綠色高性能混凝土與建筑工程材料的可持續發展

張宇 范建超 黃京勝

北京市建設工程質量第一檢測所有限責任公司 北京 100039

引言

現階段我國建筑行業發展以綠色化、可持續為主要方向，縱觀當前建筑工程建設，作為影響工程環保性的主要因素之一，工程材料的選用應符合環保要求，進而為建筑工程的生態環保建設提供支撐。其中綠色高性能混凝土的應用，可在保證建筑工程施工符合質量控制要求的基礎上，實現對施工污染的有效抑制，降低建筑工程對周邊環境的影響和污染。鑒于此，探討建筑工程材料中綠色高性能混凝土的應用與發展，對助力我國建筑事業的可持續發展有著重要影響。

1 綠色高性能混凝土概述分析

1.1 特性分析

現階段建筑工程建設中綠色高性能混凝土應用愈發普遍，其主要特性表現為：一是耐久性、穩定性強。不同于常規混凝土材料而言，綠色高性能混凝土能夠通過對礦物質超細粉、減水劑等物質的添加，來優化混凝土黏結度與密實度，以保證建筑耐久性、穩定性控制符合要求[1]。二是節能環保特點。傳統混凝土的制備過程中需要消耗大量的能源，而綠色高性能混凝土采用能源高效的生產工藝，如高爐礦渣混凝土和高性能摻合料等，可實現減少碳排放和能源消耗。同時，綠色高性能混凝土還具備較低的熱傳導性能，能夠提高建筑物的隔熱性能，減少能源在空調和供暖方面的使用。三是資源可持續利用。建筑施工中利用綠色高性能混凝土來取代常規材料，可達成資源可持續利用目標。在實際生產中，通過優化原材料的使用和生產工藝，減少對天然資源的需求，如采用替代材料可以減少對石灰石和石膏等原材料的依賴。另外，還可借助粉煤灰和礦渣等廢棄物來減少對有限資源的消耗[2]。四是延長建筑運行年限。得益于綠色高性能混凝土的應用，能夠加強對建筑強度和耐久性的控制，能夠承受更大荷載并適應嚴酷環境條件，減少建筑物的維修和更換頻率，進而在抑制資源消耗和廢棄物產生，實現將建筑維護成本控制在預期范圍內。

1.2 制備分析

1.2.1 原材料選用。綠色高性能混凝土性能體現受到原材料選用的直接影響，鑒于此，在制備綠色高性能混凝土材料時，需考慮到以下幾點：一是水泥替代材料。即在制備綠色高性能混凝土時，需考慮對水泥材料的替代，如礦渣、粉煤灰和二氧化硅灰等，以減少對傳統水泥的需求，并達成降低碳排放和能源消耗目標。如利用礦渣制備混凝土來減少廢棄物的產生，并優化混凝土耐久性和力學性能[3]。二是摻合料選用。綠色高性能混凝土效果體現與摻合料選用之間存在密切關聯，對此可借助硅灰、粉煤灰和礦渣等摻合料來改善混凝土的流動性、減少水灰比、提高強度和耐久性。同時，摻合料選用還有助于減少對水泥的使用量，降低碳排放，如利用粉煤灰制備混凝土來降低對天然資源的消耗。三是骨料選擇。骨料選擇是否合理關乎綠色高性能混凝的作用發揮，對此可使用再生骨料來減少對天然骨料的需求，并改善混凝土的強度、耐久性和抗裂性能。四是化學控制劑。通過對化學控制劑的合理應用，來實現混凝土性能改善。如依托于減水劑可以提高混凝土的流動性，降低水灰比，提高強度和耐久性，或借助減縮劑來抑制混凝土收縮和開裂現象發生[4]。

