發展綠色混凝土走可持續發展道路

陳盼軍

（陜西省建筑科學研究院）

    1、引言

    自從混凝土應用于工程建設后，一直在現代建筑中占有極其重要的地位，并且它與其他常用的建筑材料如鋼材、木材、塑料等相比，生產能耗低、原料來源廣、制備加工方便，因而生產成本低，并具有耐久、防火、適應性強、應用方便等特點。因此國內外專家一致認為，在今后相當長的時期混凝土仍將是應用最廣、用量最大的建筑材料。但同時混凝土的大量使用也帶來了很多的負面影響：混凝土的主要組成材料水泥，生產過程中需要大量的骨料，而且消耗大量的煤炭和電力，是人類對自然界的物質和能源消費較大的一種材料，并且產生大量對環境有害的氣體和微塵；混凝土主要組成材料中的砂石，因大量開采而造成的資源枯竭和環境破壞；混凝土建筑物因達到使用年限或由于市政建設的需要而被拆毀，產生越來越多的建筑垃圾，其中廢棄混凝土塊約占34%，對城市環境造成嚴重污染等等。因此混凝土能否長期作為最主要的建筑結構材料，其關鍵在于能否成為綠色材料，能否堅持可持續發展道路。

    2、綠色混凝土的定義

    目前，綠色混凝土還沒有統一的定義。吳中偉院士較早曾提出過綠色高性能混凝土（GHPC）的概念， 并就其特征進行過論述。近些年，包括同濟大學等科學院所對綠色混凝土展開了一定研究。綜合國內外研究， 一般認為，綠色混凝土是指混凝土在生產過程和應用過程的綠色化，即在保證混凝土性能的前提下，既能減少對地球環境的負荷，又能與自然生態系統協調共生，為人類構造舒適環境的混凝土材料。減少對地球環境的負荷，是指最大限度地綜合利用自然資源和能源，在盡可能高的生產效率下降低能耗和各項物耗；消除或最低限度地產生“三廢”（廢渣、廢氣和廢水）。與自然生態系統協調共生，是指竭力保護自然環境，維護生態平衡，消除或盡量減少環境污染；組織無廢生產，或使“三廢”再資源化。

    3、發展綠色混凝土的途徑

    （1）發展環保型膠凝材料

    在混凝土的生產過程中，作為其重要組分的水泥實是一種不可持續發展產品。水泥是眾所周知的污染源，排出大量粉塵和有害氣體。但主要是溫室氣體CO2的大量排放，1t熟料中平均含CaO 620kg，CaCO3分解生成CaO 620kg，同時生成CO2 490kg，加上燃燒礦物燃料（熟料與發電）生成CO2約300~450kg，因此生成1t熟料排放CO2約790~940kg（常按1t水泥熟料向大氣排放1tCO2來估算），世界上水泥工業生產共計約向大氣排放16億tCO2，約占全球溫室氣體排放量的7%[3,4]。水泥也是能源消耗的大戶，普通水泥生產過程中需要高溫煅燒硅質原料和鈣質原料，消耗大量的煤炭和電力。如果采用無熟料水泥或免燒水泥配制混凝土，就能顯著降低能耗，減少污染，達到節能減排的目的。如堿礦渣水泥利用工業廢渣與某些堿金屬化合物發生化學反應，替代水泥膠凝材料，可將硅酸鹽水泥生產工藝的“兩磨一燒”簡化為“一磨”，是一種低能耗、低成本的綠色水泥。我國生產的水泥中以低強度32.5級和42.5級的水泥為主，而低強度水泥的使用價值只有52.5級水泥的1/3～1/2，且生產對環境污染大、資源破壞嚴重、能耗大。因此應大力發展高標號熟料水泥生產，提高高標號熟料在整個熟料生產中的比重。

    發展綠色混凝土應發展高性能膠凝材料，使用較少熟料和大量利用工業廢料，并應解決水泥、細摻料和外加劑的相容性問題，使在水泥產品系列中增加高性能的新品種，主要從流變性能的需要，進行各組分的選擇、并優化配合比，達到充分滿足混凝土的設計、施工要求。通過努力發展這種高性能的環保型膠凝材料，使水泥生產成為可持續發展的產業。

    （2）利用再生骨料和再生水

    由于建筑工業迅速發展，建筑垃圾堆積如山。建筑垃圾成分復雜，但其中廢棄混凝土塊、碎磚塊等所占的比例較高。若能將這些廢棄混凝土塊就地回收，經破碎、清洗、分級后作為骨料再利用，生產再生骨料混凝土用到新建建筑物上，則不僅能降低成本，節省天然骨料資源，還能減輕對城市環境的污染。而且我國優質的天然骨料(河砂、卵石)在有些地區已趨枯竭，許多地區合格的混凝土用骨料也供應緊張。一些大城市已經越來越難找到高性能混凝土所需的級配良好的骨料，而從外地遠距離運輸費用又很高。將廢棄混凝土破碎作為再生骨料既能解決天然骨料資源緊缺的問題，保護骨料產地的生態環境，又能解決城市廢棄物的堆放、占地和環境污染等問題，實現混凝土生產過程中的物質循環利用，保證建筑工業的可持續發展。

