绿色混凝土的发展及应用研究

(1.郑州成功财经学院 河南 巩义 451200；2.河南交通职业技术学院 河南 郑州 450005)

一、绿色混凝土发展的必要性

为大力发展国家基础建设，解决人民的住房和交通问题，自上世纪90年代开始，建筑行业迎成为世界上发展最快的行业之一，作为建筑构成的主要材料——混凝土，是目前应用最为广泛的建筑材料，且将是未来建筑材料的主旋律。随着混凝土的广泛应用，传统的混凝土材料的弊端也逐步凸显出来，给社会和环境带来了较多的负面影响，从目前整个行业来看，过度使用传统混凝土存在的问题有：(1)商品混凝土生产企业追求利益，不注重环保效果，生产过程中带来噪声污染，混凝土的搅拌产生大量的粉尘和废水无法清理，影响周边环境和居民的正常生活；(2)商品混凝土生产企业绿化面积不符合标准，文明施工程度达不到要求；(3)传统混凝土生产企业未进行科技创新,材料利用率差，混凝土配合比设计和施工配合比达不到最优的要求，生产过程中会造成严重的骨料资源的消耗和浪费；(4)传统混凝土生产企业选用不合理的砂石材料级配，空隙率大，颗粒形态不合理，级配较差，在生产混凝土时为确保强度要求须增加大量的水泥，造成资源的浪费[1-2]。

绿色混凝土，作为既能减少对地球环境的负荷，又能与自然生态系统协调共生，为人类构造舒适环境的混凝土材料，其具有比传统混凝土更高的强度和耐久性，可以实现非再生性和再生性资源的循环使用和有害物质的最低排放，既能减少环境污染，又能与自然生态系统协调共生，是现代建筑材料应用转变发展的趋势，在低碳化、工业化和信息化的基础上，进行绿色混凝土生产化基地建设，有利于我国建材行业和建筑行业的发展，有利于社会环境的更好的发展，是我国实现可持续发展的必由之路[3]。当前，建设部正在加大力度推广绿色混凝土，大力推进绿色混凝土产业的发展，以达到节约资源、减少环境污染、保护环境的目的，实现混凝土行业的可持续发展，这是符合国家产业政策、符合国家和人民利益利的一项重要举措，是传统混凝土材料走可持续发展之路的必然选择，是保护生态环境和实现可持续发展在建筑材料方面的具体体现。

二、色混凝土的分类

在1997年3月的“高强与高性能混凝土”会议上，吴中伟[3]院士首次提出“绿色高性能混凝土”的概念。他认为GHPC应具有下列特征：(1)更多地节约熟料水泥，减少环境污染。GHPC中，采用磨细的工业废渣，将取代熟料水泥成为最大的胶凝组分；(2)细骨料在合理利用砂子的基础上，更多地掺加工业废渣；(3)完善混凝土配合比，采用高性能的水泥，最大限度发挥高性能的优势，减少水泥在混凝土用量；(4)扩大GHPC的应用范围，可以将现行HPC的强度低限从现行的C50-C60降到C30左右，实现高性能混凝土常态化。随后，1998年，为实现降低丹麦CO2排放量的承诺，丹麦提开发新型水泥来代替混凝土中的胶凝材料和骨料，制作新型的绿色混凝土，此后，绿色混凝土的概念逐步深入人心，在建筑行业得到大力的发展[4]。但是目前，绿色混凝土还没有统一的定义。综合国内外研究认为，绿色混凝土比传统的混凝土材料更优秀的强度和耐久性，与生态环境协调共生，实现资源的循环使用，在减少污染的基础上，节省资源和能源，此外，绿色混凝土的取材更为方便和便捷，更好的利用工业废渣，降低对环境的污染。在此基础上，吴中伟院士人为“绿色”的涵义可理解为：做到资源和能源的节约环保，不破坏环境，对生态系统不会造成影响，反而更好的促进资源的可持续发展，能既满足当代人的需求，又不危害子孙后代[5]。

