混凝土材料可持續發展探討

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、基礎建設等領域必要的材料，并且建筑主體大量由混凝土材料構成，是建筑主體主要的材料。混凝土材料是水泥、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構為主。

水泥是1824 年英國泥水匠波特蘭所發現的，并投入工業運營。水泥材料的發現，寓意著混凝土材料的出現。這種材料打破了傳統木質、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。隨著上百年的發展，混凝土的應用領域越來越廣，作用也越來越大，成為我國工業發展的重要材料。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建設的快慢，同時也反映混凝土資源在我國經濟發展中的作用。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發展是值得思考的問題。需求量還將逐年上升。

2 混凝土材料對環境資源的影響探索

目前來看，混凝土材料是整個建筑領域用量最大的，在每年全球的混凝土產量大約為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。并且對于水泥細分，又可以發現15億噸水泥會消耗掉16億噸石灰石以及2.7億噸的黏土。這些統計還不包括人力成本、運輸成本等。

另外，混凝土材料當中含有大量的砂石，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機械，消耗人力物力。總結而言，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，開采會嚴重破壞環境，給生態帶來影響，污染環境。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，未來我國基礎建設領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，對自然生態會大面積倒塌，周圍容易形成礦坑，導致水土資源流失。

更為關鍵的是，礦物質材料挖掘中，存在SO2和NOX等有害化學物質，這些物質在生產中流入田園、河流，給生態造成二次污染，不利于人們身心的健康，同時后期礦產環境改造也是一大難點，值得關注。

3 廢棄混凝土產生的負面影響

在城市發展中，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，混凝土的結構質量都會產生變化，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境帶來巨大破壞，如粉塵污染、噪聲污染、環境破壞等。

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，我國的發展大量地采用混凝土材料，而混凝土材料引發的問題非常多，環境破壞、生態污染、后期的混凝土材料拆除，都會二次破壞環境。一般混凝土材質年限為40～70年，在大型工程建筑中采用的混凝土材質要求更高，但是每年仍就有基礎工程出現垮塌的問題，如橋梁垮塌、建筑垮塌等。這些都與混凝土質量有關，未來如何有效替代混凝土，發現綠色建材，強化對生態環境的保護，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，混凝土材料整體質量會下降，并達到境界點，相應的工程建筑需要拆除。外部因素主要為自然因素，如化學腐蝕、風沙的侵蝕，這種變化是宏觀性的，時間積累會嚴重破壞建筑結構外觀，直到影響整體質量。

另外，還有內部缺陷因素，這類因素就更為復雜，具體有這幾點。

首先是碳化破壞，混凝土內部Ca(OH)2與空氣中的CO2會發生反應，形成水CaCO3物質，這屬于化學變化，不僅會降低質量，堿度降低，同時也會讓混凝土結構體出現開裂問題，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，其中內部毛細孔中的水在結冰時產生的體積膨脹應力超過混凝土的抗拉強度時，很容易出現裂縫問題。此外還有堿骨料反應破壞、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，實現混凝土可持續發展

（1）根據施工作業環境具體選擇水泥產品。把握材料的配比、科學化，并展開性能質量測試；采用優質骨料，特別是砂石的質量要高；在施工建設中加入引氣劑、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，或者做相應的浸漬處理。

（2）降低對傳統水泥的依賴，積極使用活性摻合料，滿足可持續發展要求。工程建筑領域主要材料以鋼筋混凝土為主，根據相關數據研究發現，我國現階段用于生產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展帶來嚴重影響，值得人們關注。所以在現代基礎建設中，需要發展新的材料替代混凝土。目前來看，可以在建筑施工中應積極使用活性摻合料，這種材料應用在混凝土當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水泥制品，特別是新能源材料。

（3）工業建筑再生利用。在混凝土材料短缺的今天，現代建筑中開始對工業廢渣、廢棄材料進行重新整合，篩選其中質量高，能夠再生利用的廢舊材料，重新進行整理后投入到工業建筑領域，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，也更經濟，是滿足混凝土可持續性發展的重要策略。

（4）研發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，也可以節約資源，保護環境。例如，生態水泥：這類水泥的原材料主要采用的是各種廢棄物經過二次加工制作而成，這類廢舊材料如工業建筑垃圾、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（如粒化高爐礦渣、粉煤灰等）和堿性激發劑等，需要嚴格控制配比，這樣再生產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二次垃圾；發展再生水泥：這種水泥同樣采用廢舊材料為基礎，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，節約大量的水泥原料。

這幾點都是目前可以有效節約水泥原材料的方法，特別是對礦物質的依賴實現了混凝土材料的可持續性發展，節約資源的同時，也可以降低對環境的破壞。這些年，科學技術在不斷進步，盡可能降低對自然資源的索取，研發更為出色的新型水泥材料，滿足我國工業化的發展。

6 探索再生混凝土，實現骨料的可持續發展

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。這些年房地產市場的高速發展，對于砂石骨料的采購量大幅度增加。而要高質量、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，但卻無法滿足質量要求，難以應用到工程建設。所以，目前要持續用純天然的砂石骨料作為混凝土原材料顯然不合適，在未來的發展中需要找尋替代品，只有這樣才能滿足我國社會的發展。

另外，我國每年有大量的老化工程建筑需要拆除，這樣產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，經過清洗，分級以后，以科學的比例再次制作混凝土骨料，這種骨料可以用來替代傳統的砂石骨料，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、細骨料全部為再生骨料。

第二種則是粗骨料用再生骨料，細骨料仍采用天然砂。

第三種則是粗骨料采用天然骨料，細骨料用再生骨料。不管哪種，在工業中都可以大量的應用，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性發展。同時，我國還應該加強對混凝土材料的使用推廣，積極采用可再生資源，降低對傳統砂石骨料、水泥的用量，保障我國社會的可持續性發展。

7 結束語

混凝土出現一百多年，混凝土材料的出現加快了城市化、工業化的發展，為我國基礎建設做出了重要的貢獻。不過傳統混凝土材料為不可再生資源，不僅破壞環境，大量開采及使用會影響我國的可持續性發展。因此，當下需要研究新型的混凝土技術，在材料、生產工藝、廢舊混凝土材料二次利用等方面創新，這樣保障我國社會的可持續性發展。