土木建筑材料中的高性能混凝土材料和綠色材料*

錢芳芳

（淮陰工學院審計處，江蘇淮安 223003）

在土木工程建設中，建筑材料是其中最為重要的組成部分之一，材料的使用對土木工程建設中的制造成本和工程質量都有著決定性的作用。傳統使用的土木工程建筑材料的性能存在缺陷，并不夠強大，如果繼續使用不僅會出現浪費資源的現象，還會在一定程度上對環境造成污染，對該領域可持續發展是非常不利的。在早期，人類最開始使用的建筑材料是木材或者石材，但是經歷漫長發展，傳統的建筑材料也隨著社會發展和科學進步有了新的發展。后來人類使用人造材料、生鐵和熟鐵等作為建筑材料，且建筑材料的性能在不斷提高，土木工程的發展也越來越成熟［1］。直至18世紀，人類發明了水泥，后來又有了鋼筋混凝土材料［2］。如今，對土木工程的要求更高，建筑材料的使用要具備多方面性能，如高強度、高機械性能、環保等要求［3］。近年來，科學技術進步飛快，老百姓對環保的意識也逐漸增強，傳統建筑材料己經被替代，例如具有高機械性能的混凝土材料、綠色材料等，這些新型材料優勢大，將其用于土木工程建筑中可以發揮出更加重要的作用，同時也利于土木工程的未來發展。因此，本文就土木建筑材料中的高性能混凝土和綠色建筑材料做出詳細的概述。

1 高性能混凝土概述

在土木工程建筑施工時，混凝土是基本材料之一。最近幾年經過統計有越來越多建筑己經達到額定的使用年限，但是拆除后就會產生大量的建筑垃圾——混凝土材料，不僅需要耗費人力物力清理，更會影響自然環境。因此，需要增加對綠色材料的使用，加強環保意識。

目前普遍使用的混凝土按照適當的混合比例，將水泥、水、砂石等材料進行混合，在特殊情況下還需要增加一些化學試劑或者礦物質，攪拌均勻后再將其密實成型，最后養護硬化形成人造石材。混凝土在使用過程中的階段和狀態為：①凝結硬化前為塑性狀態——新拌混凝土或混凝土拌合物；②硬化后為堅硬狀態——硬化混凝土或混凝土。

混凝土的強度等級劃分標準是按照立方體的抗壓強度進行劃分的，中國使用的較為普遍的混凝土按照強度等級分為14級。為了可以快速處理好建筑和生態之間的平衡關系，國內和國外的技術人員己經研發出了綠色高性能混凝土材料（Green High Performance Concrete Materials, GHPCT）。綠色、新型的混凝土材料和傳統的混凝土材料相比較具有更加優異的性能，例如提高了材料的力學穩定性、力學結構增強，延長使用壽命、減少建筑、施工垃圾等。

目前，制備高性能混凝土所采取的原材料均為工業廢料，也可以選用其他廢棄原料，這樣就可以有效降低資源浪費。綠色、新型的混凝土材料己經在土木工程建設中發揮了超強的優勢，由于其具有強度高、滲透性高、壽命長等特點，己經廣泛應用在高層、地下礦井和地鐵等建筑項目中。

1.1 高性能混凝土的特點

（1）高耐久性：高性能混凝土具有較高的密實性和抗滲性，所以其耐腐蝕性也很高。

（2）自密實性：在制備新型高性能混凝黏土材料時，相比傳統材料使用更少的水，所用新型材料的流動性較好，抗離析性能也較好。

（3）體積穩定性：在制備高性能混凝土時，其彈性模量處于40～45 GPa，即彈性模量比較大，而且配置的混凝土干縮率小于 0.04%［4］。所以高性能混凝土的體積不容易發生變化。

（4）強度：根據規定，建筑工程混凝土材料的壓縮強度需要在200MPa以上。因為新型混凝土材料具有較高強度，在工程建筑中提高了使用性能，因此在施工建筑中更加具有優勢［5］。

（5）高工藝性：高性能混凝土雖然性能較好，但是對比傳統材料，在制作工藝上則需要更高的技術要求。在制備過程中，需要對各個工序進行嚴格把關，每個步驟都需要按照標準去進行。

1.2 高性能混凝土的原料選擇與質量控制

（1）粗細骨料的選擇與質量控制方法

高性能混凝土材料的原材料中的主體為骨料，分粗、細兩種。粗骨料的直徑大于4.75mm，細骨料的直徑小于4.75mm。從整體配置看，骨料是其中最大的組成成分，因此骨料的特性會影響材料的最終效果，需要選用合適的骨料，并對其質量進行控制。

