绿色高性能混凝土与科技创新探析

逯 杰

(阳煤宏厦三建预拌砼分公司，山西 阳泉 045000)



绿色高性能混凝土与科技创新探析

逯 杰

(阳煤宏厦三建预拌砼分公司，山西 阳泉 045000)

通过绿色混凝土与传统混凝土的对比，总结出了绿色高性能混凝土的主要特征，分析了其优化因素及优异性能，结合绿色高性能混凝土与商品混凝土的关系，指明了绿色高性能混凝土的发展方向。

绿色混凝土，矿物掺合料，粉煤灰，配合比

0 引言

混凝土是我国建筑行业的重要施工材料，据相关资料显示，我国每年混凝土的使用量达数十亿吨，在混凝土生产的过程中，会排放出大量的一氧化氮、二氧化硫等温室气体，以及大量的粉尘，不仅加剧了能源的消耗，还导致温室效应的出现，对环境造成了严重的污染。绿色高性能混凝土的显著特点在资源短缺情况下，可以使能源、资源得到有效地节约，为我国混凝土的发展方向指明了道路。

1 与传统混凝土的对比

1.1 传统混凝土

传统混凝土的生产的主要原材料是水泥，每100 t传统混凝土大概需要消耗20 t的水泥，而水泥的生产会消耗大量的原材料与能源，并且造成严重的环境污染。生产水泥需要大量的黏土材料，过度地开采，会造成严重的环境破坏；同时，根据相关数据计算，每生产1 t水泥都会排放1 t的CO2，矿物燃料的燃烧也会排放大量的SO2和NOX，是造成环境污染、“温室效应”的元凶[1]。因此，开发新型绿色环保混凝土材料是当前首要任务，必须加紧采用新型技术，以降低能耗、提高工艺。

1.2 绿色混凝土

相对传统混凝土，绿色混凝土具有传统的混凝土材料无法达到的强度及耐久性，可以实现非再生性资源的可循环使用,达到节省能源、降低地球环境的负荷的目的，是一种能够为人类提供舒适环境的混凝土材料，并且绿色混凝土可以实现减少有害物质的排放和对环境的污染。随着相关技术的发展，绿色混凝土又被划分为绿色高性能混凝土、再生骨料混凝土、环保型混凝土及机敏型混凝土等。

1.3 绿色高性能混凝土

绿色高性能混凝土是将高性能的混凝土与地球环境保护、生态资源保护以及可持续发展结合起来的混凝土，绿色高性能混凝土必将是未来混凝土行业发展的方向。绿色高性能混凝土必须是节约能源、节约资源的混凝土。

2 绿色高性能混凝土的特点及特征

2.1 绿色高性能混凝土特点

“绿色”与“高性能”作为绿色高性能混凝土的两个基本特点。概括的来说，在保证混凝土高性能、高质量的前提下，将混凝土生产与生态环境保护结合起来，减少对地球原材料的采集和能源的利用，大力减少对环境的污染，使得混凝土行业能够持续、健康的发展。

2.2 绿色高性能混凝土特征

吴中伟院士指出，绿色高性能混凝土应更多的节约资源与能源，减少对环境的污染与破坏，走持续发展的道路。绿色高性能混凝土需具备以下特征[1]：

1)使用“绿色”水泥，减少熟料水泥的使用，进而改善环境，减少对环境的污染。大量使用工业废渣、废料作为活性掺料来代替熟料水泥，或者优质粉煤灰、硅灰等来作为胶凝材料的主要成分，减少熟料水泥的使用，从而降低能源的消耗，减少CO2等温室气体的排放。

2)通过在原料中加入经过专门加工处理的工业废渣，如掺入优质的粉煤灰、矿渣等作为活性细掺料，甚至可以将几种活性细掺料复合使用以达到更佳的工业性能[3]。

3)采用安全、先进的生产工艺，通过对建筑垃圾的大量加工、处理，将对环境有污染、造成地球负担的垃圾成为混凝土骨料，减少了对天然砂石的大量开采。

4)充分发挥绿色高性能混凝土的优势,减少水泥和混凝土的使用率。少使用就可以做到少生产，利用其高强性能,可以延长混凝土使用周期，减少水泥与混凝土的用量可以从根本上减少环境破坏。

5)尽可能在建筑中大量使用绿色高性能混凝土。可以根据建筑要求对绿色高性能混凝土的强度进行调整，使其应用的范围更加广泛。

3 绿色高性能混凝土的优化因素

3.1 矿物掺合料在绿色高性能混凝土中的作用

矿物掺合料常见的种类很多，不同的矿物掺合料组成，其性能也会产生很大的差异性，并且具有各自不同的特点。经过不断的实验验证分析，结合各种掺合料的不同特性，可以考虑如何在混凝土中加入不同的掺合料，使它们之间相互产生的不利影响最低，并且能够充分发挥他们各自的优良性能。目前，众多的矿物掺合料中，应用最广泛、最常用的矿物掺合料主要是矿渣、粉煤灰、石灰石三种[2]。

3.1.1 矿渣对绿色高性能混凝土的影响

矿渣又称粒化高炉矿渣，是高炉炼铁过程中产生的废渣，其主要的化学成分有CaO，SiO2，Al2O3，Fe2O3等氧化物。矿渣处于融溶状态时，经急速水淬冷却处理后形成水淬粒化高炉矿渣。水淬粒化高炉矿渣是一种具有潜在水硬性的矿物掺合料，将其按一定比例加到混凝土中，对改善混凝土内部的结构能够起到一定的作用，例如对孔径的分布以及孔的几何形状有一定的改变，提高了混凝土抗氯离子渗透能力。