随着绿色混凝土的大力推进，现阶段我们常见的有以下几种：

(一)绿色高性能混凝土

随着经济的大力发展，高层建筑逐步向超高层过度，对混凝土的强度要求也随之提升，从原来的C50到现在的C80，但随着强度的提升，其带来的社会污染也较传统的要高，现阶段国家呼吁绿色发展和可持续发展，将高强混凝土和可持续发展结合起来，就形成绿色高性能混凝土(GHPC)。在1997年3月的“高强与高性能混凝土”会议上，吴中伟院士首次提出“绿色高性能混凝土”的概念，并指出：GHPC是混凝土的发展方向，更是混凝土的未来，真正的绿色高性能混凝土应该是节能型混凝土，所使用的水泥必须为绿色水泥。

粗骨料、细骨料、水泥和水是传统混凝土的基本构成，水泥是构成传统混凝土的重要材料，如表1所示，普通的硅酸盐水泥是硅酸盐水泥熟料和适量的石膏及规定的混合材料构成的，水泥生产古城中会消耗大量的能源。新的生产条件下，对水泥进行新的条件和材料改进，将水泥熟料进行相应的替换，就可以较为明显的降低能耗。

表1 水泥中的主要成分及命名

(二)再生骨料混凝土

我国20世纪50年代所建成的混凝土工程已使用50余年，许多工程发生损坏进行拆除，在大量拆除建筑废料中相当一部分都是可以再生利用的，再生骨料混凝土就是以废混凝土、废砖块、废砂浆作骨料，加入水泥砂浆拌制的混凝土，在一定程度上可以缓建建筑垃圾带来的巨大压力，如表2-表5所示，再生骨料的力学性能指标和试件的强度等级，从中可以了解到，在满足力学指标的基础上，再生骨料也符合相应的要求，其密度和力学指标符合规定，最终的混凝土构件受压和受拉性能达到要求，可以在工程中进行利益，从而可以大量利用建筑垃圾。为了更好地回收利用废混凝土，可将废混凝土经过特殊处理工艺制成再生骨料，用其部分或全部代替天然骨料配制成再生混凝土。

表2 再生粗骨料力学指标

表3 再生细骨料力学指标

表4 每立方米再生混凝土用量

表5 混凝土力学指标

再生混凝土技术，是指废弃的混凝土结构经分裂破碎形成较小的混凝土块，再经过破碎机的破碎，达到试验需要的粒径，然后对进行冲洗、筛分和分级后，按照所设定的参量，将分级后的混凝土材料按一定比例进行掺和，使其部分或全部替换天然骨料(主要是粗骨料)做结构试件中的胶凝骨架，再加入水泥、水等配制而成的混凝土技术。而通过将废弃混凝土经分裂、筛分后形成级配合理的骨料称为再生混凝土骨料，最后将再生骨料和水泥、水等按比例搅拌配置而成的混凝土称为再生骨料混凝土，如图1和图2为混凝土破碎后得到的粗细骨料。

图1再生粗骨料(16-20)图2再生细骨料

(三)生态环保混凝土

安全性、稳定性和耐久性是建筑结构的基本要求，为满足高强度和高耐久性的要求，传统混凝土一直以来通过增加材料、构件的密实度加以实现，但密实度越高，使得城市建筑的混凝土结构缺乏透气性和透水性，其调解空气温度和湿度的能力差，会加剧城市的热岛效应，是人类的生活环境更为恶劣；高密实性使得雨水不能渗透地下，导致地下水位下降，影响地表植被的生长，造成城市生态系统的失调。除高楼建筑外，基础设施、水利、铁路、公路工程中也大量使用混凝土砌块，道路和桥梁工程中有的甚至直接用混凝土浇注成硬质斜坡或地坪，这种地坪形式既不能长草，又不能下渗雨水，缺乏生态功能。为缓解这种现象，充分发挥生态系统的循环保护能力，日本混凝土协会与生态混凝土研究委员会于1995年首先提出生态混凝土具有特殊的结构与表面特性，能减少环境负荷，并能与生态环境相协调，从而能为环保做出贡献。根据使用功能的不同，目前开发的生态混凝土的品种主要有透水性混凝土、植被混凝土、减轻环境负荷性混凝土和自密实混凝土等。

