对新型绿色高性能混凝土的研究

王子萌 中建八局装饰工程有限公司物质主管 助理工程师

引言：

从1824年波特兰水泥发明开始，混凝土材料至今已有100多年的历史，以水泥为胶结材的混凝土也取得了巨大的发展，由普通混凝土向高性能混凝土发展。从20世纪以来，混凝土就己成为房屋建筑、桥梁、水利、公路等现代工程结构首选材料，作为土木工程中最大宗的人造材料，其用量巨大。据统计，当今我国每年混凝土用量约109m3，并且随着我国近年来工业化、城市化进程的加快，用量将继续快速增长。

1 绪论

高性能混凝土是近20余年发展起来的一种新型混凝土。欧洲混凝土学会和国际预应力混凝土协会将HPC定义为水胶比低于0.40的混凝土；在日本，将高流态的自密实混凝土（即免振混凝土）称为HPC；中国土木工程学会高强与高性能混凝土委员会将HPC定义为以耐久性和可持续发展为基本要求并适合工业化生产与施工的混凝土。虽然不同的国家、不同的学者或工程技术人员对HPC的理解有所不同，比如美国学者更强调高强度和尺寸稳定性，欧洲学者更注重耐久性，而日本学者偏重于高工作性。但是他们的基本点都是高耐久性，这方面的认识是一致的。

水泥混凝土是当代最大宗的人造材料，对资源、能源的消耗和对环境的破坏十分巨大，与可持续发展的要求背道而驰。绿色高性能混凝土研究和应用较多的是粉煤灰混凝土。粉煤灰混凝土与基准混凝土相比，大大提高了新拌混凝土的工作性能，明显降低混凝土硬化阶段的水化热，提高混凝土强度特别是后期强度，而且节约水泥，减少环境污染，成为绿色高性能混凝土的代表性材料。

混凝土能否长期作为最大宗的建筑结构材料，关键在于能否成为绿色材料，绿色高性能混凝土应具有以下特征：更多地节约熟料水泥，减少环境污染，更多地掺加工业废渣为主的细掺料，更大地发挥高性能的优势，减少水泥与混凝土用量。

混凝土的绿色含量，着眼于混凝土的可持续发展，绿色高性能混凝土由于具有良好的性能与环境协调性，已成为混凝土产业未来发展方向。

2 高性能混凝土绿色化的途径

如何发展绿色混凝土，许多学者提出了许多中肯的意见和建议现归纳如下。

（1）加强混凝土科研开发、标准制定、工程设计和施工人员等的环保意识，加大绿色概念的宣传力度，以引起混凝土工程领域各个环节的高度重视。

（2）大力发展高标号熟料水泥生产，提高高标号熟料在整个熟料生产中的比重；研究改进熟料矿物组分，对传统的熟料矿物、水泥进行改性、改型发展生产能耗低的新品种，调整水泥产品结构，及发展满足配制高性能混凝土和绿色高性能混凝土要求的水泥，并在满足这一要求的前提下，尽量减少混凝土中的水泥用量；研究开发、改进、提高和发展水泥生产工艺及技术装备，采用新技术、新工艺、新装备改造淘汰落后技术和装备，以提高水泥质量，达到节能、节约资源的目的。

（3）大力发展人造骨料，特别是利用工业固体废弃物粉煤灰、煤矸石生产制造轻骨料；积极利用城市固体垃圾，特别是拆除的旧建筑物和构筑物的废弃物混凝土、砖、瓦及废物，以其代替天然砂石料，减少砂石料的消耗。

（4）更新传统的混凝土设计方法，提高施工质量意识，严格施工，以保证混凝土的施工质量。

（5）研究和制定绿色高性能混凝土的设计规程、质量控制方法、验收标准、施工工艺等。

（6）加强对绿色高性能混凝土配套技术的研究开发，使之向理想化发展，并使其适合于各种应用场合，扩大其应用范围。着重解决高性能混凝土和绿色高性能混凝土由于低水胶比引起的自收缩问题、进一步水化造成的裂纹问题、由于高强度带来的脆性问题等。

