绿色混凝土的研究现状分析.pdf

第 3 7卷 第 2期 2 0 1 0年 2月 建筑技术开发 Bu i l d i n g Te c hn i qu e De v e l o p me n t Vo 1 3 7， No 2 Fe b 2 O1 0 绿 色混凝 土 的研 究现 状 分 析 莫晓东 ( 广 东工业大 学土木 与交通 工程 学院 ， 广 州 5 1 0 0 0 6 ) 摘要 主要介绍 了绿 色混凝 土含义 和特点 ， 分 析 了绿色混 凝土 的分类 及研 究现状 ， 对 绿色混 凝 土 的发 展提 出 了 建议 。 关键词 绿色混凝土 ； 绿色高性 能混凝土 ； 再 生骨料混凝土 ； 环保 型混凝土 中图分类号 T U 5 2 8 5 9 文献标 志码 A 文章编号 1 0 0 1 5 2 3 X( 2 0 1 0 ) 0 2 - 0 0 5 7 - 0 3 ANALYS I S OF RECENT RES EARCH oN GREEN CoNCRETE A b s t r a c t K e y w o r d s Mo Xi a odo n g I n t h i s p a p e r， t h e me a ni n g a n d c h a r a c t e r i s t i c s o f g r e e n c o n c r e t e wa s p r e s e n t e d b r i e fly， a n d d e t a i l a na l y s i s wa s t a k e n t o t h e c l a s s i f i c a t i o n a n d c u r r e n t s t u di e s o f g r e e n c o n c r e t eF i n a l l y，s o me s u g g e s t i o n s a b o ut de v e l o pme n t o f g r e e n c o nc r e t e we r e g i v e n g r e e n c o n c r e t e ；g r e e n h i g h p e rf o r ma n c e c o n c r e t e ( GHP C) ；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 ； e n v i r o n me n t a l c o n c r e t e 随着社会生产力和经济高速的发展 ， 材料 生产和使用过 程 中资源过度开发 和废弃及其造成的环境污染 和生 态破坏 ， 对社会经济的可持续 发展 和人类 自身的生存 构成严 重的 障 碍和威胁 。1 9 8 8年 第一届 国际 材料联 合会 提出 了“ 绿 色材 料 ” 的概念 ， 1 9 9 2年在 巴西召开 了联合 国环境 与发展大会 ， 从此 ， 人类社会进 入了“ 保护 自然 、 崇尚 自然 ， 促进持续 发展” 为核心的绿色时代。 1 绿色和绿色混凝 土的含义 可以说 ， “ 绿色” 一词已经成为环保 、 节能 、 健康 、 效率 、 技 术进步 、 可持续发展等方面意义 的综 合。绿色的含义主要是 以下 3点 ： 1 ) 节约资源和能源 ； 2 ) 不破坏环境 ， 更应有利于环境 ； 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 。 综合 国内外研究 ， 一般认 为 ， 绿 色混凝 土是混凝 土绿 色 化的发展趋势 。