綠色高性能混凝土材料及其應用研究

王 雷 葉長青 付良慶

1. 安徽省·水利部淮河水利委員會水利科學研究院，安徽蚌埠 233000；2. 安徽省建筑節能與科技協會，安徽合肥230091 3. 安徽省建筑工程質量監督檢測站，安徽合肥 230000；

對于建筑行業來說，混凝土材料是非常重要的建筑材料，可以說在各種工程項目中都能夠見到，傳統的混凝土材料不論是從生產環節還是從應用階段，都會對生態環境造成破壞，而綠色高性能混凝土材料的研發和使用可以很好的規避這種環境破壞風險，通過科學有效的措施，將綠色高性能混凝土材料和建筑工程緊密結合，不僅可以大幅度的減少建筑行業生產施工對于環境的污染，同時還是符合可持續發展戰略要求的一項舉措，綠色高性能混凝土材料的研發和應用對于我國社會的發展也有重要的意義。

1 傳統混凝土生產對于環境的影響

從近些年世界范圍內建筑領域的相關數據可以發現，全球范圍內近幾年的混凝土材料年使用量平均可達10億噸左右，而我國混凝土材料的使用量更是“穩居”世界各國之首，每年的用量都在20億噸以上，這其中還包含有70%左右的集料，超大用量勢必會消耗大量的資源，并且服役期滿后的混凝土建筑還要面臨被拆除或倒塌的結局，而這些廢棄的混凝土建筑就成了影響生態環境的建筑垃圾，2012年以來，我國建筑行業垃圾總量占城市垃圾總量的比重每年都保持在35%左右，并且超過60%的建筑垃圾甚至都沒有經過處理就直接被露天或者按照填埋的方式污染著城鄉的生態環境，既占用了土地資源，還增加了垃圾清運投資經費，并且在清運和堆放的過程中還會產生大量的粉塵、灰砂等污染，隨著民眾環境保護意識的不斷提升，我國環保方面的法律法規也得到了不斷地完善，而如何在不危害生態環境的前提下處理這些建筑垃圾對于建筑行業以及環保部門都是急需解決的現實問題。

2 綠色高性能混凝土材料定義及其分類

2.1 綠色高性能混凝土材料定義

綠色高性能材料是一種耐久性和強度都較高的性能優良的新型混凝土材料，相較于傳統的混凝土而言，使用這種材料不僅能夠保護環境，而且可以節約能源，相較于傳統的混凝土材料有更好的力學性能，可以最大限度的降低修補作業和拆除施工中的垃圾對于環境的污染程度，這種材料的構成包含大量的工業廢渣以及其他的資源，所以可以大幅度的降低能耗大、重污染的水泥熟料的使用，并且采用這種混凝土材料會使工程施工更加簡單，減少工業廢渣以及其他資源使用造成的二次能源消耗，降低建筑施工對于環境的負荷，最大限度的實現非再生資源的循環利用。

2.2 綠色高性能混凝土材料分類

綠色高性能混凝土材料之所以會受到建筑行業的普遍關注，除了相較于傳統混凝土性能方面的優越性以外，更重要的是它是一種環保型、集約型的綠色材料，主要有以下三種類型：

首先是大量的摻加工業廢渣的混凝土，就是在滿足建筑工程各項性能需求基礎上，大量的使用工業廢渣來取代傳統水泥熟料制作而成的混凝土；其次是利用再生骨料制作而成的混凝土，使用廢棄的混凝土、廢棄的磚塊和砂漿等材料，經過處理之后制作成骨料，再將骨料與水泥砂漿混合制作而成；再者是環保型的混凝土材料，這種材料最大的特點就是環保，可以美化環境。

3 綠色高性能混凝土材料配比及其應用

3.1 植被綠化型混凝土

3.1.1 材料配制

材料配比主要包括水泥選擇、減水劑、石子、水灰比以及混凝土配合比。

水泥的選擇：首先將五種常用的水泥按照一定的比例制作成1：10的水泥漿，之后利用試紙對這幾種水泥漿進行PH值測定，測定結果如表1所示：

表1 不同水泥漿PH值測定

上表的PH值測定結果顯示，除去低堿度硫鋁酸鹽水泥漿以外，其他的水泥漿材料PH值都在10以上，而植被綠化型混凝土材料要求PH值在10以下，所以根據測定結果只能使用最后一種材料。

