綠色混凝土的前景與應(yīng)用探析

劉 晗 （安康學(xué)院經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，陜西 安康 725000）

無論是鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)還是砌體結(jié)構(gòu)，無論是房建還是路橋、管隧等，混凝土都是當(dāng)之無愧的最為重要的建筑材料。傳統(tǒng)混凝土中充當(dāng)主要凝膠材料的水泥，其消費(fèi)量以接近世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度穩(wěn)定增長(zhǎng)。2018年全球水泥產(chǎn)量約為22億噸。中國的產(chǎn)量已占到總量的44%。從水泥消費(fèi)量看，中國名列第一[1]。需求基數(shù)大，又因?yàn)樯a(chǎn)制備技術(shù)的落后，隨之而來的即是大量的污染物（如SO2、CO和CO2等）[2]。當(dāng)今世界的發(fā)展模式是走“可持續(xù)發(fā)展”，所以，混凝土的綠色化是健康可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，研究綠色混凝土的意義也在于此。

1 國內(nèi)外綠色混凝土的發(fā)展史

1997年12月，《聯(lián)合國氣候變化框架公約的京都議定書》在日本京都通過，其目標(biāo)是“將大氣中的溫室氣體含量穩(wěn)定在一個(gè)適當(dāng)?shù)乃剑M(jìn)而防止劇烈的氣候改變對(duì)人類造成傷害”[3]。丹麥作為簽署國之一，為實(shí)現(xiàn)《京都議定書》中碳排放的相關(guān)內(nèi)容，在1998年首次提出了綠色混泥土（Green Concrete）的概念。在研究初期，科研人員以減少傳統(tǒng)水泥使用量和CO2排放量為思路，主要措施為研發(fā)新型品種水泥或混凝土等量替換傳統(tǒng)水泥，即采用替代性凝膠材料或骨料。隨著研究的逐步深入，科研人員們改變了之前的研究思維，即單純的降低水泥生產(chǎn)中的碳排放并不等于混凝土建筑物的綠色化[4]。該思想理論也影響著國內(nèi)外建筑工程對(duì)于綠色混凝土的探討，因此，為實(shí)現(xiàn)建筑物的綠色化，綠色混凝土的范圍也包含的更廣，如工業(yè)副產(chǎn)物的合理回收、有害氣體的減少排放、混凝土耐久性的提升、自然資源的保護(hù)、建筑物服役過程中能源成本消耗優(yōu)化等方面。

我國關(guān)于綠色混凝土概念的提出最早是來自于清華大學(xué)的吳中偉院士。1998年，與國際同期，他提出了“綠色高性能混凝土”的概念，核心內(nèi)容也是控制碳排放，即在材料制備過程中考慮能源、資源和環(huán)境等因素[5]。我國在初期的綠色混凝土概念中并沒有涉及對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)后續(xù)的保養(yǎng)、服役、拆除再利用階段。近年來，由于我國惡劣氣候環(huán)境的出現(xiàn)，如多城市嚴(yán)重的霧霾與溫室效應(yīng)，政府部門和相關(guān)從業(yè)人員也越來越意識(shí)到工業(yè)化進(jìn)程對(duì)環(huán)境的影響。于是，國家連續(xù)出臺(tái)了關(guān)于建筑建材綠色化的相關(guān)文件。2013年，國務(wù)院辦公廳頒布《綠色建筑行動(dòng)方案》，2014年頒布《綠色建材評(píng)價(jià)標(biāo)識(shí)管理辦法》，2016年成立了隸屬于中國建筑材料聯(lián)合會(huì)的綠色低碳建材分會(huì)，這些都標(biāo)志著我國的建筑材料綠色化邁向了新的階段。

2 綠色混凝土分類

根據(jù)現(xiàn)行相關(guān)的理論知識(shí)及工程實(shí)際應(yīng)用，綠色混凝土主要包括：再生骨料混凝土、環(huán)保型混凝土和綠色高性能混凝土。

2.1 再生骨料混凝土

“再生骨料混凝土”（Recycled Aggregate Concrete）又稱為“再生混凝土”（Recycle Concrete），是將廢棄的建筑物拆卸下來的混凝土塊經(jīng)過一定的手段（破碎、清洗、篩選等）處理后，使其能夠部分或全部充當(dāng)新拌制混凝土的骨料。通過對(duì)我國建筑垃圾資源化回收再利用程度的統(tǒng)計(jì)，2017年我國生產(chǎn)建筑垃圾23.79億噸，其中進(jìn)行資源化利用的僅為11893萬噸，利用率僅為5%左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他國家地區(qū)，如歐美發(fā)達(dá)國家利用率為95%，日本許多地區(qū)的建筑垃圾利用率甚至已達(dá)到100%[6]。所以，如何處理好廢棄的混凝土和其所引發(fā)的環(huán)境問題將是發(fā)展再生混凝土技術(shù)的核心要義。而再生混凝土技術(shù)中對(duì)廢棄建筑材料的堆放和處理，對(duì)環(huán)境的保護(hù)和資源的再次利用，其所蘊(yùn)含的社會(huì)效益，使其成為發(fā)展綠色混凝土的主要措施之一[7]。