    建筑施工需要使用飲用水來拌合和養護混凝土。但是，眾所周知水資源的形勢逼人，清潔的水資源正在逐日減少。所以，解決缺水問題也是當務之急，混凝土工業作為淡水的消費大戶之一，迫切需要更有效地用水。應避免使用城市飲用水攪拌混凝土，配制混凝土可利用大多數再生工業水，再生水更可以用于養護混凝土和沖洗混凝土運輸車。并且研究認為，通過優化骨料級配，大量使用礦物摻和料和超塑化劑，全球每年用于拌合混凝土的1萬億L水可以節省一半。

    （3）發展綠色高性能混凝土

    高性能混凝土是混凝土技術進入高科技時代的產物，它是應用現代混凝土科學技術來增加混凝土結構的安全使用壽命，減少因修補或拆除陳舊混凝土結構物造成的浪費和建筑垃圾。其針對不同用途的要求，對下列性能有重點的加以保證：耐久性、施工性、適用性、強度、體積穩定性和經濟性。其配制特點為低水膠比，選用優質原材料，除水泥、水、集料外，必須摻加高效減水劑和足量的優質礦物摻合料，尤其是礦物摻合料已成為配制高性能混凝土必不可少的重要組分和功能性材料，它在改善混凝土的性能方面起著決定性的作用。摻入活性礦物摻合料一方面可提高混凝土強度、耐久性、工作性以及其他物理力學性能；另一方面減少了對熟料水泥的需求，從而減少了水泥在生產過程中的能源和資源消耗，并減少了溫室氣體、有害氣體及粉塵的排放；并且可消化大量的工業廢料，減少了堆放廢料對場地的占用，提高了土地的利用率，同時保護了生態環境，有利于可持續發展。因此綠色高性能混凝土是可持續發展的混凝土。

    （4）提高混凝土的耐久性

    常用的普通混凝土的基本缺點之一就是耐久性不足。目前而言，一般建筑工程的使用年限為50~100年，而其中不少工程在使用10~20年后即需維修或重建，這就導致了資源、能源和財力的大量浪費。因此當今的混凝土結構應是超耐久性的，因為只有混凝土結構使用年限的延長，才能提高與此有關的資源和能源的利用率，減輕對環境生態的負荷，實現可持續發展的戰略。

混凝土的耐久性是指混凝土保持長期性能穩定的能力。過去混凝土工作者對混凝土耐久性認識不夠，關注重點都放在強度方面，很多工程混凝土結構壽命縮短，因此工程設計人員應更新傳統的混凝土配合比設計方法，變“強度設計”為“耐久性設計”，對于摻礦物外加劑的混凝土不應追求與基準混凝土相同的早期強度和28d強度，而應注重礦物外加劑的后期增強、增密效應。施工單位的施工人員素質不高，私自向泵送混凝土加水、振搗、養護不到位的情況時有發生，施工單位為趕施工進度常常要求混凝土具有高的早期強度，甚至在強度沒達到的情況下強行拆模，這些情況對混凝土的強度發展和耐久性是極為不利的，因此應該提高施工質量意識，嚴格施工，以保證混凝土的施工質量。礦物外加劑是保證高性能混凝土高耐久性不可缺少的部分，工程設計人員應敢于在混凝土工程中摻用礦物外加劑，積極推廣礦物和有機外加劑復合技術，不同礦物外加劑的雙重和多重復合技術，例如很多混凝土工作者片面地認為混凝土中摻入引氣劑雖然會改善其和易性但會降低抗壓強度而不敢使用，須知引氣劑影響強度是在一定條件下的結論，只要控制在一定的范圍，對混凝土的耐久性是有利的，有研究認為當混凝土含氣量不超過5%，對強度基本沒有影響[5]，同時許多學者還一致認為，在相同孔隙率的條件下，小孔越多，混凝土強度越高。

    4、結語

    綠色混凝土跟傳統混凝土相比，不僅有更加優良的性能，還由于其利用工業廢棄物和生活垃圾，因而能最大限度地節約天然資源和能源，具有保護環境的效益，可以有效地堅持可持續發展戰略。綜上所述，綠色混凝土是混凝土與環境協調性發展的必然趨勢，是持續發展的需要�；炷�土綠色化是一項功在當代，利在千秋的大業，我們混凝土工作者一定要排除萬難，勇往直前，樹立行業綠色環保意識，健全行業管理體系，做建材綠色化的引領者。

(本文來源：  陜西省土木建筑學會   文徑網絡設計項目投資中心：雷丹 尹維維 編輯  劉真 文徑 審核)