綠色高性能混凝土與科技創新探析

逯 杰

(陽煤宏廈三建預拌砼分公司，山西 陽泉 045000)

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綠色高性能混凝土與科技創新探析

逯 杰

(陽煤宏廈三建預拌砼分公司，山西 陽泉 045000)

通過綠色混凝土與傳統混凝土的對比，總結出了綠色高性能混凝土的主要特征，分析了其優化因素及優異性能，結合綠色高性能混凝土與商品混凝土的關系，指明了綠色高性能混凝土的發展方向。

綠色混凝土，礦物摻合料，粉煤灰，配合比

0 引言

混凝土是我國建筑行業的重要施工材料，據相關資料顯示，我國每年混凝土的使用量達數十億噸，在混凝土生產的過程中，會排放出大量的一氧化氮、二氧化硫等溫室氣體，以及大量的粉塵，不僅加劇了能源的消耗，還導致溫室效應的出現，對環境造成了嚴重的污染。綠色高性能混凝土的顯著特點在資源短缺情況下，可以使能源、資源得到有效地節約，為我國混凝土的發展方向指明了道路。

1 與傳統混凝土的對比

1.1 傳統混凝土

傳統混凝土的生產的主要原材料是水泥，每100 t傳統混凝土大概需要消耗20 t的水泥，而水泥的生產會消耗大量的原材料與能源，并且造成嚴重的環境污染。生產水泥需要大量的黏土材料，過度地開采，會造成嚴重的環境破壞；同時，根據相關數據計算，每生產1 t水泥都會排放1 t的CO2，礦物燃料的燃燒也會排放大量的SO2和NOX，是造成環境污染、“溫室效應”的元兇[1]。因此，開發新型綠色環保混凝土材料是當前首要任務，必須加緊采用新型技術，以降低能耗、提高工藝。

1.2 綠色混凝土

相對傳統混凝土，綠色混凝土具有傳統的混凝土材料無法達到的強度及耐久性，可以實現非再生性資源的可循環使用,達到節省能源、降低地球環境的負荷的目的，是一種能夠為人類提供舒適環境的混凝土材料，并且綠色混凝土可以實現減少有害物質的排放和對環境的污染。隨著相關技術的發展，綠色混凝土又被劃分為綠色高性能混凝土、再生骨料混凝土、環保型混凝土及機敏型混凝土等。

1.3 綠色高性能混凝土

綠色高性能混凝土是將高性能的混凝土與地球環境保護、生態資源保護以及可持續發展結合起來的混凝土，綠色高性能混凝土必將是未來混凝土行業發展的方向。綠色高性能混凝土必須是節約能源、節約資源的混凝土。

2 綠色高性能混凝土的特點及特征

2.1 綠色高性能混凝土特點

“綠色”與“高性能”作為綠色高性能混凝土的兩個基本特點。概括的來說，在保證混凝土高性能、高質量的前提下，將混凝土生產與生態環境保護結合起來，減少對地球原材料的采集和能源的利用，大力減少對環境的污染，使得混凝土行業能夠持續、健康的發展。

2.2 綠色高性能混凝土特征

吳中偉院士指出，綠色高性能混凝土應更多的節約資源與能源，減少對環境的污染與破壞，走持續發展的道路。綠色高性能混凝土需具備以下特征[1]：

1)使用“綠色”水泥，減少熟料水泥的使用，進而改善環境，減少對環境的污染。大量使用工業廢渣、廢料作為活性摻料來代替熟料水泥，或者優質粉煤灰、硅灰等來作為膠凝材料的主要成分，減少熟料水泥的使用，從而降低能源的消耗，減少CO2等溫室氣體的排放。

2)通過在原料中加入經過專門加工處理的工業廢渣，如摻入優質的粉煤灰、礦渣等作為活性細摻料，甚至可以將幾種活性細摻料復合使用以達到更佳的工業性能[3]。

3)采用安全、先進的生產工藝，通過對建筑垃圾的大量加工、處理，將對環境有污染、造成地球負擔的垃圾成為混凝土骨料，減少了對天然砂石的大量開采。

4)充分發揮綠色高性能混凝土的優勢,減少水泥和混凝土的使用率。少使用就可以做到少生產，利用其高強性能,可以延長混凝土使用周期，減少水泥與混凝土的用量可以從根本上減少環境破壞。