2.2 環(huán)保型混凝土

混凝土材料給環(huán)境帶來了不同程度的負(fù)面影響，如水泥在制備過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量、有害氣體等，對(duì)于氣候和天氣的影響凸顯，包括氣候變暖和酸雨等對(duì)環(huán)境所產(chǎn)生的影響，還包括現(xiàn)在日益嚴(yán)重的噪音污染，而環(huán)保部門所接到的關(guān)于噪音的投訴，則有絕大部分是來自于施工噪音。因此，環(huán)保型混凝土的定義也由此而生，其目的是在降低對(duì)地球環(huán)境的污染的同時(shí)，促進(jìn)與自然生態(tài)系統(tǒng)的和諧共生，從而為人類構(gòu)造更加舒適的生存環(huán)境[8]。因此，作為需求量龐大的建筑材料，混凝土的“綠色化”、“環(huán)保化”既要保證其功能要求，還需考慮環(huán)境因素，做到資源、能源的生態(tài)平衡。

2.3 綠色高性能混凝土

根據(jù)化工部門的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，水泥在生產(chǎn)制備過程中其有效產(chǎn)物和廢物約等量，即生產(chǎn)1t水泥熟料所排放的CO2約為1t[9]。因此，混凝土業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展需遵循：減少對(duì)于原材料的使用，不斷提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，最大限度提升混凝土的使用年限。區(qū)別于普通混凝土，高性能混凝土通常所具有的特點(diǎn)為低水膠比、摻加一定數(shù)量的礦物成分與合適的外加劑[7]。1998年，吳中偉院士首次提出綠色高性能混凝土（Green High Performance Concrete,簡(jiǎn)稱GHRC）的概念，他認(rèn)為，材料是否滿足“綠色化”要求是決定混凝土能否長(zhǎng)期作為建筑結(jié)構(gòu)材料的核心。同時(shí)，他也提出GHPC所具有的一般特征[5]：

①減少原材料使用，減少環(huán)境污染；

②提升工業(yè)廢渣為主的細(xì)摻料的含量；

③應(yīng)用范圍擴(kuò)大，從現(xiàn)行最低強(qiáng)度C50～C60降到C30左右。

GHRC核心在于提升其綠色含量，放眼于材料、行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。如，GHRC的原料可采用無熱型免燒水泥配制，使用過程中減少熱量散發(fā)，從而降低對(duì)環(huán)境的影響[10]。而如何更好的使混凝土既能夠滿足其性能要求，又滿足環(huán)境的協(xié)調(diào)性要求，將成為混凝土材料的未來的研究發(fā)展方向。

3 綠色混凝土材料存在的問題及對(duì)策

自綠色混凝土的概念出現(xiàn)以來，關(guān)于綠色混凝土材料定義模糊的問題一直存在，其成品種類較多，無相對(duì)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。使綠色混凝土在推廣普及時(shí)受到一定影響。由于無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，材料的“綠色性”受到質(zhì)疑，一些不屬于綠色產(chǎn)品要求的混凝土也可模糊的稱為綠色建筑材料。這也與一部分相關(guān)建筑行業(yè)的整個(gè)大環(huán)境有關(guān)，如環(huán)保意識(shí)欠缺，經(jīng)濟(jì)因素、技術(shù)的不成熟等都不同程度的影響了綠色混凝土的發(fā)展，所以出現(xiàn)了“人人都懂，鮮有人用”的局面[11]。而從政府的角度考慮，其缺乏對(duì)于新型材料的扶持、鼓勵(lì)，也很大程度上影響了綠色混凝土材料的科研進(jìn)度和開發(fā)質(zhì)量。經(jīng)實(shí)際工程得出，大部分高性能混凝土的成本較傳統(tǒng)混凝土要高出30%以上，這都會(huì)一定程度上阻礙該材料的普及應(yīng)用[7]。因此，政府前期的扶持對(duì)于該材料的應(yīng)用推廣會(huì)有顯著的作用。

綠色混凝土材料的應(yīng)用過程中存在的問題會(huì)很大程度制約其發(fā)展。因此，為更好促進(jìn)綠色混凝土在建筑行業(yè)的健康快速發(fā)展，需要將混凝土設(shè)計(jì)綠色化的思想觀念牢記于心，不斷完善關(guān)于綠色混凝土的相關(guān)制度，包括其相關(guān)的施工工藝、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量控制方法等；要提升行業(yè)的整體環(huán)保意識(shí)，覆蓋不同類別從業(yè)人員，從上至下包括施工人員、設(shè)計(jì)人員、科研開發(fā)人員等，從設(shè)計(jì)到選材到施工各環(huán)節(jié)提升對(duì)環(huán)保的重視程度。

4 結(jié)語

進(jìn)幾十年間，在我國大力度進(jìn)行基礎(chǔ)建設(shè)的背景下，建筑行業(yè)飛速發(fā)展，我們有高聳入云632m的上海中心大廈，也有連接三地的港珠澳大橋，混凝土仍是應(yīng)用率最高、應(yīng)用量最大的一種建筑材料，其“綠色化”也是在21世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展的大環(huán)境下一個(gè)必然的趨勢(shì)。經(jīng)過專家學(xué)者、從業(yè)人員對(duì)于綠色混凝土材料的不斷探索和研究，在保證其環(huán)保效益的同時(shí)，混凝土的性能也在不斷的優(yōu)化，以滿足結(jié)構(gòu)耐久性的要求。“既要綠水青山，又要金山銀山”，走人與自然的和諧發(fā)展道路，綠色混凝土在未來的建筑材料市場(chǎng)中有無限的可能性，其潛在的發(fā)展空間需要我們所有從業(yè)者以積極的態(tài)度去探索，使得綠色混凝土能夠在建筑工程充分發(fā)揮其作用。