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阅读 1083 次 发展绿色混凝土走可持续发展道路

摘要:阐述了发展绿色混凝土是持续发展的需要,介绍了绿色混凝土的特点,结合现阶段混凝土生产技术水平,从发展环保型胶凝材料、利用再生骨料和再生水、发展绿色高性能混凝土、提高混凝土耐久性等几个方面讨论了发展绿色混凝土的途径。...

发展绿色混凝土走可持续发展道路

陈盼军

(陕西省建筑科学研究院)

    1、引言

    自从混凝土应用于工程建设后,一直在现代建筑中占有极其重要的地位,并且它与其他常用的建筑材料如钢材、木材、塑料等相比,生产能耗低、原料来源广、制备加工方便,因而生产成本低,并具有耐久、防火、适应性强、应用方便等特点。因此国内外专家一致认为,在今后相当长的时期混凝土仍将是应用最广、用量最大的建筑材料。但同时混凝土的大量使用也带来了很多的负面影响:混凝土的主要组成材料水泥,生产过程中需要大量的骨料,而且消耗大量的煤炭和电力,是人类对自然界的物质和能源消费较大的一种材料,并且产生大量对环境有害的气体和微尘;混凝土主要组成材料中的砂石,因大量开采而造成的资源枯竭和环境破坏;混凝土建筑物因达到使用年限或由于市政建设的需要而被拆毁,产生越来越多的建筑垃圾,其中废弃混凝土块约占34%,对城市环境造成严重污染等等。因此混凝土能否长期作为最主要的建筑结构材料,其关键在于能否成为绿色材料,能否坚持可持续发展道路。

    2、绿色混凝土的定义

    目前,绿色混凝土还没有统一的定义。吴中伟院士较早曾提出过绿色高性能混凝土(GHPC)的概念 并就其特征进行过论述。近些年,包括同济大学等科学院所对绿色混凝土展开了一定研究。综合国内外研究, 一般认为,绿色混凝土是指混凝土在生产过程和应用过程的绿色化,即在保证混凝土性能的前提下,既能减少对地球环境的负荷,又能与自然生态系统协调共生,为人类构造舒适环境的混凝土材料。减少对地球环境的负荷,是指最大限度地综合利用自然资源和能源,在尽可能高的生产效率下降低能耗和各项物耗;消除或最低限度地产生“三废”(废渣、废气和废水)。与自然生态系统协调共生,是指竭力保护自然环境,维护生态平衡,消除或尽量减少环境污染;组织无废生产,或使“三废”再资源化。

    3、发展绿色混凝土的途径

    (1)发展环保型胶凝材料

    在混凝土的生产过程中,作为其重要组分的水泥实是一种不可持续发展产品。水泥是众所周知的污染源,排出大量粉尘和有害气体。但主要是温室气体CO2的大量排放,1t熟料中平均含CaO 620kgCaCO3分解生成CaO 620kg,同时生成CO2 490kg,加上燃烧矿物燃料(熟料与发电)生成CO2300~450kg,因此生成1t熟料排放CO2790~940kg(常按1t水泥熟料向大气排放1tCO2来估算),世界上水泥工业生产共计约向大气排放16亿tCO2,约占全球温室气体排放量的7%[3,4]。水泥也是能源消耗的大户,普通水泥生产过程中需要高温煅烧硅质原料和钙质原料,消耗大量的煤炭和电力。如果采用无熟料水泥或免烧水泥配制混凝土,就能显著降低能耗,减少污染,达到节能减排的目的。如碱矿渣水泥利用工业废渣与某些碱金属化合物发生化学反应,替代水泥胶凝材料,可将硅酸盐水泥生产工艺的“两磨一烧”简化为“一磨”,是一种低能耗、低成本的绿色水泥。我国生产的水泥中以低强度32.5级和42.5级的水泥为主,而低强度水泥的使用价值只有52.5级水泥的1/31/2,且生产对环境污染大、资源破坏严重、能耗大。因此应大力发展高标号熟料水泥生产,提高高标号熟料在整个熟料生产中的比重。

    发展绿色混凝土应发展高性能胶凝材料,使用较少熟料和大量利用工业废料,并应解决水泥、细掺料和外加剂的相容性问题,使在水泥产品系列中增加高性能的新品种,主要从流变性能的需要,进行各组分的选择、并优化配合比,达到充分满足混凝土的设计、施工要求。通过努力发展这种高性能的环保型胶凝材料,使水泥生产成为可持续发展的产业。

    (2)利用再生骨料和再生水

    由于建筑工业迅速发展,建筑垃圾堆积如山。建筑垃圾成分复杂,但其中废弃混凝土块、碎砖块等所占的比例较高。若能将这些废弃混凝土块就地回收,经破碎、清洗、分级后作为骨料再利用,生产再生骨料混凝土用到新建建筑物上,则不仅能降低成本,节省天然骨料资源,还能减轻对城市环境的污染。而且我国优质的天然骨料(河砂、卵石)在有些地区已趋枯竭,许多地区合格的混凝土用骨料也供应紧张。一些大城市已经越来越难找到高性能混凝土所需的级配良好的骨料,而从外地远距离运输费用又很高。将废弃混凝土破碎作为再生骨料既能解决天然骨料资源紧缺的问题,保护骨料产地的生态环境,又能解决城市废弃物的堆放、占地和环境污染等问题,实现混凝土生产过程中的物质循环利用,保证建筑工业的可持续发展。

