绿色混凝土发展途径的探讨.pdf
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1、2 0 1 1年 第 4 期 (总 第 2 5 8 期) Nu m b e r 4 i n 2 01l ( To t a l No25 8) 混 凝 土 Co n c r e t e 预拌混凝土 READY M I XED CONCRETE d o i : l O 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 4 0 2 9 绿色混凝土发展途径 的探讨 夏远英 ,陈景 ,熊骁辉 ,郑广军 ( 中建商品混凝土成都有限公司 新型建材厂,四J I I成都 6 1 0 0 5 2 ) 摘要 : 介绍 J 绿 色混凝土的特点及发展应用脱状 , 结合现 阶段 混凝
2、 土生产技术水平 , 从非再生 资源 的节约 、 废 弃资源的利用 、 耐久性 、 环保化等儿个I, J 面讨论 n昆凝土绿色化的发展途径 关键词: 绿 包混凝上 ;J _ 1 、 保意 义;可持续 发 砭 中图分类号: T U5 2 8 0 1 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 4 0 1 0 1 0 4 Di s c us s i on on t h e de ve l opm en t o f gr ee n c onc r e t e X I A Y u a n y i n g , C HE N1 i n g , XI O N
3、GXi a o h u i , Z HE NG G u a n g q u n Ne w Bu i l d i n g Ma t e r i a l s F a c t or y o f Ch i n aCo n s t r u c t i o nRe a d yM i x e dCo nc r e t eCo , L t d , Ch e ng d u 61 0 0 5 2, Ch i n a) Abs t r a c t : Th e c h a r a c t e r i s t i c s a n d d e v e l o p m e n t o f g r e e n c o n
4、c r e t e a p p l i c a t i o n s i t u ai o n, c o mb i n e d wi t h c o n c r e t e a t t h i s s t a g e o fp r o d u c t i o n t e c h - n o l o g y f r o m n o n r e n e wa b l e r e s ou r c e c o n s e r v i o n, wa s t e o f r e s o u r c e s u s e, d ur a b i l i t y, e n v i r o n m e n t
5、a l pr o t e c t i o n wa s , d i s c u s s e d s e v e r a l a s p e c t s o f t h e d e v e l o p me n t o f g r e e n c o n c r e t e Key wor ds :g r e e n c o n c r e t e ; e n v i r o n m e n t a l s i g n i f i c a n c e; s u s t a i n a b l e d e v e l o p me n t 0 引 言 自 1 8 2 4年英 同人 A s p d
6、i n发 明波特 兰水 泥之后 , 经 历一个 多世纪的发展和改进, 水泥混凝土已经成为川量最大的建筑材料 , 据 2 1 纪初的统计数据显爪, 全世界水泥年产量达到 2 0亿 t , 混凝土年产量达到 2 8 3 0亿 m , 中国大陆水 尼 年产量达 7 5 亿 t , 混凝土年产世达 1 3亿 m , 至 2 0 0 5年 中罔大陆水 泥年产量 已达 1 0亿 t , 混凝 土年产 鞋达 2 0亿 n l ; 可以说 , 水泥混凝 土是世 界 经 济发 展和 人类进步 , f 可或缺 的 1 程材料 。 水 泥混凝土作为一 种重臻 的 I 程材料 , 具有价格 低廉 、 抗 强 度高 、
