聚合物材料，還含有有害的重金屬元素。這些廢棄物被埋在地下，會造成地下水的污染，直接危害到周邊居民的生活。可見，建筑垃圾給城市環境與人們身體健康帶來的污染與影響巨大，讓建筑垃圾變廢為寶的研究與工作迫在眉睫。

（2）建筑垃圾再利用途徑與前景

建筑垃圾成分比較復雜，其中有廢棄混凝土、廢鋼筋、廢磚、廢砂漿等，歐美、日本的學者大量研究了再生骨料混凝土的性能，研究結果表明再生骨料混凝土用于工程結構是可行的。報道日本的清水建設公司和東京電力公司共同研究開發了廢棄混凝土砂漿和石子的分離技術，使這些廢棄材料得到合理有效的利用。具體工藝是先將混凝土廢料破碎成≤40 mm 的顆粒，再在300 ℃溫度下進行預熱處理，然后，在特殊機械作用下使水泥砂漿和石子分離，石子分離后可生產混凝土；而分離出來的砂漿可以制成干混砂漿，還可以粉磨之后作為礦物摻合料，也可用于制造再生水泥。

我國在廢棄混凝土的利用方面起步晚，目前只是用于一般性回填或是破碎分級處理后替代部分天然骨料用于地基加固、道路墊層和面層。實際上我國廢棄混凝土的再生利用遠不如國外廣泛，大量可以利用的建筑垃圾被填埋，這既是一種資源浪費，又給城市的發展和環境造成不利因素。因此，大力加強廢棄混凝土的利用，減少建筑垃圾的浪費及其對環境的污染，也是今后混凝土綠色化的方向之一。

3.提高混凝土安全使用壽命

由于混凝土建筑物因各種原因產生早期破壞時有發生。隨著經濟的發展和環保意識的提高，使人們逐漸認識到延長混凝土建筑物的安全使用壽命不僅是最經濟的措施，也是減少環境污染的有效途徑。于是提高混凝土的安全使用壽命，將會減少大量建筑垃圾的產生，實現環境保護。

混凝土的耐久性是指混凝土保持長期性能穩定的能力，影響混凝土的使用壽命的主要因素包括混凝土碳化、鋼筋銹蝕、凍融破壞、堿集料反應、侵蝕性介質腐蝕五個因素。這五個因素可分為內部因素（鋼筋銹蝕、堿集料反應）和外部因素（混凝土碳化、凍融破壞、侵蝕性介質）。

1.內部因素

鋼筋銹蝕和堿集料反應二者發生的主要解決方法都是控制材料的選擇，前者是要控制好混凝土中的氯離子的濃度，當pH值小于9時，鋼筋將會發生銹蝕：后者是要盡量降低混凝土凝膠中的堿性物質，控制含活性成分的骨料的含量。

2.外部因素

外界環境不利影響因素（二氧化碳、腐蝕性化學介質等）會通過混凝土的內部毛細孔加快侵蝕速度，所以有機硅侵入性混凝土保護劑應運而生。吳中偉院士認為：一定尺寸與分布的孔與混凝土的某些性能有關，可以通過調整孔結構達到所要求的性能，也可用孔的網絡結構來改善混凝土的性能。有機硅侵入性混凝土保護劑是采用高滲透性硅烷和硅氧烷材料，結合溶液-溶膠-凝膠（SSG）技術，能侵入混凝土內部與硅酸鹽材料結合，在深度數毫米內堵塞混凝土毛細孔，形成三維交聯有機硅聚合物混凝土，提高混凝土密實性，阻止外界不利因素的侵入。作為全球有機硅化學領域的主要生產商和技術領導者德國瓦克化學公司研究了一種新型有機硅侵漬劑，該侵漬劑的作用機理是在混凝土內部形成憎水性的有機硅樹脂網絡，減少水分、鹽分的侵入，從而可以保護混凝土免受到外部環境的侵蝕，據悉這項技術已經被應用于上海中環線浦西段高架橋的防撞墻和隔離帶。

3 結語

混凝土是土木工程中用途最廣、用量最大的一種建筑材料。利用現代新技術、大力發展新工藝、新設備；廣泛利用工業廢渣作原材料等，都是今后需要不斷解決的課題。隨著節能環保的思想越來越被人們重視，占用的巨大社會資源量的建筑行業應該更加注重建筑材料的可持續發展，除了本文介紹的“選擇優質水泥與礦物摻合料、加強建筑垃圾的再生利用 、使用海砂、再生骨料等多種代用骨料、提高混凝土安全使用壽命”等方法，仍有許多既節能環保又能保證混凝土使用性能的方式未能一一列出。混凝土綠色化是建筑行業實現可持續發展的主要任務與難題。節約資源，循環利用，實現混凝土綠色化是造福子孫后代的重要任務。

參考文獻

[1]吳中偉.綠色高性能混凝土—混凝土的發展方向[J].混凝土與水泥制品，1998（1）：3-6.

[2]李春暉，牛荻濤.礦物細摻料對高性能混凝土碳化性能的影響[C]第六屆全國土木工程研究生學術論壇，清華大學，2008