混凝土的绿色化研究进展.pdf
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1、2 0 1 2 年 第 8期 (总 第 2 7 4 期 】 Nu mb e r 8 i n 2 0 1 2 ( T o ml N o 2 7 4 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 预拌混凝土 READY MI XED CONCRE T E d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 2 0 8 0 3 3 混凝土的绿色化研究进展 刘阳,王睛。许峰 ( 沈阳建筑大学 材料学院,辽宁 沈阳 1 1 0 1 6 8 ) 摘要 : 混凝土 的绿色化是关 系到人类 生存 和发展 的一个重要 问题 , 针对混凝土工业发展所带来 的环
2、境污染和资源浪费等 问题 ,阐述 了混凝土绿色化发展的必然趋势, 提出了发展绿色混凝土的主要措施, 展望了混凝土的发展前景。 关键词 : 绿色混凝土 ;研究 ;进展 中图分 类号: T U5 2 8 0 l 文献标志码 : A 文章编号: 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 8 0 1 1 0 0 2 Re s e ar c h a nd pr og r e ss o f gr ee n c on c r e t e L UY a n g , WANGQ i n g , XUF e n g ( S c h o o l o f Ma t e r i a l s S c i
3、 e n c e a n dE n g i n e e r i n g , S h e n y a n g J i a n z h uUn i v e r s i t y, S h e n y a n g 1 1 0 1 6 8 , C h i n a ) Abs t r a c t : Gr e e n c o n c r e m i s a ll i mp o r t a n t p r o b l e m t ha t r e l a t e d t o the h u ma n s u r v i v a l an d d e v e l o p me n t Wi t h the d
4、 e v e l o p me n t o f t h e c o n c r e t e i n d us t r y, i t b r i n g s e n v i r o n me n t a l po l l u t i o nand r e s o u r c e swa s t e Ac c o r di n gt Ot he s ep r o b l e ms e x p o u n d sthei n e v i t a b l et r e n d o fg r e e n c o n c r e t e, a n dt h e d e v e l o p i ng t e
5、 n d e n c y o f c o n c r e t e wa s a l s o p r o s p e c t e d Ke y wor ds : g r e e n c o n c r e t e ; r e s e a r c h; d e v e l o p me n t 0 引言 混凝土是当今世界上应用最广泛的建筑材料, 其生产和使 用过程中的资源过度开发和废弃物排放造成了严重的环境污 染和生态破坏, 给社会经济的可持续发展及人类 自身的生存带 来了严重的危害。 普通混凝土的正常生产需要约 1 2 水泥 、 8 拌和水和 8 0 的骨料, 这意味着全世界混凝土除了每年要用
6、1 6 亿 t 水泥以外, 还要消耗近 1 0 0亿 t 的砂石和 1 0亿 t 水, 即每 年消耗约 1 2 6 亿 t 原材料 , 是世界上最大的 自然资源用户 1 。 同时, 作为混凝土原材料之一的水泥胶凝材料 , 其生产不仅耗 能大, 而且排放大量的 C O 。 除此之外 , 巨大数量骨料的开采 、 加工和运输还要消耗相当可观的能源, 并对地球的生态环境产 生负面影响。 1新 型 混 凝 土 作为一种传统的建筑材料普通混凝土, 通常是由胶结 材料( 石灰、 水泥) 、 细骨料( 砂子 ) 、 粗骨料( 石子 ) 和水( 不加外 加剂和掺合料) 按一定比例配制, 经搅拌振捣成型, 在一定
