綠色混凝土的研究現狀及應用前景

周思屹

(華北水利水電大學,河南 鄭州 450045 )

0 前 言

混凝土是當今世界上最為普遍的土木工程材料之一,具有價格低廉、操作性簡易、可塑性高等特點,硬化后混凝土具有可控制的力學性能及一定程度的耐久性[1-2]?；炷恋陌l展與工程應用對象的發展緊密相關,近年來我國隨著工業的快速發展、一些新型建筑物的蓬勃出現,城市化的快速發展以及消費主義的生活方式,使得我們對混凝土的需求也越來越大。各城市也越來越多地進行大規模拆遷重建,由此形成大量的建筑垃圾[3],我國建筑垃圾的較小利用率使得越來越多的建筑垃圾被滯留,嚴重地影響到我國的生態環境,如增多了廢棄垃圾填埋地[4],對土地、水資源產生了嚴重的污染。建筑砂石是混凝土的基本骨料,以往混凝土的砂石資源較為豐富,砂石均為自然風化形成的天然原材料,但隨著混凝土需求量越來越大,砂石資源被大量的開采造成一些地區出現水土流失、山體滑坡等現象,嚴重破壞了自然山體的形態,傳統意義上的混凝土對生態環境上的消耗是巨大的。因此,綠色環保型的混凝土成為了未來混凝土行業發展的目標之一。

1 綠色混凝土

近年來國家一直在倡導發展綠色混凝土。所謂的綠色混凝土，指的是在混凝土生產過程中,為了減少能源消耗、環境影響及自然資源的消耗,開始采用一些可替代或者可回收的廢棄物[5]來代替部分混凝土原材料甚至是全部代替。綠色混凝土[5]是一種理念,主要是從整合環境方面進行考量,從尋找混凝土原材料的來源、配合比設計、建筑結構的設計、最終建筑物的建成及維護這幾個主要方面考慮。綠色混凝土擁有很多優勢,例如提升混凝土性能[6]、降低碳排放及資源再利用等[7]。對于綠色混凝土運用在實際的建筑上面的主要困難是系統性受困、可利用的廢棄材料質量較差和技術障礙等。為了建造可持續性發展的綠色混凝土,在科技進步方面需要能源的效益化、低碳生產方式的運用和有創新性的對原材料進行試配,并且還需要科學的制度來生產和使用。

2 綠色混凝土的種類及應用

2.1 再生骨料混凝土

在混凝土骨料中摻加一定比例的再生骨料,降低了天然骨料的占比,再生骨料為建筑廢棄骨料經過人工破碎之后,按照正常的混凝土骨料級配混合而成,可分為全再生粗骨料混凝土、半再生粗骨料混凝土、再生砂混凝土等,再生混凝土在一定程度上節省了天然骨料的使用量,使得混凝土在強度滿足要求的情況下對建筑垃圾進行二次利用,緩解了國內砂石資源緊缺的問題。但是由于再生骨料經過人工破碎而成,質量較差,相比較天然砂石強度低、與膠凝材料的粘結能力較差,目前應用最多的是低摻量粗骨料再生混凝土,對于全再生混凝土的應用還有待進一步探討。

2.2 大摻量礦物摻合料混凝土

混凝土膠凝材料中礦物摻合料的占比超過50%,常見的混凝土礦物摻和料有粉煤灰、礦渣、硅灰等,這類礦物摻合料具有火山灰活性,能夠與混凝土中的氫氧化鈣反應生成有一定強度的物質。其中粉煤灰混凝土最為常見,將粉煤灰運用到綠色混凝土中有很多優勢,如提高混凝土工作性能、降低混凝土孔隙率、減少水泥水化熱等特點。在現階段,由于水泥的生產工藝得到提高,生產出來的水泥的細度、活性比原來都要高,在相同的配合比的情況下得到的混凝土強度高于以往混凝土強度,但與此同時帶來的弊端是水泥水化熱高、混凝土收縮變形增加等特點。水泥活性的提高意味著可以降低水泥用量,在混凝土強度達到要求的情況下加入一定摻量的礦物摻合料在現階段是一種常見的方式。對于大摻量礦物摻和混凝土,一般需要添加激發劑來激活礦物活性,激發劑對于激發混凝土早期強度和加速礦物摻合料的火山灰反應是十分必要的。常見的化學激發劑有無水硫酸鈉、硅酸鈉、氫氧化鈣、碳酸鈉等。