在選擇合適的粗骨料時，要注意幾點；如非活性、硬度、無針狀顆粒、球星顆粒、粗糙等。選擇骨料時要注意直徑的大小，直徑太大會使石子和砂漿發生離析，使硬度減小，后期成型時效果就會大打折扣；直徑太小，會增加砂漿的使用量，后期體積穩定性會減弱，耐久性也會相應降低。因此在施工過程中，應該對材料進行分級配比，減少材料含砂率才能確保建設工程達到標準。在選擇砂石時，需要選擇線長系數較低而硬度高的材料，如果材料沒有數值要求也可以在材料中增加卵石。

（2）添加劑的選用與質量控制方法

市場上普遍使用的綠色、新型高性能混凝土效果不錯，是因為在制備時添加了適量融合劑，達到優化混凝土性能的效果。增加添加劑后，混凝土的強度和硬度都會在一定程度上增加，添加比例需要在1：20左右。當前市面上的添加劑種類繁雜，僅僅添加一種添加劑可能不能滿足高性能混凝土的建筑需求，因此就需要同時添加多種添加劑，也可以加入復合外加劑。施工人員需要嚴格按照要求加入添加劑，使用過量就會影響混凝土的堅實度。

在建設過程中，使用較多的是減水劑，這種添加劑可以提高混凝土材料的性能，如抗壓強度和泌水性等。常用的減水劑為聚羧酸減水劑和荼系減水劑，在使用過程中，需要對減水劑取樣并且檢測，使添加效果優異［6］。

（3）高性能混凝土中膠凝材料選用與質量控制方法

為保證工程質量，施工人員還會在新型混凝土材料中添加凝膠材料等。添加后可以發生化學反應，將漿體轉變為固體，同時結合其他添加劑使其滿足強度標準。目前最常使用的凝膠材料包括樹脂、瀝青和石膏等。在添加凝膠材料過程中需要嚴格控制凝膠質量，要選擇含堿量低且含鋁量低的材料，不能只看其早期硬度就多加。同時在攪拌水泥時，還需要按時取樣檢測其堿含量，使含堿量數值在0.6%以內。

（4）粉煤灰摻合料選用與質量控制方法

在制備綠色、新型高性能混凝土時還需要加入適量礦物質材料，從而達到調整混凝土硬度的作用。最為常見的添加材料為粉煤灰，因為它的來源非常普遍，如鍋爐廠的鍋爐灰粉末即可。粉煤灰的直徑很小，而且表面光滑延展性也較好，可以提高建筑工程的質量，增強其完整性，同時達到延長工程壽命的作用。

（5）高性能混凝土材料拌和水選用與質量控制方法

在制備高性能混凝土材料時的拌和水一般使用的是自來水、地表水或者是經過處理的工業水等。但是當工程位置附近沒有自來水時，施工人員就需要選用酸堿比例和自來水相似的水。油脂過高或者硫酸鹽含量較高的水源都不能使用，因為會與混凝土中的成分反應，從而產生安全隱患。在使用拌和水時需要對它的pH值進行測定，同時也需要測定硫酸和氯酸的含量，保證材料的耐用度。

1.3 高性能混凝土的發展趨勢

高性能混凝土經過二十幾年時間的發展，人們對其從剛開始的不接受、不認可，甚至是阻礙高性能混凝土的發展，到現在中、低強度的高性能混凝土，漸漸地得到建筑工程和工程人員的普遍認可。當今社會，人們越來越意識到“高質量的工程必須要配套使用高性能混凝土”。

在國家和人民對環境保護越來越重視的今天，混凝土是否能夠依然堅挺地作為建筑材料中最主要的工程結構材料，重點在于它是否能夠成為綠色建筑材料，于是綠色高性能混凝土應運而生，它將擔負起歷史的重任，為建筑材料的歷史進程作出應有的貢獻。綠色高性能混凝土能夠節約更多的原輔材料，更加有效地減少了環境污染問題，相應地也可以大幅度降低材料和能源的消耗；同時還可以摻加一般工業固廢的廢渣廢料為主要成分的細摻料，可以代替部分熟料，改善施工和作業環境，充分利用部分工業固廢，減少甚至是避免環境二次污染；能夠最大限度地體現高性能混凝土的獨特優勢，充分減少普通水泥與一般混凝土的用量，從而達到節約自身資源、能源和間接改善自然環境的目的。