7、条件 下养护而成的具有一定强度特性的人工建筑材料。 随着混凝土 工业的发展, 为了满足更多的实际需求 , 普通混凝土逐渐朝着 高强、 轻质 、 耐腐蚀、 耐高温、 抗冻、 抗渗、 抗灾、 抗爆等多功能方 向迅速发展。 由此, 各种功能各异的新型混凝土如雨后春笋般出 现 , 例如在土木工程领域中大量应用的高性能混凝土、 活性微 粉混凝土、 低强混凝土、 轻质混凝土、 纤维增强混凝土、 自密实 混凝土、 智能混凝土、 预填骨料升降混凝土 、 碾压混凝土、 再生 骨料混凝土等数不胜数 。 未来的新型混凝土一定具有更高的 收稿 日期 :2 0 1 2 - 0 2 - - 0 5 基金项 目:国家建设部
8、资助项 目( 2 0 l l - K 4 _ 8 ) 1 1 0 强度和耐久性, 可以满足各种建筑结构所需的力学性能、 使用 功能以及使用年限的要求。 但是混凝土能否长期作为最主要的 建筑结构材料, 混凝土工业能否实现自身的可持续发展, 关键 在于其能否沿着绿色建材的方向发展。 2 绿 色混凝土 的含义 绿色混凝土, 是指既能减少对地球环境的负荷 , 最大限度 地综合利用 自然资源和能源, 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。 “ 绿色” 的涵义可理解为节 约资源、 能源, 不破坏环境, 更有利于环境。 绿色混凝土应具有 比传统混凝土更高的强度和耐久性, 可以实现
9、非再生性资源的 可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。 一般来讲 , 判断混凝土是否为绿色 混凝土, 主要从其对 自然环境影响的效果来判别, 即从减轻环 境负荷和对生态环境的贡献两方面判别。 如绿色高性能混凝 土、 再生骨料混凝土、 环保型混凝土及机敏型混凝土等都属于 绿色混凝 土 5 。 3 混凝土绿 色化研 究 根据绿色建材的基本特征, 混凝土的发展应从“ 绿色” 这个 关键词着手, 主要考虑混凝土的在设计过程 、 生产过程和应用 过程的绿色化, 既在保证混凝土使用性能的前提下, 减少水泥 用量; 大量利用优质的工业废渣、 再生骨料和代用骨料
10、 , 减少 自 然资源和能源的消耗 ; 提高混凝土安全使用寿命 , 减少因修补 或拆除造成的浪费和二次污染; 大力推广预拌混凝土, 减少环 境污染。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 1 原材料的绿 色化 原材料的绿色化是指生产原料尽可能不使用天然资源 , 大 量使用尾矿、 工业废渣、 生活垃圾、 废液等废弃物, 而且要保证 原料的开采不会影响矿区的自然生态环境。 混凝土的生产材料 主要是水泥、 粗细骨料、 水及掺合料和外加剂, 对于每种组分都 要考虑绿色化的问题 , 尤其是水泥。 水泥生产能耗大, 而且对环 境污染严重。 真正的绿色混凝土应该是节能型混凝土,
11、 所使用 的水泥必须为绿色水泥。 普通水泥生产过程中需要高温煅烧硅 质原料和钙质原料, 消耗大量的能源。 如果采用无熟料水泥或 免烧水泥配制混凝土, 就能显著降低能耗 , 达到节能的目的嘲 。 还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 全部替代天然骨料配制成再生混凝土, 利用再生骨料配制再生 混凝 土是发展绿色混凝土的主要措施 之一用 。 此外 , 大量试验研究已经表明, 火力发电厂的粉煤灰 、 粒化 高炉矿渣、 煤矿的煤矸石 、 硅灰、 部分生活垃圾等均是具有一定 潜在活性的掺合料, 可以部分替代水泥制备性能更优越的混凝 土。 目前研制成功的低水泥用量绿色混凝土 , 在原材料
12、的选取 上考虑了大量使用工业废渣细掺料, 并通过采用新型高性能减 水剂使超细矿物掺合料用量大大增加, 使水泥用量降低到了 3 0 5 0 , 实现了大掺量粉煤灰、 大掺量矿渣等免振捣 自密实 绿色高性能混凝土的批量生产。 早在 1 9 9 7年, 日本的秩父小野 田公司利用城市垃圾焚烧灰和下水道污泥为主要原料( 原料中 7 0 为废弃物) , 其中城市垃圾灰占4 0 5 0 , 另补充石灰石原 料 2 0 3 0 高强度水泥, 并利用再生水泥研制成功了新型绿 色混凝土嘲 。 如何开发利用更多品种的工业废渣、 节约资源能源、 保护环境, 是原材料绿色化的研究重点。 利用工业废渣作为混凝 土的活性
