绿色高性能混凝土材料及其应用

查小庆

摘 要：随着我国改革开放和现代化进程的加快，我国的建设规模正日益增大，如何保证建筑工程质量的同时，也能使工程能长久的安全使用下去，日益受到各级政府和社会各界的广泛关注。在众多的土木工程建设中，混凝土的应用面之广和 使用次数之多是很少见的。尤其近年来，一种较新的混凝土技术正在快速发展，并运用到许多实际工程项目中，那就是绿色高性能混凝土。

关键词：绿色高性能;混凝土;应用;研究

高性能混凝土是现代高强混凝土的基础上发展起来的，使用新型的高效减水剂和矿物掺和料，是混凝土达到高性能的主要技术措施，前者能降低混凝土的水胶比，增大坍落度，控制坍落度损失，提高混凝土的密实性和工作性;后者能填充胶凝材料的孔隙，参与胶凝材料的水化，除提高混凝土的密实度外，还改善混凝土的界面结构，提高混凝土的强度和耐久性。

1 绿色高性能混凝土材料概述

1.1 绿色高性能混凝土材料的内涵

绿色高性能混凝土是一种具有优良的施工性能高、耐久性与高强度、能够保护环境、节约能源并有益于人体健康的新型混凝土，代表了混凝土的发展方向。绿色高性能混凝土具有以下四个特点，即比传统混凝土材料有更好的力学性能和耐久性能，尽量减少修补或拆除过程中建筑垃圾对环境的污染;大量利用工业废渣和其他资源，最大限度地减少能耗大、污染严重的水泥熟料的生产与使用;施工简单，尽量降低使用工业废渣及其他资源时的二次能源消耗;具有与自然环境的协调性，减轻对环境的负荷，实现非再生性资源的循环使用。

1.2 绿色高性能混凝土材料的分类

如今绿色高性能混凝土已逐渐形成一门独立学科，根据使用功能，发展为植被绿化型混凝土、透水型混凝土、水生物保护型混凝土等三大类，详细如下：第一，植被绿化型混凝土。植被绿化型混凝土是指能够适应植物生长、可进行植被作业的混凝土及其制品，具有保护环境、改善生态条件、基本保持原有结构材料性能。多孔连续型绿化混凝土是植被绿化混凝土的一种类型，这种混凝土以多孔混凝土作为骨架结构，内部存在着一定量的连通孔隙，为混凝土表面的绿色植物提供根部生长、吸取养分的空间，采用多孔混凝土作为植物生长基体，并在孔隙内充填植物生长所需的物质;第二，透水型混凝土。透水混凝土是具有15%-30%的连通孔隙的多孔或大孔混凝土，它是由胶凝材料、粗骨料、水和外加剂按照一定的比例拌和而成。由于无细骨料，在硬化后的混凝土中存在着较大孔洞，有较强透水性能;第三，水生物保护型混凝土。水生物保护型混凝土是指能够营造出适合生物生長、生息的空间或孔隙，能够为水藻类生物提供合适的附着表面，并能在混凝土表面增殖，通过相互作用或共生作用形成食物链，使混凝土周围的水质对生物生长没有不良影响，为海洋生物和淡水生物生长提供良好条件，保护生态环境。

1.3 绿色高性能混凝土的特征

综合“绿色”和“高性能”含义，可以提出绿色高性能混凝土是指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、采用先进的现代混凝土技术，在妥善的质量管理条件下，尽量少占用天然资源和能源，大量使用工业废弃物和城市垃圾制成的具有优良耐久性、工作性和经济适用性的混凝土。绿色高性能混凝土一般具有以下特征：第一，尽可能多的使用绿色水泥，最大限度的减少水泥孰料用量，代之以工业废渣为主的矿物外加剂，减少水泥生产过程中的二氧化碳、二氧化硫以及一氧化氮等气体的排放量，降低对天然资源与能源的消耗;第二，更多的采用废渣，如磨细矿渣、优质粉煤灰、硅灰和稻壳灰等作为活性掺合料以节约水泥，并在改善混凝土耐久性的同时保护环境;第三，采用先进生产工艺，对大量建筑垃圾进行资源优化处理，使之成为可以再利用的再生混凝土骨料，减少对天然矿石的开采;第四，最大限度的发挥高性能混凝土的优势，减少结构面积或结构体积，节省混凝土用量，减轻自重。通过大幅度提高混凝土耐久性，延长结构的使用寿命，使材料和工程发挥其功能。

