淺談混凝土的可持續(xù)發(fā)展與綠色高性能混凝土

崔宏志    (西安建筑科技大學)

董軍鋒   (陜西省建筑科學研究院)

一、混凝土的可持續(xù)發(fā)展的問題

    人類使用混凝土的歷史雖然較為久遠，但混凝土真正大發(fā)展的時期則是在近代。1824發(fā)明了硅酸鹽水泥，1850年制成了鋼筋混凝土，l928年首次采用預應力鋼筋混凝土，這些突破性的進展導致水泥混凝土成為當今用量最大、使用最廣泛的建筑材料，現(xiàn)已成為人類社會生活和文化生活的基礎。就我國來說，水泥產量已從建國初期1950年的290萬噸增加到l997年的5．1億噸，近半個世紀我國水泥產量增加了176倍。盡管我國水泥總產量已連續(xù)十幾年雄居世界各國之首，但我國水泥產量的增加主要依靠技術含量不高、生產工藝落后的地方小企業(yè)，這些企業(yè)大多數(shù)是處于“粗放型”的生產階段。由此可得，我國在一方面是大幅度增加的水泥產量，另一方面是為生產水泥而消耗大量資源、能源和排放大量的C0：和S02氣體，這些氣體是引起溫室效應和酸雨的危害的主要閱素。

    水泥生產時CO2的排放量是非常驚人的，生產1噸熟料水泥的同時，排放出幾乎同量的C02氣體。

    1994年3月，我國政府通過了《中國21世紀議程》，其核心是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。既要達到發(fā)展經(jīng)濟的目的，又要保護人類賴以生存的自然資源和環(huán)境。因此，水泥混凝土要想加速發(fā)展，必須堅持走可持續(xù)發(fā)展道路。但當發(fā)展與環(huán)境保護、發(fā)展與能源節(jié)約、發(fā)展與資源節(jié)省放在一起綜合考慮時，混凝土材料該如何走可持續(xù)發(fā)展之路呢?筆者和眾多研究者認為，只發(fā)展高性能混凝土(high performance con— crete，簡稱為HPC)是不夠的，必須深化“綠色(即環(huán)保)”觀念，發(fā)展綠色高性能混凝土(Green HPC，簡稱為GHPC)。

二、綠色高性能混凝土

    多年來，關于混凝土材料的研究和對其發(fā)展方向的制定過于偏重于使其達到某種或綜合的優(yōu)良性能，而對混凝土耐久性重視程度不夠，1990年5月，美國國家標準技術研究院(NIST)與美國混凝土協(xié)會(ACl)召開會議，首次提出HPC概念后，促使人們加強了對混凝土材料施工性和耐久性的研究，而GHPC則是將單純的材料性能的獲得與混凝土的可持續(xù)發(fā)展綜合考慮時的必然方向。

    1.高性能混凝土(HPC)

    對于HPC，各國根據(jù)不同的工程實際和科研水平提出不盡相同的要求和含義，但綜合各種觀點 HPC應該具備下列某些或多項優(yōu)良性能：(1)優(yōu)良的施工性；(2)較高強度；(3)高耐久性；(4)具有某些特殊功能。

    吳中偉教授對HPC定義如下：“HPC是一種新型高技術混凝土，是在大幅度提高常規(guī)混凝土性能的基礎上，采用現(xiàn)代混凝土技術，優(yōu)選原材料，在妥善的質量管理的條件下制成的。除水泥、水、集料以外，HPC必須采用低水膠比和摻加足夠細摻料與高效外加劑。HPC應同時保證下列諸性能：耐久性、工作性、各種力學性能、適用性、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟合理。

    盡管在開發(fā)應用HPC的過程中，高性能外加劑和性能優(yōu)良的摻合料，在一定程度上可以起到節(jié)約水泥從而節(jié)約資源和能源、保護環(huán)境的作用，但 HPC的提出者和在此之后關于HPC的討論與研究開發(fā)者都很少從環(huán)境保護、節(jié)約資源和能源的高度來認識這一問題。