13、矿物掺合料是实现混凝土绿色化的一个重要途径。 3 2 设计 的绿 色化 随着社会的发展 , 更新传统的混凝土设计方法, 绿色设计 越来越显示出其重要性。 绿色设计是以改善生活环境、 提高生活 质量、 有益于人体健康为宗旨, 主要考虑的问题是安全、 适用、 耐久、 经济、 生态几个方面。 作为建筑结构中主要受力材料的混 凝土, 其安全绿色设计, 主要集中在对混凝土材料的性能、 形状 或构造等方面的设计 , 使其不仅具有优良的性能, 同时可以降 低对环境负荷。 尤其是在一些对混凝土有特殊要求的工程中, 只有通过设计改善或改变其组分及配合比才能满足实际工程 的需求9 1 。 例如, 将催化技术应用于
14、水泥混凝土材料的设计中。 可以 制成光催化混凝土, 具有净化城市空气 , 降低大气污染的作用 , 该项研究主要是通过在建筑物表面使用掺有二氧化钛的混凝 土, 通过光催化作用, 使污染物氧化成碳酸、 硝酸和硫酸等随雨 水排掉 , 从而净化环境 ; 此外, 利用建筑废砖石等材料制成的 环保型绿色混凝土护砌材料 , 实现了在混凝土上长草的愿望, 较好地解决了堤防安全护砌与保护 自然环境的矛盾 ; 还有 目前 我国应用较多的泡沫混凝土 , 在混凝土制备过程中加入适量发 泡剂 , 会在混凝土内部产生微小密闭的均匀气泡, 有效地改善 混凝土的物理力学性能, 提高混凝土的流动度、 耐久性 、 节约水 泥、
15、降低密度, 从而起到节约能耗 , 改善环境的目的, 利用泡沫 混凝土良好的透水性和透气性 , 可以净化和保护地下水资源、 吸收环境噪声等 1 1 】 , 在很多领域得到了广泛的应用。 此外, 混凝土的绿色设计还应考虑经济性问题 , 要考虑与 混凝土有关的各项经济指标, 不单考虑材料本身价格, 还应考 虑到施工等的附加成本及潜在的经济因素, 经济性也是绿色混 凝土设计的一项综合性指标。 如轻骨料混凝土的“ 轻” , 橡胶集 料混凝土的良 好延性 、 抗裂性、 较高吸收能量的能力, 高性能混 凝土中外加剂的应用等, 都是从提高产品某些性能、 降低成本 出发的【 l2 。 总之, 绿色设计要考虑的一
16、个主要 问题是生态因 素, 随着社会的发展 , 越来越显示出其重要性, 生态性混凝土的 研究也越来越深入。 3 3 施 工 的绿 色化 施工中的绿色问题不容忽视。 混凝土施工中的一些问题对 混凝土强度的发展、 降低能耗、 减少混凝土施工附属品的费用 等有着直接的影响【 l4 。 传统的混凝土施工设备陈旧, 工艺落 后 , 在整个施工过程中, 会造成大量的能耗损失。 如: 混凝土施 工过程中的养护问题, 随着预拌混凝土在我国使用的日益普及 , 混凝土施工现场的养护逐渐成为施工过程中的一个关键的环 节。 在混凝土配合比合理、 原材料性能满足材料要求的前提下, 混凝土达不到预期性能的主要原因很大程度
17、上归结于养护不 充分。 由于混凝土养护不及时、 不到位, 会导致混凝土失水开裂 和强度降低。 目 前我国, 大都采用的是传统的养护法 , 如洒水法、 塑料薄膜覆盖法、 湿砂覆盖法、 蒸汽养护法等 , 这些方法均存在 不同程度的缺陷, 耗费了大量的人力, 物力和水资源。 采用喷涂 养护剂的方法, 使施工更加方便, 特别适用于浇水不便的地方 , 混凝土养护剂与洒水法相比, 不仅养护便利, 而且节水 、 节能、 省工, 只要 1 次喷洒到位即可达到养护效果【 。 此外 , 要注意减 少混凝土施工中使用的各种附属品的费用 , 如 : 混凝土模板系 统、 隔离剂等M。 还需要注意的是由于受到工期的限制
18、, 施工进 度过快对混凝土强度的发展也是极其不利的, 严重影响其耐久 性 】 。 混凝土施工的绿色化 , 还应注意施工过程 中不浪费混凝 土, 合理组织施工等问题。 加强有利于保护环境、 节约能源的新型混凝土施工技术、 施工设备的研究开发 , 获得科学合理的混凝土施工工艺, 是发 展绿色混凝土的关键。 4 展 望 混凝土工业作为能源消耗和环境污染的大户 必须采取 有效措施寻求新的发展道路, 在研究开发新型混凝土的同时, 还要考虑与 自然环境的协调性 , 减轻对地球和生态环境 的负 荷 , 实现非再生型资源可循环性使用, 即发展绿色混凝土材料。 把绿色作为混凝土的发展方 向, 目的在于加强人们对
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