（7）制定有关国家法律、政策，以保护和鼓励使用绿色高性能混凝土。

（8）成立有关绿色高性能混凝土专门的研究、开发、推广、质量检验和控制的机构。

（9）加强水泥混凝土行业与其它行业部门的协调，减少推广应用高性能混凝土和绿色高性能混凝土的阻力。

（10）加强调查研究，开展大范围的工程调查。弄清目前在高性能混凝土和绿色高性能混凝土研究和应用中存在的主要问题、经验教训，制订相应的对策和计划。

3 绿色高性能混凝土的发展展望

HPC 是近一二十年才提出的。它的出现把混凝土技术从经验技术转变为高科技，代表着当今混凝土发展的总趋势。 其特点集中表现为具有大流动性、高强度、高耐久性、低水化热、高体积稳定性等多方面的优越性能。 从强度而言，抗压强度大于C60的混凝土即属于高强混凝土。 提高混凝土强度是发展高层建筑、高耸结构、大跨度结构的重要措施。采用高强混凝土，可以减小截面尺寸，减轻自重，因而可获得较大的经济效益，而且高强度混凝土一般也具有良好的耐久性。

随着HPC的开发和应用， 建筑对生态环境产生的影响正引起社会的关注。建筑物在建造和运行的过程中需消耗大量的自然资源和能源，并对环境产生不同程度的影响。有专家指出， 作为建筑工业主要原料的水泥，实际上是一种不可持续发展的产品。因此，高性能混凝土的技术核心是在限制水泥用量以获得混凝土高性能的同时，坚持其可持续性的发展原则。21世纪前后， 吴中伟等提出了绿色混凝土的概念，在高性能混凝土的基础上增加了三个含义：（1）节约资源、能源；（2）不破坏环境，更有利于环境；（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要的能力。大力开展绿色高性能混凝土的研究和应用高性能混凝土具有普通混凝土无法比拟的优良性能，对混凝土的发展将起重要作用， 并为HPC的发展指明了非常明确的方向。

在节材方面，如果能够将目前使用的钢材和混凝土提高一个强度等级，则可以获得明显的经济效益和社会效益。粗略计算，到2010年，仅通过推广应用高强钢和高性能混凝土，就可节省资金约596.94亿元，同时产生间接经济效益144.18-216.27亿元/年，合计可节约640-810亿元/年。另外，采用高强材料，可以提高施工作业效率，提高建筑质量，延长使用年限，减少维护使用费用，解决了建筑结构中肥梁胖柱问题。这样不仅能增加建筑使用面积，增大建筑使用空间，也可以使结构设计更加灵活，提高建筑使用功能。推广应用高强钢和高性能混凝土，在建设阶段可以节约钢材和混凝土，减少资源和能源的消耗量，进而减少二氧化碳、二氧化硫等有害气体和废渣的排放。据有关专家统计分析，节约1吨钢材可以节省电能300千瓦时、标准煤0.70吨，节约1吨水泥，可以节省电能110千瓦时、标准煤0.2吨。比照以上数据，到2010年，通过推广应用高强钢和高性能混凝土，则每年可节省电能58.56亿千瓦时、标准煤1120.2万吨，大量减少二氧化碳排放。

随着HPC的开发和应用， 建筑对生态环境产生的影响正引起社会的关注。建筑物在建造和运行的过程中需消耗大量的自然资源和能源，并对环境产生不同程度的影响。有专家指出， 作为建筑工业主要原料的水泥，实际上是一种不可持续发展的产品。因此，高性能混凝土的技术核心是在限制水泥用量以获得混凝土高性能的同时，坚持其可持续性的发展原则。21世纪前后， 吴中伟等提出了绿色混凝土的概念，在高性能混凝土的基础上增加了三个含义：（1）节约资源、能源；（2）不破坏环境，更有利于环境；（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要的能力。大力开展绿色高性能混凝土的研究和应用高性能混凝土具有普通混凝土无法比拟的优良性能，对混凝土的发展将起重要作用， 并为HPC的发展指明了非常明确的方向。

4 结论与展望

高性能混凝土的研究与开发应用，对传统混凝土的技术性能有了重大的突破，对节能、工程质量、工程经济、环境与劳动保护等方面都具有重大的意义。可以预期，高性能混凝土在工程上的应用领域将迅速扩大，并取得更大、更多的技术经济效益。

本文认为随着社会的发展，高层建筑、大跨桥粱、港口建筑等多种薄形结构将会大量涌现，国内外应用高性能混凝土建造的工程将越来越多，由于高性能混凝土的高强度，高耐久性和高工作性满足了现代建筑的需求。纳米混凝土、再生混凝土、免振捣自密实高性能混凝土等都是绿色高性能混凝土。绿色高性能混凝土已被广泛应用于市政工程、民用建筑和工业建筑，与普通混凝土相比，高性能混凝土具有更好的施工性能和耐久性，同时可以更多地利用工业废渣及其它废弃物，有良好的经济指标和环保意义，因此，绿色高性能混凝土是混凝土的发展方向。