    HPC雖然在性能上比普通混凝土有了大的改進；在節(jié)約能源、資源、改善勞動條件及經(jīng)濟合理等方面也有較大提高，但從可持續(xù)發(fā)展的綠色材料角度出發(fā)，HPC必須在利用工業(yè)廢料、保護環(huán)境等方面取得有重大意義的進步。

    2.綠色高性能混凝土(GHPC)

    人類的生存與發(fā)展，只能在地球這個巨大的生態(tài)系統(tǒng)的承受力(環(huán)境、資源、能源等)范圍之內。人類的一切活動，不能超越生態(tài)系統(tǒng)有限的調節(jié)能力，但隨著近幾十年的人口驟增、生產的發(fā)展，以及環(huán)境破壞，資源枯竭，人類生存與發(fā)展受到了極大威脅。因此，綠色事業(yè)受到普遍關注，綠色的涵義隨著認識的深化而不斷擴大，主要可概括為：l)節(jié)約資源、能源；2)不破壞環(huán)境；3)可持續(xù)發(fā)展。

    水泥與混凝土作為當代最大宗的人造材料，預計2000年水泥產量將超過l5億噸，混凝土將超過40—50億m3(100—120億噸)，對資源、能源的消耗和對環(huán)境的影響均十分巨大，因此，水泥混凝土能否長期作為最主要的建筑材料，不僅要求其具備在耐久性、施工性和強度等方面的高性能，而且最關鍵在于其能否成為綠色材料。從廣泛含義上講，應該對生產原料、生產過程、施工過程、使用過程及廢棄物處理五環(huán)節(jié)作分項評價和綜合評價。

    因此，簡單地說，只有符合以下條件的HPC才能真正稱為GHPC：

    1.其所使用的水泥必須是綠色水泥；集料的開采也應以十分有序且不破壞環(huán)境為前提。

    2.最大限度地節(jié)約水泥用量，從而減少水泥的原材料用量及水泥生產中C02、S0：等氣體，以保護   

環(huán)境。

    3.更多地摻加經(jīng)過加工處理的工業(yè)廢渣，如磨細礦渣、優(yōu)質粉煤灰、沸石巖粉、硅粉和稻殼灰等作為活性摻合料，以節(jié)約水泥，保護環(huán)境，改善并提高混凝土的耐久性。從可持續(xù)發(fā)展的觀點來看，混凝土提高耐久性，延長使用壽命是極其重要的，因為建筑業(yè)消耗世界資源、能源的40％，其壽命延長一倍，就使資源、能源的消耗和環(huán)境污染減輕一倍。

    4.大量應用以工業(yè)廢液為原料改性制造的減水劑，以及在此基礎上研制的其它復合外加劑。

    5.集中攪拌混凝土，消除現(xiàn)場攪拌混凝土所產生的廢料、粉塵和廢水，并加強對廢料、廢水的循環(huán)使用。   

    6.更大地發(fā)揮高性能優(yōu)勢，通過提高強度，減少結構截面積或結構體體積，減少混凝土用量，從而節(jié)約水泥和砂、石用量；通過改善施丁性來減少澆注密實能耗，同時降低噪音：通過大幅度提高混凝土的耐久性，延長結構物的使用壽命，進一步節(jié)約費用，減少污染。

    7.對大量拆除廢棄的混凝土進行循環(huán)利用，發(fā)展再生混凝土。實驗結果表明，廢舊混凝土作為骨料代替天然集料制成的混凝土性能與對照混凝土相比沒有多大差異，但用廢舊混凝土作為細集料代替天然砂對混凝土強度影響很大。

三、結束語

    混凝土的高性能化和綠色化是人類發(fā)展和當今社會發(fā)展對這一材料的迫切要求，也是混凝土這一大宗建材可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

參考文獻：

[1]王燕謀．《中國建筑材料概論》．北京：中國建材工業(yè)出版社，1996

[2]Mehta PK，Aitcin．{Pc．Principles underlying production of HPc》，l990

[3]吳中偉．綠色高性能混凝土與科技創(chuàng)新．《建筑材料學報》，1998．3

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網(wǎng)絡：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)