5)盡可能在建筑中大量使用綠色高性能混凝土。可以根據建筑要求對綠色高性能混凝土的強度進行調整，使其應用的范圍更加廣泛。

3 綠色高性能混凝土的優化因素

3.1 礦物摻合料在綠色高性能混凝土中的作用

礦物摻合料常見的種類很多，不同的礦物摻合料組成，其性能也會產生很大的差異性，并且具有各自不同的特點。經過不斷的實驗驗證分析，結合各種摻合料的不同特性，可以考慮如何在混凝土中加入不同的摻合料，使它們之間相互產生的不利影響最低，并且能夠充分發揮他們各自的優良性能。目前，眾多的礦物摻合料中，應用最廣泛、最常用的礦物摻合料主要是礦渣、粉煤灰、石灰石三種[2]。

3.1.1 礦渣對綠色高性能混凝土的影響

礦渣又稱粒化高爐礦渣，是高爐煉鐵過程中產生的廢渣，其主要的化學成分有CaO，SiO2，Al2O3，Fe2O3等氧化物。礦渣處于融溶狀態時，經急速水淬冷卻處理后形成水淬粒化高爐礦渣。水淬粒化高爐礦渣是一種具有潛在水硬性的礦物摻合料，將其按一定比例加到混凝土中，對改善混凝土內部的結構能夠起到一定的作用，例如對孔徑的分布以及孔的幾何形狀有一定的改變，提高了混凝土抗氯離子滲透能力。

3.1.2 粉煤灰對綠色高性能混凝土的影響

作為燃煤電廠排除的主要固體廢物，粉煤灰是燃煤燃燒后，從煙氣中收集到的細灰。粉煤灰主要是由SiO2與Al2O3兩種化學成分組成。SiO2與Al2O3具有良好的活性，將其添加到混凝土中，能夠降低混凝土的收縮性能。另外，在混凝土中加入適量的粉煤灰能夠有效地抑制硫酸鹽引起的膨脹。

3.1.3 石灰石對綠色高性能混凝土的影響

石灰石作為混凝土中的一種摻合料，對發展綠色混凝土起著很大的作用。石灰石是被視為一種惰性材料加入混凝土中的，因為它不具有水化活性作用。當石灰石摻量較低時，可以提高混合水泥的早期強度。并且可以改善混凝土的抗滲性能，如果配比合適，混凝土抗滲性能的作用會因為石灰石粉的細度而明顯提高。混凝土中摻適量石灰石不僅可以改善混凝土的結構，還可以增強混凝土的和易性，提高低溫條件下混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性。

3.2 配合比設計對綠色高性能混凝土的影響

混凝土強度的基本條件是由混凝土配合比設計中一定的水泥用量來影響的，但并不是加入的水泥用量越多就越好。過多的水泥用量會對混凝土的綜合性能產生直接影響。導致混凝土的收縮和開裂幾率增大。若要保證綠色混凝土的高強度、高性能，在保證混凝土強度和耐久性的基礎上，配合比設計中盡量少用水泥，與此同時在混凝土中摻入混凝土礦物摻合料能有效減少水泥的用量，減少CO2等溫室氣體的排放量，使水泥的水化熱降低，混凝土收縮開裂的幾率減少，同時改善混凝土的相關耐久性，如抗滲性、抗凍性等[3]。