2 传统混凝土生产对环境的影响

据建筑领域相关数据显示，近些年世界范围内，混凝土的使 用量比较高，我国混凝土材料的使用量在世界范围内比例比较 高，每年用量超过几十亿吨，混凝土材料的使用也会消耗大量的 资源，还有一些混凝土建筑使用后，在拆除和倒塌后，所产生的废 旧混凝土等建筑垃圾，也会影响到生态环境。新的发展时期，我国 建筑行业的总垃圾量每年都在持续增长，而很多建筑垃圾没有经 过处理，直接被露天处理，或者是直接填埋，这种方式会影响到城市的建设和发展环境，在浪费土地资源的同时，也增加了建筑垃 圾清除和运输的费用等;此外，在垃圾堆放的过程中，还会产生大 量的粉尘、灰尘等，这也会对城乡环境等带来污染。当前，随着环 保意识的不断深入，我国在经济建设和发展中，相关的法律法规 等建设也在不断地完善，在多方面采取措施，重视对建筑垃圾的 处理，并重视建筑中的绿色生产和环保生产。总之，在传统混凝土的生产和应用过程中，会造成很大程度 的土地污染，给生态环境带来很大的压力，增加了建筑行业中垃 圾的产生;要贯彻当前我国可持续发展理念，需要对混凝土进行 改造，在生产和应用中融入绿色理念，重视对绿色高性能混凝土 材料的研究，推动建筑行业的绿色发展。

随着社会的不断发展，现代混凝土建筑如雨后春笋一般。据统计，目前全世界各个地区每年使用混凝土达到数十亿吨。而近些年来，我国经济发展迅猛，各地区对于城区改造的力度相当大，因此产生了大量的建筑垃圾，由于种种原因，城市所产生的建筑垃圾多是未经过任何处理，施工单位直接用运输车运往郊区填埋，甚至是直接露天堆弃。这样处理建筑垃圾不仅需要征用大量土地，对农村生态环境造成不可估量的巨大破坏，同时在运输和装卸的过程中会产生大量扬尘，对空气产生严重污染。同时征用土地和运输建筑垃圾时还需要花费一大笔费用。可持续发展作为我国的科学发展观之一，近些年来国家颁布了一系列相关环境保护的法律法规，对于堆放建筑垃圾破坏环境的行为也加大了打击力度。目前建筑施工单位所面临的一个重要难题便是处理和排放建筑垃圾。

3 实际应用

3.1 植被绿化型混凝土的应用条件

植被绿化型混凝土所要求的条件比較苛刻，要求植被绿化型混凝土必须要具有一定的联通孔隙，能够确实保障植物生存必须的养分，其次植物绿化型混凝土还要保证弱碱性特点，保证植物能正常生长[3]。最为重要的是植被绿化型混凝土作为建筑专用的混凝土，还要保证其能够具有相当的强度，能够满足负荷要求。

3.2 植被绿化型混凝土的配制

由于不同于传统混凝土，植被绿化型混凝土对于强度要求并没有那么高，制备材料要以多孔混凝土和低碱性混凝土为主。制备时应采用大孔混凝土为材料基础，再加之以吸水、保水材料。这样做可以有效降低植被绿化型混凝土的碱性，渗透性良好，能够提升植物生长所需养分和水分。

3.3 植被绿化型混凝土配合比

3.3.1用料：将硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、火山灰水泥和低碱度硫铝酸盐水泥等五种水泥取相同的量和清水混合成1比10的水泥浆，使用专业搅拌设备搅拌均匀，并测试其pH值，如果pH值不符合标准，需交由相关部门严格处理。可以通过减少水泥用量来降低pH值，直至水泥浆初步达标。

3.3.2减水剂：在调配好水泥浆之后，需要调节混凝土的凝结时间，这时就需要使用减水剂减水，控制凝结时间。除此之外，减水剂还可以提高混凝土的强度，提高混凝土孔隙率。在选择减水剂时应选择综合性能最高的树脂系减水剂。

3.3.3石子：使用石子的优点很多，石子可以加大混凝土的透水型，提升混凝土的孔隙率。由于植被绿化型混凝土对于强度要求不高，对于透水型要求却很高，因此需要选用5～10 mm 和10～20 mm 的碎石相互搭配，这样制备而成的混凝土不仅强度能够满足要求，混凝土的孔隙率大大提升，保证了透水性能良好。

3.3.4水灰比：水灰比的选择直接会影响到整体混凝土的特性。水灰比过小，会导致水泥浆粘稠度太大，难以很好的包裹碎石颗粒等骨料，使得混凝土难以成型，更严重的会大大降低混凝土强度，难以达到标准要求。水灰比过大，会导致水泥浆太稀，水泥浆粘稠度太小，无法粘结骨料颗粒，这样制备出的混凝土内部不均匀，而且孔隙率极低，导致强度低、透水型差。只要严格按照有关规定的配置比，才能保证水泥浆粘稠度适中，制备出强度符合标准、透水型极强的植被绿化型混凝土。