減水劑的選擇：減水劑的使用一方面是為了調整混凝土材料凝結時間，另一方面是通過較少用水來提升材料強度，不同的減水劑其減水率有很大的差異，具體如表2所示：

表2 不同減水劑的減水率

植被綠化型混凝土減水劑的使用要選擇減水率最好的，所以要使用樹脂系減水劑。

石子選擇：為了強化混凝土材料的透水性，通常要使用孔隙相對較大、粒徑單一的石子材料，再加上綠化型混凝土材料通常不會過于要求材料的強度，所以只要滿足透水性要求即可，碎石級配標準為5～10mm或10～22mm。

水灰比選擇：水灰比同樣會影響到混凝土材料強度和透水性，通常情況下0.2～0.4的水灰比最為合適。

混凝土配合比：首先材料配比環節一定要保證各種材料的質量過關，之后通過試驗篩選來確定配合比，C15-C20配比強度就可以滿足植被綠化型混凝土要求。

3.1.2 材料應用

這種綠色混凝土材料主要用在綠化項目中，可以將植被綠化型混凝土作為固土、固沙、固堤等加固材料，通常會用在城市中央綠化隔離帶、人行路面或者建筑工程局部施工中，一些大型的建筑工程施工結束之后，也可以利用這種材料修復景觀。

3.2 透水型混凝土

3.2.1 材料配制

水泥選擇：透水型混凝土材料水泥的強度要保持在42.5以上，通常來講水泥材料的使用量控制在320～460kg/m3，材料配制過程中需要根據具體施工狀況來增加水泥用量。

減水劑和石子的選擇：透水型混凝土與植被綠化型混凝土對于減水劑以及石子規格要求相同，都需要使用減水率好的材料，即樹脂系減水劑，碎石級配標準為5～10mm或10～22mm。

水灰比：相較于前面提到的植被綠化型混凝土，透水型混凝土對于透水系數有更高的要求，所以在具體的操作中，必須根據實際的工程概況適當的提升水灰比，通常水灰比要控制在0.25～0.45之間。

混凝土配合比：這種混凝土的透水系數以及強度對于材料的質量影響非常大，通常強度越小透水系數就越大，所以想要合理的控制這兩種系數要求，可以使用強度等級在C30以下的混凝土。

3.2.2 材料應用

這種混凝土材料主要用在城市道路以及廣場建筑施工中，同時由于這種材料的強度要求較高以及透水性能強，所以也會用在護堤工程中，較強的透水性能不僅有利于雨水的快速滲透，而且可以豐富地下水，為地表植物提供充足的水源，同時在雨季這種混凝土還可以起到排水的作用，更加便于人們出行。

3.3 水生物保護型混凝土

3.3.1 材料配制

水泥選擇：表1中可以看出低堿度硫鋁酸水泥的PH值最低，并且在所有的水泥類型中，這種水泥漿的抗凍融性以及耐腐蝕性能都相對較好，所以這種材料的混凝土可以選擇低堿度硫鋁酸水泥漿，并且需要將C3A的含量控制在5%以下。

外加劑選擇：這種混凝土材料礦物摻合料可以選擇粉煤灰和樹脂系減水劑。

石子：石子的選擇和前兩種混凝土材料相同。

水灰比：水灰比選擇要控制在0.2～0.4之間，這個范圍內的水灰比可以滿足工程強度以及耐久性需求。

混凝土配合比：和前兩種材料相比，水生物保護型混凝土材料必須添加礦物摻合料。

3.3.2 材料應用

這種混凝土材料通常利用在水域工程建設項目中，例如使用這種材料制作人工礁石，還可以將這種材料放在海洋中，和傳統混凝土材料相比，這種混凝土可以附著大量的海藻類生物，進而形成食物鏈，可以為海洋生物提供更好的生長環境。

4 結語

總的來說，綠色高性能混凝土材料是一種綠色、生態、可持續發展前景較好的建筑材料，這種材料的使用可以大幅度的增加現代化城市綠化面積，保護生態環境，但是在材料研究以及推廣過程中，必須要重視材料的配制，最大限度地提升混凝土的性能，而在實際的運用過程中，如何更好地提升減水劑的減水率、提升混凝土的密實性和抗凍融性能是建筑行業需要不斷創新的方向。：

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