7、 可塑性 良好 、 经久而 寸 f 等诸多优点 。 余年 以来 , 人类利用混凝土建造 了大量 的生产 、 生活 、 交通 、 娱乐等 基础 没施 , 留下 了很多艺术奇葩 , 可 以说混凝 为营造人类 的生存环境 和传承物 质文明起到 了重 要的作咐; 此时, 混凝土的生产与使用消耗了大量的矿产 资源和能源 , 给人类的生存 环境 带来 r 严 再的副作 用 , 混凝 土 材料给可持续发展带来了严峻的考验 。 冈此 , 混凝上是否能够长 期用作最大宗 的建筑材料 , 关键 在于是否能够 实现其绿 色化 , 可以说绿色混凝 土是混凝土的重要发展方向_ I_ j 】 。 1 绿 色混凝土的定 义
8、及发展应 用现状 1 1 绿 色混凝 土 的定 义 1 9 9 8 年吴 中伟院上就提出 , 可持续发展是人类最迫切的问 题 , 巾同必须走绿色混凝土道路, 同时还将 “ 绿色” 的涵义概括为: ( 1 ) 节 约资源 、 能源。 ( 2 ) 不破坏环境, 更应有利于环境。 ( 3 ) 可持续发展, 既要满足当代人的需求 , 又不危害后代人 满 足其需求的能 力。 收稿 E t 期 :2 0 1 0 - 1 1 0 3 可以理解 为 : 绿色混凝土是节约资源及环境友好 型的可持 续 发展 的建筑材料 , 其精髓在于环保意义和可持续发展 。 1 2绿 色混凝 土发展 应 用现 状 1 2 1 矿
9、物掺合料混凝土 国内外对矿物掺合料的利用已经很普及, 主要是在混凝土 中掺加部分磨细矿渣 、 粉煤灰、 硅灰等掺合料替代一部分水泥, 由于矿物掺合料 的掺人 , 减少 了水 ? 尼的用量 , 减少了水化热 , 有 利于混凝土体积稳定 , 可以改善孔结构 , 增强混凝土 耐久性 , 粉 煤灰( I 级 ) 还可以降低混凝土拌合物用水, 改善 昆 凝土和易性 , 举世瞩目的二 三 峡工程就是使用了大量的优质粉煤灰, 取得了巨 大的综合经济效益; 在矿物掺合料超量取代方面的研究报道也 屡见不鲜 , 据报道, 加拿大能源矿产部开发出了高掺量粉煤灰 混凝土 , 粉煤灰 替代水泥总 量的 5 5 6 5
10、t4 1 , 工作 性能和 耐久 性 都能满足要求 。 国内有的研究将粉煤灰进行磨细处理 , 配合使 用高效减水剂, 当水泥熟料仅用 2 5 左右 , 粉煤灰掺量为 7 0 时, 配制得到了工作性能好及后期强度发展极好的混凝土, 其 3 d 抗压强 度大于 2 0 MP a , 2 8 d抗压强度在 5 0 MP a以上 l5 1 。 因此 , 掺加矿物掺合料节约水泥资源、 减少污染 , 这是在混凝土绿色 化过程中很有 意义的成果 。 1 2 2 再生 骨料混凝土 所谓再 生骨料混凝 土是指 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6 1 , 在 国外 已
11、经得到 了很多工 程应用 , 主要用于道路混凝土。 在德国 L o we r S a x o n g的一条双层 公路T程 中采用了再生骨料混凝土 , 该混凝土路面总厚度 2 6 c m, 底层 1 9 c m 厚混凝 土采用再 生混凝土 ; 面层 7 c m 厚混凝 土采 用 天然集 料配制 的混凝 土 , 底层 再生集 料的组成 粒径 如下 : 1 01 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 0 - 2 I T I n占 3 O , 2 - 8 n l r n占 1 4 , 1 0 2 0mm 占 3 0 , 2 0 3 6 mm 占 6 , 水泥用量 3 5 0
12、k g m , 混凝土密度 2 3 1 0 k m 。 1 2 3 大气净化混凝土 在人们使用工业废渣替代部分水泥配制混凝土实现“ 低碳” 的同时, 国外一些水泥生产商一直在积极开发能够主动改善人 类生存环境的混凝土。 据报道, 美国 时代 杂志评H 了2 0 0 8年 “ 5 0项最重要的发明” , 其中就有一种“ 吃炯” 的混凝土, 这是意 大利 I t a l c e me n t i 集团研制出的一种能利用紫外线分解泥尘的 智能混凝土 。 这种智能混凝土 中掺加 了钛的氧化物 , 在紫外线 的 催化作用下富有反应活性 , 从而可以分解空气中的污物, 如粉 尘 、 C O2 、 S O