    建筑施工需要使用饮用水来拌合和养护混凝土。但是,众所周知水资源的形势逼人,清洁的水资源正在逐日减少。所以,解决缺水问题也是当务之急,混凝土工业作为淡水的消费大户之一,迫切需要更有效地用水。应避免使用城市饮用水搅拌混凝土,配制混凝土可利用大多数再生工业水,再生水更可以用于养护混凝土和冲洗混凝土运输车。并且研究认为,通过优化骨料级配,大量使用矿物掺和料和超塑化剂,全球每年用于拌合混凝土的1万亿L水可以节省一半

    (3)发展绿色高性能混凝土

    高性能混凝土是混凝土技术进入高科技时代的产物,它是应用现代混凝土科学技术来增加混凝土结构的安全使用寿命,减少因修补或拆除陈旧混凝土结构物造成的浪费和建筑垃圾。其针对不同用途的要求,对下列性能有重点的加以保证:耐久性、施工性、适用性、强度、体积稳定性和经济性。其配制特点为低水胶比,选用优质原材料,除水泥、水、集料外,必须掺加高效减水剂和足量的优质矿物掺合料,尤其是矿物掺合料已成为配制高性能混凝土必不可少的重要组分和功能性材料,它在改善混凝土的性能方面起着决定性的作用。掺入活性矿物掺合料一方面可提高混凝土强度、耐久性、工作性以及其他物理力学性能;另一方面减少了对熟料水泥的需求,从而减少了水泥在生产过程中的能源和资源消耗,并减少了温室气体、有害气体及粉尘的排放;并且可消化大量的工业废料,减少了堆放废料对场地的占用,提高了土地的利用率,同时保护了生态环境,有利于可持续发展。因此绿色高性能混凝土是可持续发展的混凝土。

    (4)提高混凝土的耐久性

    常用的普通混凝土的基本缺点之一就是耐久性不足。目前而言,一般建筑工程的使用年限为50~100年,而其中不少工程在使用10~20年后即需维修或重建,这就导致了资源、能源和财力的大量浪费。因此当今的混凝土结构应是超耐久性的,因为只有混凝土结构使用年限的延长,才能提高与此有关的资源和能源的利用率,减轻对环境生态的负荷,实现可持续发展的战略。

混凝土的耐久性是指混凝土保持长期性能稳定的能力。过去混凝土工作者对混凝土耐久性认识不够,关注重点都放在强度方面,很多工程混凝土结构寿命缩短,因此工程设计人员应更新传统的混凝土配合比设计方法,变“强度设计”为“耐久性设计”,对于掺矿物外加剂的混凝土不应追求与基准混凝土相同的早期强度和28d强度,而应注重矿物外加剂的后期增强、增密效应。施工单位的施工人员素质不高,私自向泵送混凝土加水、振捣、养护不到位的情况时有发生,施工单位为赶施工进度常常要求混凝土具有高的早期强度,甚至在强度没达到的情况下强行拆模,这些情况对混凝土的强度发展和耐久性是极为不利的,因此应该提高施工质量意识,严格施工,以保证混凝土的施工质量。矿物外加剂是保证高性能混凝土高耐久性不可缺少的部分,工程设计人员应敢于在混凝土工程中掺用矿物外加剂,积极推广矿物和有机外加剂复合技术,不同矿物外加剂的双重和多重复合技术,例如很多混凝土工作者片面地认为混凝土中掺入引气剂虽然会改善其和易性但会降低抗压强度而不敢使用,须知引气剂影响强度是在一定条件下的结论,只要控制在一定的范围,对混凝土的耐久性是有利的,有研究认为当混凝土含气量不超过5%,对强度基本没有影响[5],同时许多学者还一致认为,在相同孔隙率的条件下,小孔越多,混凝土强度越高。

    4、结语

    绿色混凝土跟传统混凝土相比,不仅有更加优良的性能,还由于其利用工业废弃物和生活垃圾,因而能最大限度地节约天然资源和能源,具有保护环境的效益,可以有效地坚持可持续发展战略。综上所述,绿色混凝土是混凝土与环境协调性发展的必然趋势,是持续发展的需要。混凝土绿色化是一项功在当代,利在千秋的大业,我们混凝土工作者一定要排除万难,勇往直前,树立行业绿色环保意识,健全行业管理体系,做建材绿色化的引领者。

(本文来源:  陕西省土木建筑学会   文径网络设计项目投资中心:雷丹 尹维维 编辑  刘真 文径 审核)

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