綠色混凝土的前景與應用探析

劉 晗 （安康學院經濟與管理學院，陜西 安康 725000）

無論是鋼結構、混凝土結構還是砌體結構，無論是房建還是路橋、管隧等，混凝土都是當之無愧的最為重要的建筑材料。傳統混凝土中充當主要凝膠材料的水泥，其消費量以接近世界經濟發展的速度穩定增長。2018年全球水泥產量約為22億噸。中國的產量已占到總量的44%。從水泥消費量看，中國名列第一[1]。需求基數大，又因為生產制備技術的落后，隨之而來的即是大量的污染物（如SO2、CO和CO2等）[2]。當今世界的發展模式是走“可持續發展”，所以，混凝土的綠色化是健康可持續發展的一個重要環節，研究綠色混凝土的意義也在于此。

1 國內外綠色混凝土的發展史

1997年12月，《聯合國氣候變化框架公約的京都議定書》在日本京都通過，其目標是“將大氣中的溫室氣體含量穩定在一個適當的水平，進而防止劇烈的氣候改變對人類造成傷害”[3]。丹麥作為簽署國之一，為實現《京都議定書》中碳排放的相關內容，在1998年首次提出了綠色混泥土（Green Concrete）的概念。在研究初期，科研人員以減少傳統水泥使用量和CO2排放量為思路，主要措施為研發新型品種水泥或混凝土等量替換傳統水泥，即采用替代性凝膠材料或骨料。隨著研究的逐步深入，科研人員們改變了之前的研究思維，即單純的降低水泥生產中的碳排放并不等于混凝土建筑物的綠色化[4]。該思想理論也影響著國內外建筑工程對于綠色混凝土的探討，因此，為實現建筑物的綠色化，綠色混凝土的范圍也包含的更廣，如工業副產物的合理回收、有害氣體的減少排放、混凝土耐久性的提升、自然資源的保護、建筑物服役過程中能源成本消耗優化等方面。

我國關于綠色混凝土概念的提出最早是來自于清華大學的吳中偉院士。1998年，與國際同期，他提出了“綠色高性能混凝土”的概念，核心內容也是控制碳排放，即在材料制備過程中考慮能源、資源和環境等因素[5]。我國在初期的綠色混凝土概念中并沒有涉及對于混凝土結構后續的保養、服役、拆除再利用階段。近年來，由于我國惡劣氣候環境的出現，如多城市嚴重的霧霾與溫室效應，政府部門和相關從業人員也越來越意識到工業化進程對環境的影響。于是，國家連續出臺了關于建筑建材綠色化的相關文件。2013年，國務院辦公廳頒布《綠色建筑行動方案》，2014年頒布《綠色建材評價標識管理辦法》，2016年成立了隸屬于中國建筑材料聯合會的綠色低碳建材分會，這些都標志著我國的建筑材料綠色化邁向了新的階段。

2 綠色混凝土分類

根據現行相關的理論知識及工程實際應用，綠色混凝土主要包括：再生骨料混凝土、環保型混凝土和綠色高性能混凝土。

2.1 再生骨料混凝土

“再生骨料混凝土”（Recycled Aggregate Concrete）又稱為“再生混凝土”（Recycle Concrete），是將廢棄的建筑物拆卸下來的混凝土塊經過一定的手段（破碎、清洗、篩選等）處理后，使其能夠部分或全部充當新拌制混凝土的骨料。通過對我國建筑垃圾資源化回收再利用程度的統計，2017年我國生產建筑垃圾23.79億噸，其中進行資源化利用的僅為11893萬噸，利用率僅為5%左右，遠遠低于其他國家地區，如歐美發達國家利用率為95%，日本許多地區的建筑垃圾利用率甚至已達到100%[6]。所以，如何處理好廢棄的混凝土和其所引發的環境問題將是發展再生混凝土技術的核心要義。而再生混凝土技術中對廢棄建筑材料的堆放和處理，對環境的保護和資源的再次利用，其所蘊含的社會效益，使其成為發展綠色混凝土的主要措施之一[7]。