13、2 、 N O x 等 。 在 I t a l c e me n t i 集团的报告 中指 , 在一块 面积为 7 5 0 0 0 平方英尺 、 使用 自清洁混凝土铺路砖地 的空气 中, 氮氧化合物的含量减少了 6 0 以上闷; 据悉 , 罗马的 Mi s e r i c o r d i a 天主教堂 、 法 国航空公 司 巴黎戴高 乐国际机场新 总部 、 日本东 京的 Ma r u n o u c h i 大厦等著名建筑都采用 这种新型材料 。 1 2 4 透水混凝土 在 2 0 1 0年的上海世博会我们经常看到 、 听到的字眼是“ 低 碳 、 环保” , 这是一个环保的世界, 据悉, 整个
14、上海世博园区6 0 以上路面采用 了透水 、 透气混凝土材料 。 透水混凝土使 用粗 骨 料 、 水泥加水拌制而成的, 骨料之间由胶凝材料黏结, 具有 良好 的透水透气性 能 , 由于传 统混凝土 不透 水不透气 , 在雨季道 路 积水严 重 , 城 市排水 困难 , 容 易造 成内涝 ; 同样 的原 因 , 城市 地 下水不能得到及时补充, 水位下降, 影响地面植被生长, 情况严 重的还可能会引起地质变化, 地面下陷。 正是由于透水混凝土的 透水 、 透气性 , 将其用 于城市道路 的铺设 , 在雨季雨水可以迅速 渗透至地下 , 地下水得到及时补充, 地表植物能够生存, 城市的 气候得到了调
15、节, 道路没有积水 , 行车安全也得到了保证。 1 2 5 绿化混凝土 绿化混凝土是指在混凝土孔隙内存在适应生物生存的环 境, 这种混凝土可以防止水土流失, 保护植被, 常用于固堤防 洪 、 城市绿化 。 绿化植被混凝土也是由粗骨料 、 水泥加水拌制而 成的, 再辅以泥土、 肥料和保水材料, 就适合植物生长了。 将这种 多孔隙的混凝土用于湖泊 、 海洋领域 , 让微生物或水生物附着 或栖 息在 其凹凸不平 的表 面或连续孑 L 隙中 , 相互作 用形成食物 链 , 可以净化水质, 使草类 、 藻类生长更加繁茂 , 从而达到保护 生态环境 的 目的。 1 2 6 机敏混凝土 2 0 1 0年上海
16、世博会 , 意大利场馆 的采用 了透明混凝土材料 , 这种新型材料 可以增加馆 内光线 , 同时还可 以调节馆 内温度 。 该混凝土加入玻璃质地成分 , 光线透过不 同玻璃质地 的透 明混 凝土照射进来, 营造出梦幻的色彩效果, 而 自然光的射入也可 以减少室内灯光的使用 , 从而节约能源。 同时通过掺入适量的 短切 碳纤维到水 泥基材料 中 , 使混 凝土产生热 电效应 , 使其 可 以方便 的实时检测建筑物 内部和周 围环境温度变化 , 并 实现控 制建筑物 内部环境 的温度 , 因此这种绿色环保 型的智 能建筑的 发展前景 巨大 。 2 绿 色混凝 土的发展途径 2 1 工 业废料及 绿
17、 色水 泥的应 用 众所周知 , 水泥的生产是一个高能耗、 高污染的过程, 排放 的 C O 、 S O 、 N O 以及 粉尘严 重地影 响 了我们 的生存空 间 , 利 用粉煤灰 、 钢渣 、 煤矸石 、 石粉等工业废料作为掺合料可以减少 1 0 2 水泥 的消耗和生态环境 的污染 , 这些技术应用 比较成熟 , 国 内 外 已经积 累了很多经验 。 而绿色水泥的发展也是一 条很有发展 前景的道路 , 如上 面提 到的意大利 I t a l c e me n t i 集团研制 出的一 种能利用紫外线分解泥尘的智能混凝土, 这种混凝土正是应用 了一种光催化水泥 , 此产品核心技 术是一项名为
18、 T X A c t i v e的 有效成分 , 内含光催化剂 , 能够加速在气 中有机 和无机成分( 特 别是 N O ) 的氧化分解作用 , 从而达到减少污染 的 目的。 此外 , 据国外媒体报道, 英国水泥生产商 No v a c e m公司的科学家们也 发明了一种新型环保水泥 , 这种水泥可以有效吸收大气中的 C O , 可 以况水 泥行业将 从 C O 排放 者 向 C O 吸收者转变 。 据 No v a c e m 公 司 的首席 科学 家 尼克 劳斯 瓦 拉斯 普鲁 斯 介绍 , No v a c e m水泥以镁硅酸盐为基础原料 , 它在制造过程是在 6 5 0 的环境中完成的
19、, 而传统水泥的生产其温度却需要高达 1 5 0 0 它生 产排放 的 C O 仅 为传 统水 泥的 6 3 左 右 , 更 为独 特的是 No v a c e m水泥在硬化过程 中能够大量吸收空气 中的二氧化碳 。 这使得生产总体上是“ 碳负性” ( c a r b o n n e g a t i v e ) 1 0 1 。 基十温室气 体的净化 , 美国加州的 C a l e r a公司开发了碳捕捉技术, 并将其 应用于水泥生产 , 可以把空气 中的二氧化碳捕捉成 为碳 酸钙或 碳酸镁。 2 2混凝 土高性 能化 2 2 1 选择 优质水泥与矿物掺 合料 吴中伟院士指出 , 混凝土必须高性