4 綠色高性能混凝土的優異性能

1)綠色高性能混凝土具有很高的流動性，不用振搗就可以自動流平并充滿模具，提高了施工質量和速度，同時避免了振搗不當造成的質量缺陷。

2)由于綠色高性能混凝土使用具有不同特性的礦物摻合料、采用最優質的配合比，因此具有高耐久性和極強的穩定性能。

3)強度高，具有長久的使用壽命。

4)更多地使用以工業廢渣為主的活性細摻料，減少了熟料水泥的使用量，提高了經濟效益，節約能源，減少了對環境的污染。

5 綠色高性能混凝土與商品混凝土

混凝土主要是由商品混凝土企業生產的，綠色高性能混凝土的發展，對于商品混凝土企業有著非常重要的意義：因為商品混凝土企業可以發展綠色高性能混凝土從而順應這個行業對于環保的要求，緊緊跟隨國家轉變經濟增長方式、大力發展低碳經濟的步伐；隨著綠色高性能混凝土的使用，可較大幅度的降低建筑工程的綜合成本，增強企業的競爭優勢，提高企業的核心競爭力；很多商品混凝土企業由生產普通混凝土轉化為綠色高性能混凝土，混凝土生產工藝的變化對行業發展的格局將會產生重大的影響，這將加快企業的轉型升級。同時，綠色高性能混凝土的快速發展，對商品混凝土企業的考驗會越來越嚴峻，這將要求商品混凝土企業對原材料的性能質量、高性能混凝土配合比等提出更嚴格的控制，加強技術研發能力。

6 綠色高性能混凝土的發展愿景

6.1 綠色、高性能是混凝土產業的發展方向

多樣化、綠色環保、高性能發展等特點將成為混凝土產品未來的主流趨勢，因為在綠色高性能混凝土的原料中減少了熟料水泥的使用量，大量使用工業廢渣作為活性細摻料，節約能源資源，是一條可持續發展的路線。

6.2 高性能外加劑是實現混凝土高性能化的重要途徑

現代混凝土構筑物發展的趨勢將會是高流動性、高強度、高耐久性、長壽命；為實現這些性能，需要通過添加高性能混凝土外加劑，它可以使混凝土向建筑所要求的方向發展。

6.3 配合比的優化設計是綠色高性能混凝土的核心技術

由于綠色高性能混凝土具有對施工性要求更高、組分構成更復雜等特點，配合比設計必須滿足建筑工程對混凝土各項性能和勻質性的要求，通過選用適當的膠凝材料、活性細摻料及水膠進行配比，同時需要在滿足施工要求的前提下盡量減小漿骨體積比，即低用水量。

6.4 提升質量是綠色高性能混凝土的重大使命

提高施工人員的專業技術水平，制定規范的檢測制度，嚴格管理綠色高性能混凝土生產的各個環節，不僅在技術上控制混凝土的生產、還要注重材料的運輸以及成型養護和試驗，避免因為在某個環節上的疏忽而導致生產上出現各種問題。

7 結語

因此，綠色高性能混凝土作為未來混凝土發展的指路燈，如何提高綠色高性能混凝土的生產技術，將成為混凝土生產領域繼續研究的課題，必須加強技術的研究、領域的開發、運用的推廣、生產質量的檢驗。雖然綠色高性能混凝土是未來水泥混凝土發展的方向，但我國需要進一步加強對于綠色高性能混凝土的研究，礦物摻合料的研究也還不夠，需要進一步加大研究和開發力度，提高混凝土材料的綠色度，使之成為對環境更加友好，性能更為優異的綠色材料。

[1] 吳中偉.綠色高性能混凝土與科技創新[J].建筑材料學報，1998(1)：20-24.

[2] 龔鄂川.摻合料在綠色高性能混凝土中的應用綜述[J].江西建材，2017(2)：11-12.

[3] 王 勇.混凝土配合比設計與綠色高性能混凝土[J].商品混凝土，2013(3)：83-85.

Analysis on green high performance concrete and scientific and technological innovation

Lu Jie

(Yang Coal Hongsha Third Construction Ready-Mixed Concrete Branch, Yangquan 045000, China)

Through the comparison of green concrete and traditional concrete, this paper summarized the main features of green high performance concrete, analyzed its optimization factors and excellent performance, combining with the relationship between the green high performance concrete and products concrete, pointed out the development direction of green high performance concrete.

green concrete, mineral admixture, fly ash, mix ratio

1009-6825(2017)16-0124-02

2017-03-16

逯 杰(1985- ),男,助理工程師

TU528

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