1.透水性混凝土

随着现代化水平的提高，地表不断被钢筋混凝土建筑和混凝土路面覆盖，传统混凝土容易造成道路积水严重，雨水长期不能下渗，使地下水位下降，土壤中水分不足、缺氧，影响植物生长，造成生态系统失调，因此，透水性混凝土的研制迫在眉睫。透水混凝土具有15%～30%的连通孔隙，具有很好的透水、透气性，将这种混凝土用于公园、道路、停车场以及各种体育场地，能增加地表的透水、透气面积，调节空气温度和湿度，减少热岛效应，城市的高热环境可以得到一定的改善。透水性混凝土还有利于雨水下渗和植物生长，维持地下水位和生态平衡。一般透水性混凝土使用的原材料和普通混凝土相同，但材料的配合比不同，使用的外加剂也不同。

2.植被混凝土

植被混凝土，顾名思义，是指能长草的混凝土，对比于传统的混凝土而言，其采用了特殊的配合比，充分利用混凝土构件内部相互连通的空隙，利用化学和生物知识和技术，施工过程中，在混凝土的空隙中填充植物生长必备的土资源，然后进行添加种子、缓释肥料、保水剂等的混合材料，种子生根、发芽，扎根于混凝土中生长。一般而言，植被混凝土不同于传统混凝土，它由水泥、粗骨料、减水剂、水和肥料、保水材料汇合而成的细骨料等组成，可用来作为巩固砂石、泥土、堤坝等结构的材料，在市政工程中，可用来保护河道和绿化堤防，对城镇人行路面、建筑物外墙面、屋顶和停车场等进行绿化，改善环境，对扬尘的防止提供一个良好的途径，让绿化与硬化完美地结合起来，还能够吸收噪声和粉尘，更好的调解城市的生态平衡，是一种环境效应显著的绿色建材。

此外，减轻环境负荷型混凝土也属于生态环保混凝土，可以充分利用工业废料的泡沫混凝土、在自重作用下不经振捣可以直接自行流动的自密实混凝土、具有装饰效果的清水混凝土均属于减轻环境负荷型混凝土的范畴，在实际工程中的应用仍存在一定的缺陷，应进一步加强在配合比、材料、工艺流程和设备等相关方面的研究，扩大在工程中的利用程度。

三、绿色混凝土的实现途径

绿色生态混凝土能消耗较少的资源和能源，与自然生态系统相协调，对环境产生的压力小，能够改善环境，可以充分利用非再生资源，实现建筑垃圾的循环利用，其具体制备可以通过以下途径实现[5]：

(1)利用来自其他行业的副产品、建筑废料，积极利用城市固体垃圾，拆除的旧建筑物的废弃物混凝结构，代替天然砂石料，减少砂石料的消耗。

(2)通过增多和强化混凝土的功能来改善混凝土，研制和开发新型绿色材料，利用工业废渣和高效能外加剂提升混凝土强度，减少水泥用量，降低环境负担。例如透水混凝土、绿化混凝土、吸音混凝土等改善混凝土结构性能。

(3)在混凝土整个使用寿命周期的各个阶段中，充分有效的利用能源，大幅降低对能源的消耗。

(4)利用再生废水，使水泥和混凝土生产过程中大量减少废水的产生。

四、结论

随着“一带一路”的顺利推进和可持续发展观念的深入人心，绿色混凝土在我国得到较大的发展，相关部门随之研究制定了绿色混凝土的设计规程、施工工艺、质量控制方法、验收标准等，并扩大宣传力度，在城市公租房建设和新建建筑中大力推进绿色混凝土的利用，实现工程建设过程中的“四节一环保”，减少对环境的污染，推进社会的可持续发展。