实现绿色高性能混凝土生产的方法和措施.pdf

文章 编号 ： 1 0 0 7 0 4 6 X ( 2 0 1 1 ) 0 6 0 0 3 8 0 2 生态建材 实现绿色高性能混凝土生产的方法和措施 M e t h o d s a n d M e a s u r e s f o r Re a fi z a t i o n o f Gr e e n Hi g h - Pe r f o r ma n c e Co n c r e t e 周江 ，徐亚玲 ( 上海城建物资有限公司 ，上海2 0 0 0 6 3 ) 摘要 ： 分析 了混凝 土生产过 程 中对环境造 成 的 负面影 响 。提 出了发展绿 色高性能 混凝土是 减 少混凝 土对环境破 坏 的最有 效途 径。重视 施 工控 制 也是 实现绿 色高性能 混凝 土的 重要环 节 。 关键 词 ： 混凝 土 ；耐 久性 ；绿 色高性 能混凝 土 中图 分类 号 ：T U5 2 8 31 文献 标 识 码 ：A 0前 言 2 O世纪初，世界人13达到 l 5 亿，如果从冰川时代末 期开始计算，人类发展经过了整整一万年，而到 2 0世纪 末，人13 增长到 6 O亿，仅仅只用了短短 1 0 0年时间。同 样发展迅速的是从 1 9 世纪末开始推广使用的混凝土，它 已经成为 2 O 世纪用量最大的人造材料，而且从目 前发展趋 势来看，其在未来 1 0 0年内被其他新材料所替代的可能性 非常小。作为最大宗的建筑材料，混凝土在为我们构筑了 居住空间的同时， 也给人类居住环境带来了一些负面影响。 1 混凝土对环境造成的影响 1 1 混凝土生产过程对环境的影响 混凝土生产厂由于生产设备和工艺陈旧，环保措施不 力，生产过程中产生的噪声、粉尘，清洗搅拌车、搅拌机 和场地的废水仅仅经过沉淀就排放到污水沟，更有甚者， 连同水泥浆一起外排，工地衔接不畅、设备故障等各种原 因造成新拌混凝土被废弃，产生大量的固体垃圾。一家年 产量 2 0多万m ， 的混凝土厂，一年间产生的固体垃圾竟然 多达 6 0 0 0 t ，光清运费就需 1 0多万元。生产过程的危害 环境现象触目惊心。 1 2 混凝土的构造对环境的影响 混凝土的原材料中，水泥不仅能耗高，而且须开采黏 土和石灰石， 也需要开矿和采集天然砂石，对自然生态环 境都会造成一定程度的破坏。 为数不少的混凝土构筑物使用期限只有 1 0 - 2 0 年，耐 久性破坏却已相当严重，维修不仅耗资巨大，而且影响 社会生产和生活秩序。一些发达国家每年花在建筑维修上 的费用甚至超过了新建的费用。已经破坏的建筑物在拆除 3 8 COAL ASH 6 2 01 1 时还会产生大量废弃混凝土 ，增加能源负担和环境污染。 2 提高混凝土的耐久性可减轻其对环境的影响 在 2 0世纪，土木工程界普遍不关心耐久性问题。强 度仍是检验混凝土工程质量的首要指标。混凝土有关设计 和施工规程中耐久性相关条款严重不足，除水工结构有关 规范对耐久性较重视外，公路、桥梁目前几乎没有涉及。 在施工建设中，仍存在违背材料科学的基本规律，片面追 求施工速度 ，过分追求早期强度的现象。 近年，一些发达国家对混凝土技术 的发展给予 了高度 重视。比如：加拿大的 高性能混凝土( H P c h i g h p e r f o r m a n c e c o n c r e t e ) l 家项目；法国的 “ 混凝土新途径”；日 本的新 R C计划；挪威结合国情在提高海洋采油平台的耐 久性方面，也做了大量卓有成效的工作；美国对 H P C的 投入最大、范围最广，涉及基础理论、材料加工 、计算 机模拟、质量控制、 设计规程以及公路寿命检测等。我国 对地铁提出了设计使用寿命 1 0 0年的要求。 3实现绿色高性能混凝土的方法 3 1绿 色高性能混凝土的概念 世界环境组织提出的 “ 绿色”的含义有三项 ：节约资 源、能源；不破坏环境，更应有利于环境；可持续发展， 既可满足当代人的需求，又不危害后代人满足发展的能力。 由此我们得出绿色混凝土的含义是：最大限度地减 少能耗大、污染严重的熟料水泥的生产与使用；提高利 用工业废渣和其他资源的科学水平，简化加工，尽量降低 使用过程的二次能源消耗；尽可能减少废弃混凝土带来 的环境污染和环境负担。 高性能混凝土( H P c h i g h p e r f o r m a n c e c o n c r e t e ) 是当 今混凝土行业的热门话题，只是至今仍无统一 、明确 的定义。比较能被人们所接受的说法是，高性能混凝土是 指在特定的工作环境中，能满足强度、工作性、耐久性要 求的均匀优质混凝土，其中特别强调的是耐久性。与传统 混凝土相比，高性能混凝土具有 “ 二低二高”的特点，用 水量低、水泥用量低，矿物掺合料高、化学外加剂技术含 量高。 3 2调整配合比实现绿 色高性能混凝土 绿色高性能混凝土 ( G H P C) 以耐久性为关注的焦点。 