绿色混凝 土一般 具有 比传 统混 凝土更 高的 强度和耐久性 ， 可 以实现非再生性资源的可循环使用 和有害 物质的从低排放 ， 既 能减少环 境污染 ， 又 能与 自然 生态 系统 收稿日期 ： 2 0 0 91 1 1 5 作者简介 ： 莫 晓东 ( 1 9 7 5 ) ， 男 ， 广东陆丰人 ， 毕业于广 东工业 大学， 本 科 ， 实验师 ， 实验教师。 协 调 共 生 。 2 绿 色 混凝 土 的特 点 与普通混凝土相 比较， 绿色混凝土的特点具有以下 4点 ： 1 ) 降低水泥用量 ， 大量利用工业废料； 2 ) 比传统混凝土材料有 更 良好 的力学性能和耐久性 ； 3 ) 具有与 自然环境 的协调性 ， 减轻 对环境 的负荷 ， 实现 非再 生性资源的可循环使用 ， 节约能源 ， 以及有害物质 的“ 零 排 放 ”； 4 ) 能够为人类 提供 温和、 舒适、 便捷和安全 的生存环境 。 3 绿色混凝土的研 究现状 3 1 绿 色 高性 能混 凝 土 高性能混凝土 的研究始 于 2 0世纪 8 0年代 末期 ， 当时是 为 了解决混凝土材料抗氯离子 的渗透 问题 ， 以防止因钢筋锈 蚀而导致混凝土结构性能 的严重劣化。 自2 0世 纪 9 O年代初 期 ， 加拿大矿物与能源技术 中心 ( C A N M E T) 开 始的高性 能混 凝土试验研究及美国混凝 土协会( A C I ) 和美 国国家标 准与技 术研究院( N I S T ) 领导的高性能混凝土研究工作和组 织的一系 列国际会议之后 。才真正在全世界范围内掀起 高性 能混凝土 ( H P C ) 材料的研究热潮 。在 1 9 9 7年 3月 ， 吴 中伟 院士首次提 出“ 绿色高性能混凝 土” 的概 念， 并指 出： 绿色 高性能混 凝土 ( G H P C ) 是混凝士的发展方 向， 更是混凝土的未来 。 高性能混凝土是一种新 型高技术混 凝土 ， 是在 大幅度提 高常规混凝土性能 的基 础上 ， 采用现代 混凝 土技术 ， 选用优 5 7 第 2期 莫 晓 东 ： 绿 色混 凝 土 的研 究现 状 分 析 第 3 7卷 质原料 ， 在妥善 的质量管理 条件下所制成 的 ， 除水 泥、 集 料、 水 以外 ， 必须采用低水灰 比， 掺加足 够的细掺 料与高效 外加 剂 。H P C应 同时保证下列各种性 能： 耐久性 、 工作性 、 各种力 学性能 、 适用性 、 体积稳定性与经济合理性 。 高性能混 凝土虽然在诸多性能上 比普通混凝土优越 ， 但 它仍不是完善 的混凝土或理想的混凝 土 ， 其最 为突出的弱点 是 自收缩大和脆性增大 。 3 2再 生 骨 料 混凝 土 由于混凝 土是各项建设工程 中用 量最大的建筑材料 ， 尤 其是近年 ， 全世界混凝 土年使用量 达数 十亿 吨 ， 我 国的混凝 土用量则居全球之冠 ， 年用量超 过 2 O亿 吨 ， 其 中骨料 含量约 占7 0 ， 为此要 消耗 自然界大量的资源 。世界上每年拆除的 废旧混凝 土、 工程建设产 生废弃混 凝土 、 混凝土 预制构件 厂 排放的混凝土等均会产生巨量 的建筑垃圾 ， 全世界从 1 9 9 1 2 0 0 0年 的 1 O年间 ， 废混凝土总量 超过 1 0亿 吨。我 国每年施 工建设产生 的建筑垃圾达 4 0 0 0万 吨 ， 产 生的废混凝土 就有 l 3 6 0万吨 ， 清运处理工作量大 ， 环境污染严重 。为 了更 好地 回收利用废混凝土 ， 可将废混凝土经过特殊处理工 艺制 成再 生骨料 ， 用其部分或全部代替天然骨料 ( 砂石 ) 配制成再 生混 凝土。利用再生骨料配 制再生混 凝土 已被 看作是 发展绿 色 混凝 土的主要措施之一 ， 也称 再生 骨料混凝 土 ， 再 生混凝 土 技术 能够解决废混凝土的出路问题 ， 既减轻废混凝土对环境 的污染 ， 保护生态环境 ， 又节省天然骨料资 源， 缓解骨料供求 矛盾 ， 减少 自然资源和能源的消耗 ， 具有显著 的社会 、 经济 和 环境效益 ， 符 合可 持续 发展 的要求 ， 是发展绿 色混 凝土 的主 要途径之一 ， 有利于混凝土工业 的可持续发展 。 