绿色高性能混凝土与建筑工程材料的可持续发展

张宇 范建超 黄京胜

北京市建设工程质量第一检测所有限责任公司 北京 100039

引言

现阶段我国建筑行业发展以绿色化、可持续为主要方向，纵观当前建筑工程建设，作为影响工程环保性的主要因素之一，工程材料的选用应符合环保要求，进而为建筑工程的生态环保建设提供支撑。其中绿色高性能混凝土的应用，可在保证建筑工程施工符合质量控制要求的基础上，实现对施工污染的有效抑制，降低建筑工程对周边环境的影响和污染。鉴于此，探讨建筑工程材料中绿色高性能混凝土的应用与发展，对助力我国建筑事业的可持续发展有着重要影响。

1 绿色高性能混凝土概述分析

1.1 特性分析

现阶段建筑工程建设中绿色高性能混凝土应用愈发普遍，其主要特性表现为：一是耐久性、稳定性强。不同于常规混凝土材料而言，绿色高性能混凝土能够通过对矿物质超细粉、减水剂等物质的添加，来优化混凝土黏结度与密实度，以保证建筑耐久性、稳定性控制符合要求[1]。二是节能环保特点。传统混凝土的制备过程中需要消耗大量的能源，而绿色高性能混凝土采用能源高效的生产工艺，如高炉矿渣混凝土和高性能掺合料等，可实现减少碳排放和能源消耗。同时，绿色高性能混凝土还具备较低的热传导性能，能够提高建筑物的隔热性能，减少能源在空调和供暖方面的使用。三是资源可持续利用。建筑施工中利用绿色高性能混凝土来取代常规材料，可达成资源可持续利用目标。在实际生产中，通过优化原材料的使用和生产工艺，减少对天然资源的需求，如采用替代材料可以减少对石灰石和石膏等原材料的依赖。另外，还可借助粉煤灰和矿渣等废弃物来减少对有限资源的消耗[2]。四是延长建筑运行年限。得益于绿色高性能混凝土的应用，能够加强对建筑强度和耐久性的控制，能够承受更大荷载并适应严酷环境条件，减少建筑物的维修和更换频率，进而在抑制资源消耗和废弃物产生，实现将建筑维护成本控制在预期范围内。

1.2 制备分析

1.2.1 原材料选用。绿色高性能混凝土性能体现受到原材料选用的直接影响，鉴于此，在制备绿色高性能混凝土材料时，需考虑到以下几点：一是水泥替代材料。即在制备绿色高性能混凝土时，需考虑对水泥材料的替代，如矿渣、粉煤灰和二氧化硅灰等，以减少对传统水泥的需求，并达成降低碳排放和能源消耗目标。如利用矿渣制备混凝土来减少废弃物的产生，并优化混凝土耐久性和力学性能[3]。二是掺合料选用。绿色高性能混凝土效果体现与掺合料选用之间存在密切关联，对此可借助硅灰、粉煤灰和矿渣等掺合料来改善混凝土的流动性、减少水灰比、提高强度和耐久性。同时，掺合料选用还有助于减少对水泥的使用量，降低碳排放，如利用粉煤灰制备混凝土来降低对天然资源的消耗。三是骨料选择。骨料选择是否合理关乎绿色高性能混凝的作用发挥，对此可使用再生骨料来减少对天然骨料的需求，并改善混凝土的强度、耐久性和抗裂性能。四是化学控制剂。通过对化学控制剂的合理应用，来实现混凝土性能改善。如依托于减水剂可以提高混凝土的流动性，降低水灰比，提高强度和耐久性，或借助减缩剂来抑制混凝土收缩和开裂现象发生[4]。

