绿色化混凝土的前景

朱庆冲　李霈文　张江华　吴伟民

摘 要：介绍了绿色混凝土的特点及发展应用现状，结合现阶段混凝土生产技术水平，从非再生资源的节约、废弃资源的利用、耐久性、环保化等几个方面讨论了混凝土绿色化的发展途径。

关键词：绿色化；掺合料；再生；寿命

混凝土的绿色化就是指混凝土在生产过程和应用过程的绿色化，既在保证混凝土性能的前提下，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，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。

1 绿色混凝土应用现状

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入，减少了水泥的用量，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，改善混凝土和易性。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，在国外已经得到了很多工程应用。

2 混凝土的绿色化发展途径及趋势

1.选择优质水泥与矿物掺合料

近年来，我国水泥产量增长速度十分惊人。然而工业废渣的利用在建筑业占主导作用，如：粉煤灰、高炉矿渣、固硫渣等工业废渣。如果把这些工业废渣大量的应用到水泥混凝土中代替一部分水泥，可以在很大程度上减少资源和能源消耗。由此可以看出降低水泥用量，大量利用工业废渣，将大大减少由于混凝土越来越大需求带来的资源和能源的消耗，利于环保和可持续发展。同时，改变水泥品种，降低混凝土中水泥用量，将大大减少混凝土生产使用过程中产生的问世气体排放和粉尘污染，降低水热化、减少收缩开裂的趋势。对混凝土绿色化具有积极意义。

下面具体举出一个比较新颖的例子——碱矿渣水泥混凝土。碱矿渣水泥是由磨细矿渣或磷渣、钢渣等和碱性激发剂混合而制成的一种新型胶凝材料。与目前的硅酸盐水泥相比， 碱矿渣水泥混凝土具有高强、耐久、节能、充分利用工业废渣和自然资源的特点，。

矿渣粉在用于配制预拌混凝土时，不但可以高比例的等量替代水泥（一般可代替30%～50%的水泥），而且可以大大改善混凝土的性能，如泌水少、流动度和可塑性好，水化热降低，有利于防止大体积混凝土内部温升引起的裂缝和变形。掺有矿渣微粉的硬化混凝土具有良好的抗硫酸盐、抗氯盐、抗碱性能，并且能大幅度提高长期强度，具有良好的耐久性，可达到节能、降本、环保等目的。

2.加强建筑垃圾的再生利用

（1）建筑垃圾简单处理的隐患

因缺乏统一完善的建筑垃圾管理办法和规范的处置场所，建筑垃圾多采取扔弃、填埋等简单方式处理。一些小的建筑单位在城区附近公路旁，随意找片空地就把建筑垃圾丢弃了事，特别在城乡接合部，建筑垃圾乱堆、乱倒、乱填、乱埋现象屡禁不止。倾倒填埋建筑垃圾不仅占用大量土地，污染城市环境，而且随着建筑垃圾中污染物质的挥发和渗透，也会对地表水、深层水造成不同程度的影响。同时，建筑垃圾在堆放过程中，一些有机物发生分解，产生有害气体，少量可燃物在焚烧中可产生有毒气体，这些气体包裹着细菌、粉尘随风飘散，对大气造成污染。建筑垃圾中的胶、涂料、油漆不仅是难以生物降解的高分子聚合物材料，还含有有害的重金属元素。这些废弃物被埋在地下，会造成地下水的污染，直接危害到周边居民的生活。可见，建筑垃圾给城市环境与人们身体健康带来的污染与影响巨大，让建筑垃圾变废为宝的研究与工作迫在眉睫。

（2）建筑垃圾再利用途径与前景

建筑垃圾成分比较复杂，其中有废弃混凝土、废钢筋、废砖、废砂浆等，欧美、日本的学者大量研究了再生骨料混凝土的性能，研究结果表明再生骨料混凝土用于工程结构是可行的。报道日本的清水建设公司和东京电力公司共同研究开发了废弃混凝土砂浆和石子的分离技术，使这些废弃材料得到合理有效的利用。具体工艺是先将混凝土废料破碎成≤40 mm 的颗粒，再在300 ℃温度下进行预热处理，然后，在特殊机械作用下使水泥砂浆和石子分离，石子分离后可生产混凝土；而分离出来的砂浆可以制成干混砂浆，还可以粉磨之后作为矿物掺合料，也可用于制造再生水泥。