但是 ， 利用再生骨料制造混凝土 的能量消耗并不 比使用 天然骨料节省 ， 相反还要耗费一定 的机械设备和人力 ， 而且 ， 再生 骨料 与天然骨料 相 比， 孔 隙率大 、 吸水性强 、 强度低 ， 因 此再 生 骨 料 混 凝 土 与 天 然 骨 料 配 置 的 混 凝 土 的 特 性 相 差 较 大 ， 这是应用再生骨料混凝土时需要注意 的问题。 3 3 环保 型 混 凝 土 环保型混凝土是指能够改善和美化环境 ， 对人类与 自然 的协调具有积极 作用 的混凝土材 料。这类混凝 土 的研 究和 开发刚起步 ， 它标志着人类在处理混凝土材料 与环境的关系 过程 中采取了更加积极 、 更加主 动的态度 。 目前所研究 的开 发 的品种主要有透 水、 排水性混凝 土 ， 绿化植 被混凝 土和生 态净水混凝土等。 值得 一提 的是 ， 受 国外科技成果启发 ， 我 国 自 1 9 9 7年起 开始研究 生态混凝土材料 ， 自主开发 了一套生态混凝 土污水 处理技术 ， 用材料科学 的方法来解决水污染 问题。经过多年 的探索和试点应用 ， 证实生态混凝土是解决水污染 问题 的一 个有效而经济 的途径。 3 4 机敏 型 混凝 土 机敏型混凝土是指具有感知 、 调节和修复等功 能的混凝 土， 它是通过在传统的混凝土组分 中复合 特殊的功能组分而 制备 的具有本征机敏特 性的混凝 土。机敏 型混凝 土是信息 5 8 科学 与材料科学相结合的产物 ， 其 目标不仅仅是将混凝土作 为具有优 良力学性能的建筑材料 ， 而且更注重混凝土 与 自然 的融合 和适应性 。 目前国 内外正 在研究 的仿 生 自诊断 和 自修复机敏型混 凝土是模仿生物神经 网络对刨 伤的感知 和生物组 织对创 伤 部位愈合 的机能 ， 在混凝 土传统组分 中复合 特殊组分 ( 如仿 生传感器 、 含粘结剂 的液芯纤维等) ， 使混凝土 内部形成智能 型仿生 自诊断 、 自愈合神经网络系统。当混凝土 内部 出现损 伤时， 仿生传感 器可 以及 时预警 。当内部 出现 微裂纹 时 ， 部 分液芯纤维破裂 ， 粘 结剂 流出渗入 裂缝 ， 使混凝土 裂缝重新 愈合 ， 恢复并提高混凝土材料的性能。 4 绿 色 混凝 土 研 究 发 展 建 议 4 1 降低 水泥 用量 大力发展 高等级熟料水泥生产 ， 提高高等级熟料在整个 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。 4 2 使 用再 生 骨 料 和人 造 骨料 大力发展再生骨料和人造骨料 ， 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 的废弃砂 石料 的消 耗。 开采 天然骨料对 自然环境造成了严 重的破坏 ， 落后 的废 弃混 凝土处理方法造成 了资 源的极 大浪费。发展再 生混凝 土技 术 ， 可 以有效的改观这一 现状 ， 再生混凝 土技 术既能解 决废 旧混凝土的处置 问题 ， 又能节省 天然砂 石， 解决 部分环 境问 题 ， 具有明显的社会效 益、 经济效 益和环保效益 。 4 3 提 高混 凝 土 综合 性 能 改善水泥 混凝 土材料 的耐 久性 ， 在 科学 技术 进 步 的今 天 ， 混凝土耐久性 问题却一直被认为是技术上未能解决 的难 题 ， 混凝土耐久性指标被定在 3 0年到 5 O年 ， 最多也不过 1 0 0 年到 2 0 0年 ， 这是对 资源 的极 度浪 费 !