2 土木建筑材料中的綠色材料

土木建筑材料中的綠色材料，因其有一定的優勢，特別是其力學性能尤為突出，使其在土木工程建筑材料的尖端設計中被頻繁地使用。但是，需要我們注意的是，在其運用的過程中，必須遵循相關的科學標準，堅決不盲目地使用，在與現實規律相吻合的前提下，才能更好地發揮綠色材料固有的作用和價值。

2.1 土木建筑材料中綠色材料分類

在土木建筑材料中提出使用綠色材料的時間并不是很長，所以其應用體系還不夠完善，在綠色材料的分類上沒有統一標準。本文根據土木建筑材料中的綠色材料特點和定義作為分類依據，將其分為安全型、可循環型、節能型和健康型。安全型表示的是材料的性質非常穩定，在生產環節和使用環節都能夠實現安全控制；可循環型主要指的是該類型的綠色材料能夠進行重復使用，可以達到節約資源的目的；節能型表示的是該類型的綠色材料具有節能環保作用，在使用過程中能夠減低建筑資源的浪費，能夠提高材料的使用效果，不會存在浪費現象；健康型表示的是該類型材料沒有毒性、不會造成二次污染，對人類的身體健康不會造成任何傷害。

還有一種分類方式，即按照土木建筑材料的性能特點，可以將綠色材料分為功能型綠色材料、裝飾型綠色材料和結構型綠色材料。其中功能型綠色材料必然是具備一定功能性質，在土木工程中進行使用時能夠有比較明顯的指標優勢，比如高分子復合材料就是一種功能型綠色材料；裝飾型綠色材料就是在土木建筑中能夠具備一定的裝飾作用，比如各種涂料、納米除臭除菌材料和保溫材料等；結構型綠色材料主要指的是防水木材、輕型鋼材和環保水泥等材料。

2.2 土木建筑材料中綠色材料運用原則

在現場施工過程中，我們還應注意以下要求：必須對所需要建設建筑的各項指標做到胸有成竹，了解各個指標的具體設計要求，選用最適用的技術，進行綠色材料的選取工作，保證能夠充分發揮所使用的綠色材料的各項性能，充分發揮環境保護作用。針對現階段超高層建筑的設計要求，按照我國傳統建筑材料的承重效果，己經很難滿足，然而綠色建筑材料卻能使超高層建筑的設計變為現實，將綠色材料運用到建筑的頂端，不僅提高了建筑的內涵，而且使建筑更具獨特的環保和美感。

在我國，土木建筑工程的施工周期長，特別是建筑的外貌施工。相對來說，綠色材料在外貌施工中的主要作用是保溫、防水和隔熱功能。通過使用綠色建筑材料，不僅可以減少大型空調設備的使用，減少了能源的消耗，降低了建設成本。而且綠色建筑材料具有較好的防水功能，巖棉板就是綠色建筑材料里的一匹黑馬，是綠色建筑材料和高科技結合而生的，其憎水功能特別強大，可以最大限度地保護建筑本體不受外來水體的傷害，可以避免建筑材料的風化現象。特別是在空氣濕度較大的地方，如沿海城市浙江臺州，空氣濕度大、雨天多，然而運用綠色建筑材料后［7］，可以保證建筑的安全性能，提高人們的居住條件。特別重要的是，綠色建筑材料中的大多數材料都能夠有效地屏蔽輻射，有利于人們的身體健康。另外對于建設在地震帶附近的工程，憑借綠色建筑材料具有的良好的抗震性能，可以直接地減少地震帶來的危害，降低經濟損失。

3 總結與展望

在土木建筑材料中大力推進高性能混凝土材料和綠色材料的研究和運用具有重要的意義，不但有利于社會現代化的高速發展，而且有利于生態環境保護。在改革開放新時期，人們不僅注重建筑的質量，也不斷追求綠色生活，所以在土木建筑材料的運用過程中，不僅需要使用相應的高性能混凝土，也要合理選擇綠色建筑材料，并科學地運用，滿足人們對環保的需求。雖然如今的建筑材料種類非常豐富，性能相比以前也有了很大提高，但是土木建筑材料還處于不斷發展的階段，性能和環保節能更好的建筑材料將會不斷開發，推動著土木工程向前不斷發展。