2.3 功能型混凝土

2.3.1 碾壓混凝土

用振動碾壓混凝土,在混凝土未硬化的時候拌合物必須經受起碾壓,在振搗的過程中混凝土必須足夠的干，以阻止振動碾壓下沉；同時又要足夠的濕，使得砂漿在攪拌的過程中分散均勻。碾壓混凝土相比較大體積混凝土有很多的優勢,如水泥用量低,可以加入較多的礦物摻和料到混凝土中,使混凝土溫升速率變慢；模板成本低,采用分層澆筑的方式；在混凝土運輸、攪拌、振實費用較低；施工工期短。在整個施工方法上,碾壓混凝土是連續性的,需要在同一時間澆筑完一個水平層,為此攤鋪層的厚度是至關重要的,厚度太薄，會使澆筑強度低,失去了碾壓混凝土的優勢；攤鋪厚度過厚，會導致水平間隙大,降低結構的強度及耐久性,正常情況下攤鋪厚度一般為0.3 m,通常在新的一個面層攤鋪前會使用特殊的高稠度墊層砂漿,可以有效地減少冷縫的生成。

2.3.2 透水混凝土

采用一種特殊的設計使得混凝土具有較大的孔隙體積,空隙體積在10%～35%?；炷僚浜媳仍O計中采用去除細骨料的方式使混凝土硬化后具有多孔結構,這種混凝土也稱為多孔混凝土。由于具有較高的孔隙率，使得它對于一些流體是可以滲透的,但是整體強度較低。透水混凝土相比普通混凝土,使用透水混凝土作為路面材料的優勢有三大類：安全性、環境友好性、經濟優勢。安全性,透水混凝土中含有較多的空隙具有高度的滲透性,能夠將下雨天路面上的積水通過混凝土排出而不會使路面出現過度積水。由于透水混凝土的骨料主要由粗骨料構成,表面較為粗糙,增大路面的摩擦力,防止在雨雪天氣車輛出現大規模的行駛滑移,降低了交通事故的風險。環境友好性是指透水混凝土用在路面有助于保持地下水位,它的滲透性及相對明亮的外觀能夠有效地減少城市的熱島效應,城市的灌溉水比重會因此下降,使得地表水及時的儲存到土壤中,有利于周圍植被的生長。近年來,透水混凝土也被用來降低路面噪音引起了人們廣泛的關注。經濟優勢指透水混凝土有效地降低了各個城市的雨水管理費,它使城市路面的排水性能最大化,由于地表水及時的排走,提高了地下基礎建筑物的耐久性,延長了建筑物的使用壽命，并且減少了相應的維護管理費用。

3 結論與展望

當前，我國建筑業提出了環境友好型的建設理念,越來越多的建筑設計及基礎建設考慮到了居住與環境的關系。綠色混凝土作為一種新的發展趨勢，正逐漸代替了傳統混凝土成為新時代的主角,但同時又充滿挑戰。新型綠色材料的研發是一個漫長的過程,從傳統混凝土向著綠色混凝土轉變的過程中存在著許多不適應的地方,包括相關管理規范的變動、人們的傳統觀念以及綠色混凝土與環境的適應程度,是否能夠達到人們的預期效果都是需要經過時間的考驗?？偠灾?綠色混凝土是當今發展的必經之路,機遇與挑戰并存,大量的推廣和普及應用是最主要的難題,但綠色混凝土發展又是建筑行業朝著綠色化轉型的必要條件,終究會在未來的某一天實現建筑業的綠色革命。

[ID:009551]