土木建筑材料中的高性能混凝土材料和绿色材料*

钱芳芳

（淮阴工学院审计处，江苏淮安 223003）

在土木工程建设中，建筑材料是其中最为重要的组成部分之一，材料的使用对土木工程建设中的制造成本和工程质量都有着决定性的作用。传统使用的土木工程建筑材料的性能存在缺陷，并不够强大，如果继续使用不仅会出现浪费资源的现象，还会在一定程度上对环境造成污染，对该领域可持续发展是非常不利的。在早期，人类最开始使用的建筑材料是木材或者石材，但是经历漫长发展，传统的建筑材料也随着社会发展和科学进步有了新的发展。后来人类使用人造材料、生铁和熟铁等作为建筑材料，且建筑材料的性能在不断提高，土木工程的发展也越来越成熟［1］。直至18 世纪，人类发明了水泥，后来又有了钢筋混凝土材料［2］。如今，对土木工程的要求更高，建筑材料的使用要具备多方面性能，如高强度、高机械性能、环保等要求［3］。近年来，科学技术进步飞快，老百姓对环保的意识也逐渐增强，传统建筑材料己经被替代，例如具有高机械性能的混凝土材料、绿色材料等，这些新型材料优势大，将其用于土木工程建筑中可以发挥出更加重要的作用，同时也利于土木工程的未来发展。因此，本文就土木建筑材料中的高性能混凝土和绿色建筑材料做出详细的概述。

1 高性能混凝土概述

在土木工程建筑施工时，混凝土是基本材料之一。最近几年经过统计有越来越多建筑己经达到额定的使用年限，但是拆除后就会产生大量的建筑垃圾——混凝土材料，不仅需要耗费人力物力清理，更会影响自然环境。因此，需要增加对绿色材料的使用，加强环保意识。

目前普遍使用的混凝土按照适当的混合比例，将水泥、水、砂石等材料进行混合，在特殊情况下还需要增加一些化学试剂或者矿物质，搅拌均匀后再将其密实成型，最后养护硬化形成人造石材。混凝土在使用过程中的阶段和状态为：①凝结硬化前为塑性状态——新拌混凝土或混凝土拌合物；②硬化后为坚硬状态——硬化混凝土或混凝土。

混凝土的强度等级划分标准是按照立方体的抗压强度进行划分的，中国使用的较为普遍的混凝土按照强度等级分为14 级。为了可以快速处理好建筑和生态之间的平衡关系，国内和国外的技术人员己经研发出了绿色高性能混凝土材料（Green High Performance Concrete Materials, GHPCT）。绿色、新型的混凝土材料和传统的混凝土材料相比较具有更加优异的性能，例如提高了材料的力学稳定性、力学结构增强，延长使用寿命、减少建筑、施工垃圾等。

目前，制备高性能混凝土所采取的原材料均为工业废料，也可以选用其他废弃原料，这样就可以有效降低资源浪费。绿色、新型的混凝土材料己经在土木工程建设中发挥了超强的优势，由于其具有强度高、渗透性高、寿命长等特点，己经广泛应用在高层、地下矿井和地铁等建筑项目中。

1.1 高性能混凝土的特点

（1）高耐久性：高性能混凝土具有较高的密实性和抗渗性，所以其耐腐蚀性也很高。

（2）自密实性：在制备新型高性能混凝黏土材料时，相比传统材料使用更少的水，所用新型材料的流动性较好，抗离析性能也较好。

（3）体积稳定性：在制备高性能混凝土时，其弹性模量处于40～45 GPa，即弹性模量比较大，而且配置的混凝土干缩率小于 0.04%［4］。所以高性能混凝土的体积不容易发生变化。

（4）强度：根据规定，建筑工程混凝土材料的压缩强度需要在200MPa 以上。因为新型混凝土材料具有较高强度，在工程建筑中提高了使用性能，因此在施工建筑中更加具有优势［5］。

（5）高工艺性：高性能混凝土虽然性能较好，但是对比传统材料，在制作工艺上则需要更高的技术要求。在制备过程中，需要对各个工序进行严格把关，每个步骤都需要按照标准去进行。