众所周知，混凝土的破坏大多数是因钢筋的腐蚀引起的， 而钢筋的腐蚀是因为混凝土中的裂缝、微裂缝和孔隙之间 相互连通，为水和有害离子的渗透提供了通道。只有少数 情况下，混凝土是因碱集料反应或硫酸盐侵蚀而损毁。实 践证明，如果同时降低混凝土拌合物的用水量和水泥用量， 就可以减少混凝土早期产生的水化热和干缩， 从而减少裂 缝的产生。解决这一问题的主要方法是：掺加活性矿物掺 合料、超塑化剂和改善集料级配。 活性矿物掺合料以工业废渣为主，如高炉矿渣、优质 粉煤灰、硅粉。尤其当优质粉煤灰与其他矿物掺合料复合 使用时，往往能形成优势互补，获得 1 + 1 2的效果。 美国设计使用寿命为 1 0 0年的考埃大教堂的混凝土配 合比为A S T MI 型水泥 1 0 6 k g m 3 ) ，C级粉煤灰 ( 即国内的 高钙灰1 4 2 k g m， )，外加剂为高、低效复合剂，强度等 级 C 2 0 。通过长达2年的跟踪测试检验人们发现，混凝土 强度几乎达到设计值的 2 倍，而混凝土表面未发现肉眼可 见裂缝。 超塑化剂兼具多种功能如减水、 缓凝、引气等，能大 幅降低用水量和水泥用量，而混凝土仍保持良好的工作性， 现已成为混凝土中科技含量最高的重要组分。 集料的级配和粒形对混凝土的工作性和力学性能都具 有举足轻重的作用。工厂化生产集料产品质量更可靠，还 能提高自然资源的利用率。比如轧岩石产生的碎石屑，经 过冲洗、筛分可配制成人工机制砂， 代替天然砂拌制混凝 土和砂浆。工厂化生产集料的另一个领域是利用废弃混凝 土生产再生集料。大致过程是：将废弃混凝土裂解、清洗、 破碎、筛分、分级和按一定比例相互配合后制成再生混凝 土集料，用以部分或全部替代天然集料，从而使有限的资 源得以再利用，同时也解决了堆置废弃混凝土的用地问题。 用再生集料配制的混凝土被称为再生集料混凝土 ( R e c y c l e d A g g r e g a t e C o n c r e t e ，R A C) 。 ，国内外相关研究结果表明 R A C的性能基本上能够达到普通混凝土要求，通过掺加活 性矿物掺合料和适当的外加剂，可显著改善其性能，只是 这方面研究工作刚起步，有待于进一步深入下去。 3 - 3加强施工控制实现绿色高性能混凝土 以上所涉及的方方面面仅局限于混凝土的配合比，事 实上，耐久的可持续发展的绿色高性能混凝土并非只要有 配合比就能生产出来，而是由原材料控制、 拌合物生产制 备与整个施工过程来共同实现的。从目前来看，最薄弱的 环节是施工控制。 随着建设规模的大幅度增长，一时间原本就不富余的 施工技术人员更是捉襟见肘，混凝土生产企业的技术要求 很难在施工过程中得到贯彻执行。于是有了种种违章操作， 给混凝土结构埋下了隐患，任意往拌车简体内、泵车料斗 里加水，浇注过程中漏振或过振，抹面时机掌握不到位， 后续养护不采取措施， 更有甚者，不对混凝土进行保温保 湿养护，结构上出现裂缝，第一个被责难的就是混凝土中 的外掺料，人们普遍认为混凝土中掺加外掺料只是为了降 低成本，作为使用者，从观念上自 然产生抵触情绪。 研究人员用正交法对混凝土裂缝的影响因素进行了显 著性分析。结果发现水胶比、外掺料掺量、养护条件等因 素中以养护条件为最显著，与此相比，其他因素均可忽略 不计。因此，要获得耐久的优质混凝土结构必须严加控制 施工质量。 4结 论 减少混凝土对环境破坏影响我们需做好以下工作。 ( 1 ) 梳理和修改原有相关法律法规，使之不再成为新 材料、新技术推广应用的障碍。对混凝土的强度，尤其是 基础部分和一些荷载就位期限较长的部位，混凝土以5 6 d ， 甚至 9 1 d的强度作为验收标准更加合理。在设计规范中， 明确对耐久性指标的要求，引导人们从耐久性的角度来评 价混凝土而不惟强度至上。 ( 2 )如何一方面加强环保立法 ，另一方面从政策上、 财政上鼓励环保投资，是政府应当考虑的问题。例如：对 混凝土行业中的再生集料生产厂、工业废渣利用的生产和 使用单位在建厂贷款和税收上实行优惠政策；在认可企业 资质时， 要求混凝土生产厂必须配有性能可靠的环保装置。 目 前，国产混凝土回收装置投资在 2 0万元以下，年回收 2 0 0 0 g 0 0 0 t 集料，3 0 0 0 6 0 0 0 t 水，节约垃圾清运费 和排污费 1 0多万元。通过它回收的集料含泥量非常低， 细集料还能直接用于拌制砂浆，省去了过筛成本，可实现 零排放。 ( 3 ) 组建培育技术含量高、机械化水平高的混凝土工 程专业施工企业。这类企业具有承包混凝土工程和供应混 凝土的双重能力，可减少混凝土产业链的中间环节，加大 施工过程的质量控制力度，避免质量纠纷。混凝土生产企 业在目 前微利情况下采取的低层次上的压价竞争，如果为 获取利润而不惜牺牲质量的话，对整个行业的发展十分不 利。专业化施工企业的组建，可为以上问题提供一揽子解 决办法。 收稿日 期： 2 0 1 1 年 7 月 5日 6 2 o l 1 粉煤灰 3 9