1.2.2 生产工艺与技术。绿色高性能混凝土植被是否符合要求，与生产工艺技术应用之间存在密切关联，鉴于此，需在结合相关生产标准、条件的分析，借助有效工艺技术来提升混凝土制备水平。首先，优化混凝土配合比设计。绿色高性能混凝土制备成效受到配合比设计的直接影响。对此需提高对设计配合比控制的重视度，以确保混凝土的强度、流动性和耐久性，在实际设计过程中，要求相关人员充分考虑到水灰比、水胶比、掺合料的比例和骨料的粒径分布等因素，以期混凝土性能控制符合要求。其次，搅拌与混合作业高效开展。为保证混凝土生产符合预期要求，可视情况借助高效搅拌与混合技术来加强混凝土均匀性、稳定性控制。当前绿色高性能混凝土拌制中，常用搅拌设备涉及强制式搅拌机和搅拌车。在搅拌过程中，需要控制搅拌时间、搅拌速度和搅拌顺序，以确保混凝土的均匀性和流动性。再次，优化控制固化过程。为进一步加强绿色高性能混凝土的制备水平，需要控制适当的湿度和温度，以确保混凝土的强度和耐久性[5]。对此可结合生产需求的分析，借助常规湿养护、蒸汽养护和化学养护措施来提升其固化效果。最后，质量控制与检测 绿色高性能混凝土的制备过程中，质量控制和检测是必不可少的环节。通过严格的质量控制和检测，可以确保混凝土的性能和一致性。常用的质量控制和检测方法包括原材料检测、混凝土抗压强度测试、流动性测试和耐久性测试等。

2 绿色高性能混凝土在建筑工程的应用

2.1 结构工程应用

得益于绿色高性能混凝土的有效应用，能够在加强结构工程质量控制的同时，促进其工程效益的最大化体现，具体包括：

2.1.1 高层建筑结构。因绿色高性能混凝土的强度和耐久性较高，可以满足高层建筑对结构材料的高要求。在实际施工中，可借助绿色高性能混凝土来增加结构的承载能力和抗震性能，提高建筑的安全性和稳定性[6]。

2.1.2 桥梁和隧道工程。作为当前桥梁和隧道工程中主要材料之一，绿色高性能混凝土具备的耐久性、抗腐蚀性能可延长桥梁和隧道的使用寿命。同时，绿色高性能混凝土的高强度和抗裂性能，可以满足桥梁和隧道对结构强度和稳定性的要求。

2.1.3 堤坝和水利工程。相较于常规混凝土的应用，绿色高性能混凝土的强度和抗渗性能效果显著，可有助于增强堤坝的稳定性和抗冲刷能力。同时，绿色高性能混凝土的耐久性和抗腐蚀性能可以适应水利工程中恶劣的环境条件，延长工程的使用寿命。

2.1.4 节能建筑结构。得益于绿色高性能混凝土应用，可利用其隔热性能来降低建筑物的能耗，减少对空调和供暖系统的依赖。此外，绿色高性能混凝土的高强度和耐久性可以实现更轻薄的结构设计，减少建筑材料的使用量，降低对资源的消耗。

2.2 基础设施工程应用

当前基础设施工程建设中绿色高性能混凝土应用较为常见，可凭借其优异性能与环保特点，来增大基础设施工程社会、生态效益创造。纵观当前绿色高性能混凝土在基础设施工程中的应用，具体表现为。

2.2.1 道路和桥梁。纵观当前道路和桥梁工程建设，绿色高性能混凝土多应用于路面和桥梁的结构，因其强度和耐久性能显著，可满足道路和桥梁对承载能力和抗冲刷能力的要求。同时，绿色高性能混凝土的抗裂性能和抗渗性能可以延长路面和桥梁的使用寿命，减少维护和修复成本。

2.2.2 港口和码头设施。在港口和码头设施的建设中，防波堤、码头墩、堆场地面等结构施工均涉及对绿色高性能混凝土的有效应用，凭借其优异的耐蚀性和耐久性能来应对海水侵蚀和恶劣环境的挑战。同时，借助该材料的高强度和稳定性能可保证港口和码头设施的安全、可靠运行。