1.2.2 生產工藝與技術。綠色高性能混凝土植被是否符合要求，與生產工藝技術應用之間存在密切關聯，鑒于此，需在結合相關生產標準、條件的分析，借助有效工藝技術來提升混凝土制備水平。首先，優化混凝土配合比設計。綠色高性能混凝土制備成效受到配合比設計的直接影響。對此需提高對設計配合比控制的重視度，以確保混凝土的強度、流動性和耐久性，在實際設計過程中，要求相關人員充分考慮到水灰比、水膠比、摻合料的比例和骨料的粒徑分布等因素，以期混凝土性能控制符合要求。其次，攪拌與混合作業高效開展。為保證混凝土生產符合預期要求，可視情況借助高效攪拌與混合技術來加強混凝土均勻性、穩定性控制。當前綠色高性能混凝土拌制中，常用攪拌設備涉及強制式攪拌機和攪拌車。在攪拌過程中，需要控制攪拌時間、攪拌速度和攪拌順序，以確保混凝土的均勻性和流動性。再次，優化控制固化過程。為進一步加強綠色高性能混凝土的制備水平，需要控制適當的濕度和溫度，以確保混凝土的強度和耐久性[5]。對此可結合生產需求的分析，借助常規濕養護、蒸汽養護和化學養護措施來提升其固化效果。最后，質量控制與檢測 綠色高性能混凝土的制備過程中，質量控制和檢測是必不可少的環節。通過嚴格的質量控制和檢測，可以確保混凝土的性能和一致性。常用的質量控制和檢測方法包括原材料檢測、混凝土抗壓強度測試、流動性測試和耐久性測試等。

2 綠色高性能混凝土在建筑工程的應用

2.1 結構工程應用

得益于綠色高性能混凝土的有效應用，能夠在加強結構工程質量控制的同時，促進其工程效益的最大化體現，具體包括：

2.1.1 高層建筑結構。因綠色高性能混凝土的強度和耐久性較高，可以滿足高層建筑對結構材料的高要求。在實際施工中，可借助綠色高性能混凝土來增加結構的承載能力和抗震性能，提高建筑的安全性和穩定性[6]。

2.1.2 橋梁和隧道工程。作為當前橋梁和隧道工程中主要材料之一，綠色高性能混凝土具備的耐久性、抗腐蝕性能可延長橋梁和隧道的使用壽命。同時，綠色高性能混凝土的高強度和抗裂性能，可以滿足橋梁和隧道對結構強度和穩定性的要求。

2.1.3 堤壩和水利工程。相較于常規混凝土的應用，綠色高性能混凝土的強度和抗滲性能效果顯著，可有助于增強堤壩的穩定性和抗沖刷能力。同時，綠色高性能混凝土的耐久性和抗腐蝕性能可以適應水利工程中惡劣的環境條件，延長工程的使用壽命。

2.1.4 節能建筑結構。得益于綠色高性能混凝土應用，可利用其隔熱性能來降低建筑物的能耗，減少對空調和供暖系統的依賴。此外，綠色高性能混凝土的高強度和耐久性可以實現更輕薄的結構設計，減少建筑材料的使用量，降低對資源的消耗。

2.2 基礎設施工程應用

當前基礎設施工程建設中綠色高性能混凝土應用較為常見，可憑借其優異性能與環保特點，來增大基礎設施工程社會、生態效益創造。縱觀當前綠色高性能混凝土在基礎設施工程中的應用，具體表現為。

2.2.1 道路和橋梁。縱觀當前道路和橋梁工程建設，綠色高性能混凝土多應用于路面和橋梁的結構，因其強度和耐久性能顯著，可滿足道路和橋梁對承載能力和抗沖刷能力的要求。同時，綠色高性能混凝土的抗裂性能和抗滲性能可以延長路面和橋梁的使用壽命，減少維護和修復成本。

2.2.2 港口和碼頭設施。在港口和碼頭設施的建設中，防波堤、碼頭墩、堆場地面等結構施工均涉及對綠色高性能混凝土的有效應用，憑借其優異的耐蝕性和耐久性能來應對海水侵蝕和惡劣環境的挑戰。同時，借助該材料的高強度和穩定性能可保證港口和碼頭設施的安全、可靠運行。