应从原 材料 、 施工技 术、 设计导向等方 面提高人 们对混 凝土耐 久性 问题 的重视 ， 防止许多城市年年建年年拆 的现象延续。应从 根本上认识 ， 提高混凝土耐久性 ， 保证或延长建筑物安全使用期 能是减 少 资源浪费 ， 保证 可持续发展的重要手段 。 5 结 语 绿色 混凝 土材料是 实现建筑业 最大宗建 筑材料可持续 发展 的重要发展方 向， 其与普 通混凝 土相 比， 不仅 能降低混 凝土制造时与使用过程 中的环 境负荷 ， 而且 可以保护 生态、 美化环境 、 提高人们居住环境 的舒适 和安全性 。我 国应对此 加大研究与开发力度 。 参 考 文献 1 姚武 绿色混凝土 北京 ： 化学工业 出版社 ， 2 0 0 5 第 3 7卷 莫晓东： 绿 色混凝 土的研 究现状分析 第 2期 2 姚武 ， 吴科如 智能混凝土的研究现状及其发展趋 势 J 新 型建 筑材料 ， 2 0 0 2 ， ( 1 0 ) ： 2 2 2 4 3 姚武 环保型多功能混 凝土 的研 究 上海 市科技发 展研究报 告 ， 上 海 ： 2 0 0 4 4 吴 中伟 绿色高性能混 凝土与科 技创新 建 筑材料 学报 ， 1 9 9 8 ， 1 ( 1 ) ： 1 7 5 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， 1 9 9 8， ( 1 ) ： 36 6 王仙伟 未 来的新兴 材料 生态混凝土 J 今 日科苑 2 0 0 7 ， ( 2 ) ： 6 7 6 7 7 陈志山 ， 陈荷 生 生 态 混凝 土 净水 新 技术 D 1 上海 环 境科 学 ， 2 0 0 2， 2 1 ( 5 ) ： 3 0 23 0 4 8 范小平 ， 徐银芳 再 生骨 料混 凝土 的开发 利用 建筑技 术开 发 ， 2 0 0 3， 3 0 ( 1 0) ： 4 6 4 7 9 孙跃东 ， 肖建庄 再 生混凝土骨料 混凝 土， 2 0 0 4 ， ( 6 ) ： 3 3 3 6 1 O 奚新国 生态 环境友 好 型混凝 土 的研究 现状与 展望 混凝土 2 0 0 2， ( 8 ) ： 6 8 1 1 刘小艳 ， 姚 武， 郑晓芳 混 凝土损伤 自愈合性 能的试验 研究 建 筑材料学报 2 0 0 5， 8 ( 2 ) ： 1 8 41 8 8 ( 上 接 第 4 4 页) 以上数据表明在沥青混凝土 中加设土工格栅作用明显。 2原有管线 的保护 能否保护好旧路改造 中的原有 的各种综合 管线 ， 关 系到 工程成本 ， 同时也关系到工程进度 以及施工 队的安全。 以厦 门市杏林城 区道路改造工程 的一 次管线事故为例 。 在一次沟槽开挖过 程中挖破 了管径 3 0 0 mm的 自来水 管道 ， 破损处当时就喷出一个 5 m高 的水柱 ， 顿时 沧海横 流， 淹 没 了整个沟槽 以及低 处 的一段路床 。事故发生 后在场 人员 马 上报警 ， 抢修人员 1 5 mi n后到达 ， 经过 3 0 ra i n抢修才恢复正 常。这次事故造成 了周边用户临时停水、 当晚施工计划全部 被迫取消 、 挖好的沟槽泡 水无法进 行下 一工序 的施工 、 已施 工好 的路床 因泡水无法进 行路 面结 构层的施工 ， 严 重影响 了 工程的进度 ； 并带 来维修 费用 以及 消耗水 费 ， 增加 了工 程成 本。所 以， 旧路改造过程 中做好管线保护 至关重要 ， 导致管线损坏的原因大致可归纳为土体位移或 变形使管 线变形超过极 限值 或受力过 大， 应力超过强度极限而发生破 坏( 机械破坏 ) 。因此 ， 施工 中对管线 的保护也是从 这两个方 面采取相应措施 。