1.2 高性能混凝土的原料选择与质量控制

（1）粗细骨料的选择与质量控制方法

高性能混凝土材料的原材料中的主体为骨料，分粗、细两种。粗骨料的直径大于4.75mm，细骨料的直径小于4.75mm。从整体配置看，骨料是其中最大的组成成分，因此骨料的特性会影响材料的最终效果，需要选用合适的骨料，并对其质量进行控制。

在选择合适的粗骨料时，要注意几点；如非活性、硬度、无针状颗粒、球星颗粒、粗糙等。选择骨料时要注意直径的大小，直径太大会使石子和砂浆发生离析，使硬度减小，后期成型时效果就会大打折扣；直径太小，会增加砂浆的使用量，后期体积稳定性会减弱，耐久性也会相应降低。因此在施工过程中，应该对材料进行分级配比，减少材料含砂率才能确保建设工程达到标准。在选择砂石时，需要选择线长系数较低而硬度高的材料，如果材料没有数值要求也可以在材料中增加卵石。

（2）添加剂的选用与质量控制方法

市场上普遍使用的绿色、新型高性能混凝土效果不错，是因为在制备时添加了适量融合剂，达到优化混凝土性能的效果。增加添加剂后，混凝土的强度和硬度都会在一定程度上增加，添加比例需要在1：20 左右。当前市面上的添加剂种类繁杂，仅仅添加一种添加剂可能不能满足高性能混凝土的建筑需求，因此就需要同时添加多种添加剂，也可以加入复合外加剂。施工人员需要严格按照要求加入添加剂，使用过量就会影响混凝土的坚实度。

在建设过程中，使用较多的是减水剂，这种添加剂可以提高混凝土材料的性能，如抗压强度和泌水性等。常用的减水剂为聚羧酸减水剂和荼系减水剂，在使用过程中，需要对减水剂取样并且检测，使添加效果优异［6］。

（3）高性能混凝土中胶凝材料选用与质量控制方法

为保证工程质量，施工人员还会在新型混凝土材料中添加凝胶材料等。添加后可以发生化学反应，将浆体转变为固体，同时结合其他添加剂使其满足强度标准。目前最常使用的凝胶材料包括树脂、沥青和石膏等。在添加凝胶材料过程中需要严格控制凝胶质量，要选择含碱量低且含铝量低的材料，不能只看其早期硬度就多加。同时在搅拌水泥时，还需要按时取样检测其碱含量，使含碱量数值在0.6%以内。

（4）粉煤灰掺合料选用与质量控制方法

在制备绿色、新型高性能混凝土时还需要加入适量矿物质材料，从而达到调整混凝土硬度的作用。最为常见的添加材料为粉煤灰，因为它的来源非常普遍，如锅炉厂的锅炉灰粉末即可。粉煤灰的直径很小，而且表面光滑延展性也较好，可以提高建筑工程的质量，增强其完整性，同时达到延长工程寿命的作用。

（5）高性能混凝土材料拌和水选用与质量控制方法

在制备高性能混凝土材料时的拌和水一般使用的是自来水、地表水或者是经过处理的工业水等。但是当工程位置附近没有自来水时，施工人员就需要选用酸碱比例和自来水相似的水。油脂过高或者硫酸盐含量较高的水源都不能使用，因为会与混凝土中的成分反应，从而产生安全隐患。在使用拌和水时需要对它的pH 值进行测定，同时也需要测定硫酸和氯酸的含量，保证材料的耐用度。

1.3 高性能混凝土的发展趋势

高性能混凝土经过二十几年时间的发展，人们对其从刚开始的不接受、不认可，甚至是阻碍高性能混凝土的发展，到现在中、低强度的高性能混凝土，渐渐地得到建筑工程和工程人员的普遍认可。当今社会，人们越来越意识到“高质量的工程必须要配套使用高性能混凝土”。

在国家和人民对环境保护越来越重视的今天，混凝土是否能够依然坚挺地作为建筑材料中最主要的工程结构材料，重点在于它是否能够成为绿色建筑材料，于是绿色高性能混凝土应运而生，它将担负起历史的重任，为建筑材料的历史进程作出应有的贡献。绿色高性能混凝土能够节约更多的原辅材料，更加有效地减少了环境污染问题，相应地也可以大幅度降低材料和能源的消耗；同时还可以掺加一般工业固废的废渣废料为主要成分的细掺料，可以代替部分熟料，改善施工和作业环境，充分利用部分工业固废，减少甚至是避免环境二次污染；能够最大限度地体现高性能混凝土的独特优势，充分减少普通水泥与一般混凝土的用量，从而达到节约自身资源、能源和间接改善自然环境的目的。