3.1.2 粉煤灰对绿色高性能混凝土的影响

作为燃煤电厂排除的主要固体废物，粉煤灰是燃煤燃烧后，从烟气中收集到的细灰。粉煤灰主要是由SiO2与Al2O3两种化学成分组成。SiO2与Al2O3具有良好的活性，将其添加到混凝土中，能够降低混凝土的收缩性能。另外，在混凝土中加入适量的粉煤灰能够有效地抑制硫酸盐引起的膨胀。

3.1.3 石灰石对绿色高性能混凝土的影响

石灰石作为混凝土中的一种掺合料，对发展绿色混凝土起着很大的作用。石灰石是被视为一种惰性材料加入混凝土中的，因为它不具有水化活性作用。当石灰石掺量较低时，可以提高混合水泥的早期强度。并且可以改善混凝土的抗渗性能，如果配比合适，混凝土抗渗性能的作用会因为石灰石粉的细度而明显提高。混凝土中掺适量石灰石不仅可以改善混凝土的结构，还可以增强混凝土的和易性，提高低温条件下混凝土的抗硫酸盐侵蚀性。

3.2 配合比设计对绿色高性能混凝土的影响

混凝土强度的基本条件是由混凝土配合比设计中一定的水泥用量来影响的，但并不是加入的水泥用量越多就越好。过多的水泥用量会对混凝土的综合性能产生直接影响。导致混凝土的收缩和开裂几率增大。若要保证绿色混凝土的高强度、高性能，在保证混凝土强度和耐久性的基础上，配合比设计中尽量少用水泥，与此同时在混凝土中掺入混凝土矿物掺合料能有效减少水泥的用量，减少CO2等温室气体的排放量，使水泥的水化热降低，混凝土收缩开裂的几率减少，同时改善混凝土的相关耐久性，如抗渗性、抗冻性等[3]。

4 绿色高性能混凝土的优异性能

1)绿色高性能混凝土具有很高的流动性，不用振捣就可以自动流平并充满模具，提高了施工质量和速度，同时避免了振捣不当造成的质量缺陷。

2)由于绿色高性能混凝土使用具有不同特性的矿物掺合料、采用最优质的配合比，因此具有高耐久性和极强的稳定性能。

3)强度高，具有长久的使用寿命。

4)更多地使用以工业废渣为主的活性细掺料，减少了熟料水泥的使用量，提高了经济效益，节约能源，减少了对环境的污染。

5 绿色高性能混凝土与商品混凝土

混凝土主要是由商品混凝土企业生产的，绿色高性能混凝土的发展，对于商品混凝土企业有着非常重要的意义：因为商品混凝土企业可以发展绿色高性能混凝土从而顺应这个行业对于环保的要求，紧紧跟随国家转变经济增长方式、大力发展低碳经济的步伐；随着绿色高性能混凝土的使用，可较大幅度的降低建筑工程的综合成本，增强企业的竞争优势，提高企业的核心竞争力；很多商品混凝土企业由生产普通混凝土转化为绿色高性能混凝土，混凝土生产工艺的变化对行业发展的格局将会产生重大的影响，这将加快企业的转型升级。同时，绿色高性能混凝土的快速发展，对商品混凝土企业的考验会越来越严峻，这将要求商品混凝土企业对原材料的性能质量、高性能混凝土配合比等提出更严格的控制，加强技术研发能力。

6 绿色高性能混凝土的发展愿景

6.1 绿色、高性能是混凝土产业的发展方向

多样化、绿色环保、高性能发展等特点将成为混凝土产品未来的主流趋势，因为在绿色高性能混凝土的原料中减少了熟料水泥的使用量，大量使用工业废渣作为活性细掺料，节约能源资源，是一条可持续发展的路线。

6.2 高性能外加剂是实现混凝土高性能化的重要途径

现代混凝土构筑物发展的趋势将会是高流动性、高强度、高耐久性、长寿命；为实现这些性能，需要通过添加高性能混凝土外加剂，它可以使混凝土向建筑所要求的方向发展。

6.3 配合比的优化设计是绿色高性能混凝土的核心技术

由于绿色高性能混凝土具有对施工性要求更高、组分构成更复杂等特点，配合比设计必须满足建筑工程对混凝土各项性能和匀质性的要求，通过选用适当的胶凝材料、活性细掺料及水胶进行配比，同时需要在满足施工要求的前提下尽量减小浆骨体积比，即低用水量。

6.4 提升质量是绿色高性能混凝土的重大使命

提高施工人员的专业技术水平，制定规范的检测制度，严格管理绿色高性能混凝土生产的各个环节，不仅在技术上控制混凝土的生产、还要注重材料的运输以及成型养护和试验，避免因为在某个环节上的疏忽而导致生产上出现各种问题。

7 结语

因此，绿色高性能混凝土作为未来混凝土发展的指路灯，如何提高绿色高性能混凝土的生产技术，将成为混凝土生产领域继续研究的课题，必须加强技术的研究、领域的开发、运用的推广、生产质量的检验。虽然绿色高性能混凝土是未来水泥混凝土发展的方向，但我国需要进一步加强对于绿色高性能混凝土的研究，矿物掺合料的研究也还不够，需要进一步加大研究和开发力度，提高混凝土材料的绿色度，使之成为对环境更加友好，性能更为优异的绿色材料。

[1] 吴中伟.绿色高性能混凝土与科技创新[J].建筑材料学报，1998(1)：20-24.

[2] 龚鄂川.掺合料在绿色高性能混凝土中的应用综述[J].江西建材，2017(2)：11-12.

[3] 王 勇.混凝土配合比设计与绿色高性能混凝土[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,助理工程师

TU528

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