2.2 環保型混凝土

混凝土材料給環境帶來了不同程度的負面影響，如水泥在制備過程中會產生大量的熱量、有害氣體等，對于氣候和天氣的影響凸顯，包括氣候變暖和酸雨等對環境所產生的影響，還包括現在日益嚴重的噪音污染，而環保部門所接到的關于噪音的投訴，則有絕大部分是來自于施工噪音。因此，環保型混凝土的定義也由此而生，其目的是在降低對地球環境的污染的同時，促進與自然生態系統的和諧共生，從而為人類構造更加舒適的生存環境[8]。因此，作為需求量龐大的建筑材料，混凝土的“綠色化”、“環保化”既要保證其功能要求，還需考慮環境因素，做到資源、能源的生態平衡。

2.3 綠色高性能混凝土

根據化工部門的監測數據，水泥在生產制備過程中其有效產物和廢物約等量，即生產1t水泥熟料所排放的CO2約為1t[9]。因此，混凝土業的健康可持續發展需遵循：減少對于原材料的使用，不斷提高混凝土結構的耐久性，最大限度提升混凝土的使用年限。區別于普通混凝土，高性能混凝土通常所具有的特點為低水膠比、摻加一定數量的礦物成分與合適的外加劑[7]。1998年，吳中偉院士首次提出綠色高性能混凝土（Green High Performance Concrete,簡稱GHRC）的概念，他認為，材料是否滿足“綠色化”要求是決定混凝土能否長期作為建筑結構材料的核心。同時，他也提出GHPC所具有的一般特征[5]：

①減少原材料使用，減少環境污染；

②提升工業廢渣為主的細摻料的含量；

③應用范圍擴大，從現行最低強度C50～C60降到C30左右。

GHRC核心在于提升其綠色含量，放眼于材料、行業的可持續發展。如，GHRC的原料可采用無熱型免燒水泥配制，使用過程中減少熱量散發，從而降低對環境的影響[10]。而如何更好的使混凝土既能夠滿足其性能要求，又滿足環境的協調性要求，將成為混凝土材料的未來的研究發展方向。

3 綠色混凝土材料存在的問題及對策

自綠色混凝土的概念出現以來，關于綠色混凝土材料定義模糊的問題一直存在，其成品種類較多，無相對統一的標準。使綠色混凝土在推廣普及時受到一定影響。由于無統一標準，材料的“綠色性”受到質疑，一些不屬于綠色產品要求的混凝土也可模糊的稱為綠色建筑材料。這也與一部分相關建筑行業的整個大環境有關，如環保意識欠缺，經濟因素、技術的不成熟等都不同程度的影響了綠色混凝土的發展，所以出現了“人人都懂，鮮有人用”的局面[11]。而從政府的角度考慮，其缺乏對于新型材料的扶持、鼓勵，也很大程度上影響了綠色混凝土材料的科研進度和開發質量。經實際工程得出，大部分高性能混凝土的成本較傳統混凝土要高出30%以上，這都會一定程度上阻礙該材料的普及應用[7]。因此，政府前期的扶持對于該材料的應用推廣會有顯著的作用。

綠色混凝土材料的應用過程中存在的問題會很大程度制約其發展。因此，為更好促進綠色混凝土在建筑行業的健康快速發展，需要將混凝土設計綠色化的思想觀念牢記于心，不斷完善關于綠色混凝土的相關制度，包括其相關的施工工藝、驗收標準、質量控制方法等；要提升行業的整體環保意識，覆蓋不同類別從業人員，從上至下包括施工人員、設計人員、科研開發人員等，從設計到選材到施工各環節提升對環保的重視程度。

4 結語

進幾十年間，在我國大力度進行基礎建設的背景下，建筑行業飛速發展，我們有高聳入云632m的上海中心大廈，也有連接三地的港珠澳大橋，混凝土仍是應用率最高、應用量最大的一種建筑材料，其“綠色化”也是在21世紀可持續發展的大環境下一個必然的趨勢。經過專家學者、從業人員對于綠色混凝土材料的不斷探索和研究，在保證其環保效益的同時，混凝土的性能也在不斷的優化，以滿足結構耐久性的要求。“既要綠水青山，又要金山銀山”，走人與自然的和諧發展道路，綠色混凝土在未來的建筑材料市場中有無限的可能性，其潛在的發展空間需要我們所有從業者以積極的態度去探索，使得綠色混凝土能夠在建筑工程充分發揮其作用。