保护地下管线的方法， 实际中如何 取用 ， 要 视具体的管线性质 、 管线埋深 、 走 向和工程 的类 型、 规 模、 施工 工艺以及地质地形等现场条件 而定 。同时还 要考虑费用 、 工 期长短等因素。在选用保护措施 时尽可能结合对临近建筑物 的保护及基坑边坡保护一同考虑 ， 以降低保护费用。 管线保 护的具体措施有 ： I ) 施工前做好各专业 管线 的摸底工作 。要弄清 管线 的 性质、 埋深 、 根数 、 位置 ， 在显眼的位 置用红漆标示 出； 2 ) 开挖前要 向现场施工员 以及挖掘机指挥人员交底 ， 挖 掘机指挥 人员 要 对 挖掘 机 师傅 交 底 ， 做 到层 层 交 底 、 层 层 把关 ； 3 ) 开挖 时除有专人跟在机械边上指挥外 ， 最好要通 知各 专业管线也派专人跟踪 ， 保证 位置 、 埋深的准确 ； 4 ) 挖到管线位置时 ， 要请熟练的有经验的挖掘机师傅来 操作 ； 5 ) 施工时要有足够的照明保证 。 道路拓宽部分大多就是原来 的绿化带 、 人行道 ， 下 面布置 有通信管线 、 高压电力电缆、 给水管道、 煤气管道等地下设施 ， 而且埋深较浅 ， 这些管线无法中断， 更不能 回填土用压路机碾 压 ， 只能采用混凝 土就地进行保护 。对于其余 的拓 宽范围能 用压路机碾压的采用级配碎石 ， 宽度不够上不 了压路机的也 应采用混凝土做底基层 ， 基层采用 3 0 c m厚 C 2 5早强混凝土。 3工 程应 用 实例 厦 门市仙岳 西路 、 集 美 区杏 南 杏北 路近 期交 通 流量 猛 增 ， 路 面相对狭 窄 ， 成 了厦 门市的交通 瓶颈 。为提 高道路 的 通行能力 ， 改善厦 门岛 内外 交通不 畅的状况 ， 今年 对全长 约 4 0 0 0 m的仙岳西路 架设 高架 桥 ， 地 面工程 由原来 的双 向八 车道拓宽为双 向十二 车道 ( 双 向各有 一车道 为 高架桥 墩位 置 ， 挖 除机动车道与非 机动车 道之 间的中间绿 化带 ， 原来 的 非机动车道改造为 机动车道 ) ； 对 全长 约 2 0 2 0 m集美 区杏 南杏北路 ， 由原来的双向三车道 ( 半车道为摩托车道) 拓宽为 双向六车道 ( 挖 除机 动车道 与非 机动 车道之 间 的中间 绿化 带 ， 原来的非机动车道 改造 为机动车道 ) 。 为防止半 刚性 基层 与刚性 板之 间 、 以及 旧水泥 板块 之 间、 新 旧水泥混凝 土板块 之间 的接 缝 出现 反射裂缝 ， 故本 工 程在加铺层底部采用玻 纤格栅 作为加筋 层面来 作为减 缓反 射裂缝 的措施 。采 用铺设玻 璃纤维 土工格栅 的方案 。取 得 良好效果 。 4结论 1 ) 玻纤土工格栅 的应用为 旧路改造 防止裂缝 变形提供 了方法保证。 2 ) 旧路拓 宽部分的地基处理以及 防止检查 井周边 、 横穿 管线部位下沉是很关键 的工序 ， 全部建设人员应重视起来 。 参 考 文 献 1 沈金安 改性沥青与 S MA路面 M 北京 ： 人 民交通出版社 ， 1 9 9 9 2 交通部公路科学研究所 公路沥青路面施 工技术规 范( J T J O 3 2 9 4 ) S 北京 ： 人 民交通出版社 ， 1 9 9 4 3 交通部公路科学研究所 公路改性沥青施工技术规范 ( J T J O 3 6 9 8 ) S 北京 ： 人 民交通出版社 ， 1 9 9 9 4 王立 军 当前 城市 建 设与 发展 中的 五个误 区 城 市 开发 J ， 1 9 9 7， ( 1 1 ) 5 宋启林 论我国旧城改造与新征 地建设 的技 术经济 比较 J 城 市研究 ， 1 9 9 6 6 土工合成材料应用技术规范( G B 5 0 2 9 0 -9 8 ) S 7 中华人民共和 国建材行业标 准( J c 8 3 9 ， 1 1 9 9 8 ) 5 9