2.2.3 隧道和地下工程。在隧道和地下工程中，綠色高性能混凝土的應用可滿足隧道和地下結構對承載能力的要求，可保證工程結構的抗滲性能和耐久性能可應對地下水壓力和化學侵蝕，保證隧道和地下工程的穩定性和安全性。

2.2.4 鐵路和軌道交通。在鐵路和軌道交通建設中，鐵路道床、軌道基底和站臺等結構的施工可加大對綠色高性能混凝土的應用力度，可保證工程結構強度和耐久性能控制符合預期要求，憑借其材料的抗裂性能和抗沖刷性能來降低列車振動和沖擊荷載的影響，以促進鐵路和軌道交通的可持續發展。

3 建筑工程材料中綠色高性能混凝土的可持續發展

3.1 技術創新與改進

隨著環保理念在我國建筑工程領域的全面滲透，綠色高性能混凝土的持續創新與改進，已然是推動建筑事業可持續發展的關鍵所在。鑒于此，需結合以下幾點來促進混凝土材料的創新、改進發展。

一是型摻合料的研發。為實現對碳排放和資源消耗的優化控制，研發新型的水泥替代材料是實現技術創新的重要前提。鑒于此，應盡可能利用工業廢棄物、粉煤灰、礦渣等作為摻合料，以降低對天然資源的依賴，并實現對混凝土性能的有效改善。

二是納米技術的應用。要想進一步推動綠色高性能混凝土的創新，可通過添加納米顆粒來改善混凝土的力學性能、耐久性和抗裂性能。同時，納米材料還可以提高混凝土的自潔性和抗污染性能，使其更適用于城市環境。

三是混凝土的自修復能力。即以自修復為方向，加大對綠色高性能混凝土的研發力度，通過添加微膠囊、纖維和微生物等物質，可實現混凝土在受損后自動修復的功能，繼而在延長混凝土使用壽命的同時，減少維修和更換的成本。

四是數字化設計和施工技術。可促進數字化設計和施工技術與綠色高性能混凝土的融合發展，以建模和仿真軟件為前提，優化混凝土的配合比設計，提高結構的性能和耐久性。

3.2 可持續發展趨勢需求

環境可持續發展背景下，綠色高性能混凝土要想達成可持續發展目標，需明確界定自身發展趨勢與需求，具體為：①碳排放和能源消耗的減少。即將碳排放和能源消耗控制作為可持續發展目標之一，未來發展過程中，需提高對低碳材料研發和應用的重視度，如采用水泥替代材料和高效能源利用的混凝土施工工藝，以降低碳足跡和減少能源消耗。②廢棄物管理和資源回收利用。在多方面因素的影響下，使得混凝土制備不可避免的產生一定數量廢棄物。鑒于此，需在研究、創新過程中更加關注廢棄物的管理和資源的回收利用。并致力于開發新的工藝，將廢棄物轉化為可再生的混凝土摻合料，以實現對天然資源的有效取代。③混凝土的耐久性和維護成本。可持續發展目標的實現，需以建筑材料長壽命、低維護成本為前提。所以需將混凝土耐久性和抗老化性能的提升作為研究重點，減少維修和更換的頻率和成本，可通過改進材料配比、添加耐久性摻合料和自修復技術等手段實現。④綠色認證和標準的推廣。為推動可持續發展，綠色認證體系和標準將在綠色高性能混凝土發展中發揮重要作用。鑒于此，需在混凝土的生產、應用中依托于綠色認證與標準，來強化監管和評估工作開展，以鼓勵企業采用環保的生產工藝和材料，確保綠色高性能混凝土的質量和可持續性。

4 結束語

綜上所述，綠色高性能混凝土已然成為現階段建筑工程建設的關鍵材料之一，是助力我國建筑領域環保化、可持續發展的重要支撐。鑒于此，需在明確綠色高性能混凝土特性的基礎上，做到對混凝土制備與應用的深度剖析，并立足可持續發展視角加大對綠色高性能混凝土的研發力度，進而為建筑工程的高品質、高效益建設提供保障。