2.2.3 隧道和地下工程。在隧道和地下工程中，绿色高性能混凝土的应用可满足隧道和地下结构对承载能力的要求，可保证工程结构的抗渗性能和耐久性能可应对地下水压力和化学侵蚀，保证隧道和地下工程的稳定性和安全性。

2.2.4 铁路和轨道交通。在铁路和轨道交通建设中，铁路道床、轨道基底和站台等结构的施工可加大对绿色高性能混凝土的应用力度，可保证工程结构强度和耐久性能控制符合预期要求，凭借其材料的抗裂性能和抗冲刷性能来降低列车振动和冲击荷载的影响，以促进铁路和轨道交通的可持续发展。

3 建筑工程材料中绿色高性能混凝土的可持续发展

3.1 技术创新与改进

随着环保理念在我国建筑工程领域的全面渗透，绿色高性能混凝土的持续创新与改进，已然是推动建筑事业可持续发展的关键所在。鉴于此，需结合以下几点来促进混凝土材料的创新、改进发展。

一是型掺合料的研发。为实现对碳排放和资源消耗的优化控制，研发新型的水泥替代材料是实现技术创新的重要前提。鉴于此，应尽可能利用工业废弃物、粉煤灰、矿渣等作为掺合料，以降低对天然资源的依赖，并实现对混凝土性能的有效改善。

二是纳米技术的应用。要想进一步推动绿色高性能混凝土的创新，可通过添加纳米颗粒来改善混凝土的力学性能、耐久性和抗裂性能。同时，纳米材料还可以提高混凝土的自洁性和抗污染性能，使其更适用于城市环境。

三是混凝土的自修复能力。即以自修复为方向，加大对绿色高性能混凝土的研发力度，通过添加微胶囊、纤维和微生物等物质，可实现混凝土在受损后自动修复的功能，继而在延长混凝土使用寿命的同时，减少维修和更换的成本。

四是数字化设计和施工技术。可促进数字化设计和施工技术与绿色高性能混凝土的融合发展，以建模和仿真软件为前提，优化混凝土的配合比设计，提高结构的性能和耐久性。

3.2 可持续发展趋势需求

环境可持续发展背景下，绿色高性能混凝土要想达成可持续发展目标，需明确界定自身发展趋势与需求，具体为：①碳排放和能源消耗的减少。即将碳排放和能源消耗控制作为可持续发展目标之一，未来发展过程中，需提高对低碳材料研发和应用的重视度，如采用水泥替代材料和高效能源利用的混凝土施工工艺，以降低碳足迹和减少能源消耗。②废弃物管理和资源回收利用。在多方面因素的影响下，使得混凝土制备不可避免的产生一定数量废弃物。鉴于此，需在研究、创新过程中更加关注废弃物的管理和资源的回收利用。并致力于开发新的工艺，将废弃物转化为可再生的混凝土掺合料，以实现对天然资源的有效取代。③混凝土的耐久性和维护成本。可持续发展目标的实现，需以建筑材料长寿命、低维护成本为前提。所以需将混凝土耐久性和抗老化性能的提升作为研究重点，减少维修和更换的频率和成本，可通过改进材料配比、添加耐久性掺合料和自修复技术等手段实现。④绿色认证和标准的推广。为推动可持续发展，绿色认证体系和标准将在绿色高性能混凝土发展中发挥重要作用。鉴于此，需在混凝土的生产、应用中依托于绿色认证与标准，来强化监管和评估工作开展，以鼓励企业采用环保的生产工艺和材料，确保绿色高性能混凝土的质量和可持续性。

4 结束语

综上所述，绿色高性能混凝土已然成为现阶段建筑工程建设的关键材料之一，是助力我国建筑领域环保化、可持续发展的重要支撑。鉴于此，需在明确绿色高性能混凝土特性的基础上，做到对混凝土制备与应用的深度剖析，并立足可持续发展视角加大对绿色高性能混凝土的研发力度，进而为建筑工程的高品质、高效益建设提供保障。