3.4 水生物保护型混凝土

水生物保护型混凝土是一种具有良好抗冻融能力的混凝 土，且还具有良好的耐腐蚀性，在配置中需要掺加一些粉煤灰，或 者是树脂系的减水剂，增强其抗腐蚀能力，石子的选择也与植被 绿化型混凝土类似，最大的区别就是需要添加矿物掺合料。这种材料一般在水域施工中比较常见，如制作人工礁石，可 以将水生物保护型混凝土放到水中，它与传统的混凝土相比，能 附着海藻类生物，形成一个食物链，从而更好的為海洋生物创造 良好的生长环境。在具体配置和应用中，也需要结合分工程实 际，合理把握其配置比例，并重视其应用中需要注意的因素。

3.5 透水性混凝土

透水性混凝土对水泥的强度有一定的要求，一般要≥42.5，水泥材料的使用量也需要控制在合理的比例范围内，其石子的选择标准与植被绿化型的混凝土标准相似，都要求材料的防水性能好，透水性混凝土相对来讲对水灰比要求比较高，在具体的操作中需要结合具体的工程实际，适当地提升水灰比。这种材料多应用于城市道路建设中，在一些广场施工中也比较常见，因材料本身对强度要求高，也具有良好的透水性，在堤坝工程建设中，透水性能加快雨水的渗透，增加地下水水量，这样也能为地标植物的生长提供更多水源;而在雨季，透水性混凝土又能发挥其排水功能，在城市积水排放等方面发挥着积极的作用，提升人们的生活品质。

4 绿色高性能混凝土材料应用前景探讨

随着社会生产力和经济的快速发展，物质的生产和使用中的 资源过度开采与废气对环境的污染、生态破坏、及全球环境和全 球环境的有限性之间尖锐的矛盾越来越突出，已经影响到地球生 态系统，对社会经济的可持续发展和人类的生存构成了严重的障 碍和威胁。因此，研究资源、环境、材料之间的关系，开展绿色材料 及相关理论探讨，实现材料科学与技术的可持续发展，是一个必 然的历史发展。

4.1 绿色高性能材料应用的可行性分析

绿色高性能混凝土是混凝土发展的方向，是中国国情的需 要，是建设项目发展的需要，也是为了子孙后代的利益。大力开展 技术创新支持和促进行业发展，将改变既有建筑的能源效率，由 此产生的技术，低能耗和大规模的公共关系建设技术加速了技 术公关，以节能、节地、节水、节材、环保为核心推进建筑技术发 展，逐步提高绿色建筑比例。因此，绿色高性能混凝土的发展体现 了科学发展观。这是一个惠及国家和人民，惠及后代人的问题。这 些都为绿色高性能混凝土的研究和应用奠定了良好的基础。

4.2 绿色高性能材料应用前景

结合当前工程建设发展的实际情况，我国很多工程建设对材 料的耐久性、稳定性等要求比较高，我国也在重视对普通混凝土 高性能化应用的研究。绿色混凝土的生产和出现，对促进环境保 护的发展有积极的作用。当前生产力水平的不断提升，人们越来 越重视生态环境的保护，绿色发展的理念已经深入人心，在建筑 行业，人们也越来越重视对绿色环保材料的使用，混凝土是建筑 中最重要最基本的材料，运用绿色高性能的混凝土材料，符合当 前可持续发展观的要求。而在整个绿色理念的影响和带动下，一 些新的施工技术、新材料及新工艺等也在建筑行业中不断得到应 用，让绿色建设和发展更深入人心。

5 结语

绿色高性能混凝土相对于传统混凝土，优势十分明显，不仅保有了传统混凝土的高强度特点，完全不影响城市建设的质量，与此同时绿色高性能还具备了传统混凝土所不具备的高透水型和高环保性能。就目前而言研究和发展绿色高性能混凝土有三个难题急需解决。一是如何最大限度的提高减水剂的功效，最大限度的减少用水;二是如何最大限度的提高绿色高性能混凝土的强度，力求绿色高性能混凝土符合强度要求;三是如何提升绿色高性能混凝土的各项物理特性，满足于现代城市建设的各项物理要求等等。这还需要广大混凝土科技工作者不断的攻关科研，实现这一艰巨而又有意义的光荣任务。

参考文献

[1]绿色高性能混凝土材料及其应用研究[J].王雷，叶长青，付良庆.智能城市.2018（01）

[2]混凝土材料及应用的探讨[J].陈英仕，刘长红.智能城市.2019（02）

[3]混凝土材料的研究现状和发展应用[J].刘飞宇.建材与装饰.2018（50）

[4]新型混凝土材料在土木工程领域中的实践研究[J].陈铁锋.中国标准化.2016（17）