20、能化 , 亦即绿 色化 , 他还 提出为了扩大绿色高性能混凝 土( G HP C) , 应将 欧美 H P C强度 的低限 5 0 MP a 降低到 C 3 0 左右, 原则是不损及混凝土内部结构 。 混凝土高性能化的前提是选 优质原材料 , 从现代混凝 土生产 水平来看 , 生产技术是不断进步的 , 但受原材料的制约 , 全 国各地 的原材料各异, 质量不容乐观, 其中有资源原因, 也有人为因素。 水泥生产商热衷于增加水泥强度, 其结果是生产的水泥比 表面积越 来越小 , 硅酸 钙 与铝酸 = 三 钙 含量越来越高 , 水泥早 期强度高 , 水化热量大 , 增大混凝土开裂敏感性 , 势必影
21、响到混 凝土的耐久性。 选择优质矿物掺合料 , 充分利用掺合料的微集 料效应 、 彤态效应和活性效 应 , 改善了混凝土的流动性 , 提 高强 度和耐久性。 2 2 2 选择优质骨料 混凝 土骨料一般都 是就地取材 , 受地理 条件的 限制较 大 , 靠近江河的地区可以选取优质的天然河砂, 而山地地带则只能 采用人工砂 , 在河砂 资源 日益 面临困境 的情 况下 , 采用 人工砂 无疑是一条可持续发展 的道路 。 然而 , 砂石生产商们追 求的似乎 不是 质优 , 而是量优 , 砂石 质量参差不齐, 比较常见的人工砂是“ 一粗一细” , 粗颗粒 、 石粉 和泥粉含量偏高 , 几乎没有 中间粒
22、级 , 如图 1 所示 。 图 1 Ig t l l l 某砂石厂生产的人工砂 根据 调研情况 来看 , 在四川 、 云南等地 区的砂石质量这 种 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 情况 的建筑 砂 比较普遍 , 在 亚 甲蓝 MB值的判定试验 中( 当 亚 甲蓝 MB值 1 4时 , 则判定主要为石粉 ; 当 MB值 1 4时 , 13 1 1J rJ 定主要为泥粉 ) , 得的 MB值大部分都在 1 5 - 2 2之间波 动, 甚至 MB值还有达 到 2 4 5的建筑用砂 。 人 砂 中的石粉绝 大 部分是母岩被破碎的细粒 , 石 粉含量高使得砂 的比表面积增
23、 大 , 朋水量增 加 ; 而从另一方面来看 , 细小 的球 形颗粒会产生晶 滚珠作用 , 从而改善混凝土和易性 , 对混凝 土力学性 能有利 , 因 此我们不能单纯将人工砂中的石粉视为有害物质。但是, 泥粉 耐混凝 土的作用则 与石粉不 同 , 大量 的试验证 明 , 泥粉 对混凝 土拌合物各种性能有很大的影响 , 对于混凝 土拌合物的和易性 来说 ,含 量对低 等级混凝土 的影响 比对 高等级混凝 土影响 小 , 特 别是低 等级塑性 贫混凝土 , 含有一定 量的泥粉 可以改善 拌 合物和 易性 , 配制坍 落度 较大的混凝土时由于泥土对塑化剂 和水分的吸附 , 要达到较 好的流动性 时
24、, 塑化剂 和用水量会增 大 图 2为利用泥粉含量高的人工砂拌 的混凝土 , 罔 3 为利用粒 级较好 、 泥粉含量低的砂配制 的混凝土。 图 2 利用泥粉含量高的人工砂拌出的混凝土 图 3合 格 砂 配制 的 混 凝 土 从力学性 能角度来 考虑 , 含泥量对其 有很大影 响 , 这是 由 于泥土影响胶凝材料与骨料的界面黏结 , 在混凝土 内部 形成缺 陷 。 有研究表 明 , 砂 中黏土含量从 0增至 5 时 , C 3 0混凝 土抗 压强度下降了 8 , C 6 0混凝土抗压强度下降了 2 1 , 并且当砂 中黏土含量超过 3 5 时影响更为明显l l 】 。 另外 , 砂石含泥量高也
25、会对混凝土的而 1f 久性产生很大 的影 响 , 用含泥量高 的骨料 配制 的混凝土早期碳化 比较严重 , 这于混凝土的界面缺陷是相关的。 建筑用砂 的情7 兑如是 , 粗集 料的情况也 不容乐观 。 我 国各 地区的砂石普遍存在含泥量高 、 级配粒形差 、 砂含石量高等问 题l 1 , 据 2 0 0 8 年北 京地区骨料级配抽检 调查 中发现 , 砂不合格 率 为 7 0 1 0 0 ; 石不合格率为 5 6 】 。 在 四川地区这种情况也 较严重 , 粗骨料孑 L 隙率普遍 高达 4 3 以上 , 更有甚者超过 5 0 , 有的厂家生产的骨料居然是 2 0 2 5 mm左右的单一粒级 ,
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