我国在废弃混凝土的利用方面起步晚，目前只是用于一般性回填或是破碎分级处理后替代部分天然骨料用于地基加固、道路垫层和面层。实际上我国废弃混凝土的再生利用远不如国外广泛，大量可以利用的建筑垃圾被填埋，这既是一种资源浪费，又给城市的发展和环境造成不利因素。因此，大力加强废弃混凝土的利用，减少建筑垃圾的浪费及其对环境的污染，也是今后混凝土绿色化的方向之一。

3.提高混凝土安全使用寿命

由于混凝土建筑物因各种原因产生早期破坏时有发生。随着经济的发展和环保意识的提高，使人们逐渐认识到延长混凝土建筑物的安全使用寿命不仅是最经济的措施，也是减少环境污染的有效途径。于是提高混凝土的安全使用寿命，将会减少大量建筑垃圾的产生，实现环境保护。

混凝土的耐久性是指混凝土保持长期性能稳定的能力，影响混凝土的使用寿命的主要因素包括混凝土碳化、钢筋锈蚀、冻融破坏、碱集料反应、侵蚀性介质腐蚀五个因素。这五个因素可分为内部因素（钢筋锈蚀、碱集料反应）和外部因素（混凝土碳化、冻融破坏、侵蚀性介质）。

1.内部因素

钢筋锈蚀和碱集料反应二者发生的主要解决方法都是控制材料的选择，前者是要控制好混凝土中的氯离子的浓度，当pH值小于9时，钢筋将会发生锈蚀：后者是要尽量降低混凝土凝胶中的碱性物质，控制含活性成分的骨料的含量。

2.外部因素

外界环境不利影响因素（二氧化碳、腐蚀性化学介质等）会通过混凝土的内部毛细孔加快侵蚀速度，所以有机硅侵入性混凝土保护剂应运而生。吴中伟院士认为：一定尺寸与分布的孔与混凝土的某些性能有关，可以通过调整孔结构达到所要求的性能，也可用孔的网络结构来改善混凝土的性能。有机硅侵入性混凝土保护剂是采用高渗透性硅烷和硅氧烷材料，结合溶液-溶胶-凝胶（SSG）技术，能侵入混凝土内部与硅酸盐材料结合，在深度数毫米内堵塞混凝土毛细孔，形成三维交联有机硅聚合物混凝土，提高混凝土密实性，阻止外界不利因素的侵入。作为全球有机硅化学领域的主要生产商和技术领导者德国瓦克化学公司研究了一种新型有机硅侵渍剂，该侵渍剂的作用机理是在混凝土内部形成憎水性的有机硅树脂网络，减少水分、盐分的侵入，从而可以保护混凝土免受到外部环境的侵蚀，据悉这项技术已经被应用于上海中环线浦西段高架桥的防撞墙和隔离带。

3 结语

混凝土是土木工程中用途最广、用量最大的一种建筑材料。利用现代新技术、大力发展新工艺、新设备；广泛利用工业废渣作原材料等，都是今后需要不断解决的课题。随着节能环保的思想越来越被人们重视，占用的巨大社会资源量的建筑行业应该更加注重建筑材料的可持续发展，除了本文介绍的“选择优质水泥与矿物掺合料、加强建筑垃圾的再生利用 、使用海砂、再生骨料等多种代用骨料、提高混凝土安全使用寿命”等方法，仍有许多既节能环保又能保证混凝土使用性能的方式未能一一列出。混凝土绿色化是建筑行业实现可持续发展的主要任务与难题。节约资源，循环利用，实现混凝土绿色化是造福子孙后代的重要任务。

参考文献

[1]吴中伟.绿色高性能混凝土—混凝土的发展方向[J].混凝土与水泥制品，1998（1）：3-6.

[2]李春晖，牛荻涛.矿物细掺料对高性能混凝土碳化性能的影响[C]第六届全国土木工程研究生学术论坛，清华大学，2008