2 土木建筑材料中的绿色材料

土木建筑材料中的绿色材料，因其有一定的优势，特别是其力学性能尤为突出，使其在土木工程建筑材料的尖端设计中被频繁地使用。但是，需要我们注意的是，在其运用的过程中，必须遵循相关的科学标准，坚决不盲目地使用，在与现实规律相吻合的前提下，才能更好地发挥绿色材料固有的作用和价值。

2.1 土木建筑材料中绿色材料分类

在土木建筑材料中提出使用绿色材料的时间并不是很长，所以其应用体系还不够完善，在绿色材料的分类上没有统一标准。本文根据土木建筑材料中的绿色材料特点和定义作为分类依据，将其分为安全型、可循环型、节能型和健康型。安全型表示的是材料的性质非常稳定，在生产环节和使用环节都能够实现安全控制；可循环型主要指的是该类型的绿色材料能够进行重复使用，可以达到节约资源的目的；节能型表示的是该类型的绿色材料具有节能环保作用，在使用过程中能够减低建筑资源的浪费，能够提高材料的使用效果，不会存在浪费现象；健康型表示的是该类型材料没有毒性、不会造成二次污染，对人类的身体健康不会造成任何伤害。

还有一种分类方式，即按照土木建筑材料的性能特点，可以将绿色材料分为功能型绿色材料、装饰型绿色材料和结构型绿色材料。其中功能型绿色材料必然是具备一定功能性质，在土木工程中进行使用时能够有比较明显的指标优势，比如高分子复合材料就是一种功能型绿色材料；装饰型绿色材料就是在土木建筑中能够具备一定的装饰作用，比如各种涂料、纳米除臭除菌材料和保温材料等；结构型绿色材料主要指的是防水木材、轻型钢材和环保水泥等材料。

2.2 土木建筑材料中绿色材料运用原则

在现场施工过程中，我们还应注意以下要求：必须对所需要建设建筑的各项指标做到胸有成竹，了解各个指标的具体设计要求，选用最适用的技术，进行绿色材料的选取工作，保证能够充分发挥所使用的绿色材料的各项性能，充分发挥环境保护作用。针对现阶段超高层建筑的设计要求，按照我国传统建筑材料的承重效果，己经很难满足，然而绿色建筑材料却能使超高层建筑的设计变为现实，将绿色材料运用到建筑的顶端，不仅提高了建筑的内涵，而且使建筑更具独特的环保和美感。

在我国，土木建筑工程的施工周期长，特别是建筑的外貌施工。相对来说，绿色材料在外貌施工中的主要作用是保温、防水和隔热功能。通过使用绿色建筑材料，不仅可以减少大型空调设备的使用，减少了能源的消耗，降低了建设成本。而且绿色建筑材料具有较好的防水功能，岩棉板就是绿色建筑材料里的一匹黑马，是绿色建筑材料和高科技结合而生的，其憎水功能特别强大，可以最大限度地保护建筑本体不受外来水体的伤害，可以避免建筑材料的风化现象。特别是在空气湿度较大的地方，如沿海城市浙江台州，空气湿度大、雨天多，然而运用绿色建筑材料后［7］，可以保证建筑的安全性能，提高人们的居住条件。特别重要的是，绿色建筑材料中的大多数材料都能够有效地屏蔽辐射，有利于人们的身体健康。另外对于建设在地震带附近的工程，凭借绿色建筑材料具有的良好的抗震性能，可以直接地减少地震带来的危害，降低经济损失。

3 总结与展望

在土木建筑材料中大力推进高性能混凝土材料和绿色材料的研究和运用具有重要的意义，不但有利于社会现代化的高速发展，而且有利于生态环境保护。在改革开放新时期，人们不仅注重建筑的质量，也不断追求绿色生活，所以在土木建筑材料的运用过程中，不仅需要使用相应的高性能混凝土，也要合理选择绿色建筑材料，并科学地运用，满足人们对环保的需求。虽然如今的建筑材料种类非常丰富，性能相比以前也有了很大提高，但是土木建筑材料还处于不断发展的阶段，性能和环保节能更好的建筑材料将会不断开发，推动着土木工程向前不断发展。