公司新聞

您的位置:首頁>新聞中心>公司新聞
混凝土的綠色化研究進展
日期:2015-11-05

  前言

  混凝土是當今世界上應用最廣泛的建筑材料,其生產和使用過程中的資源過度開發和廢棄物排放造成了嚴重的環境污染和生態破壞,給社會經濟的可持續發展及人類自身的生存帶來了嚴重的危害。普通混凝土的正常生產需要約12%水泥、8%拌合水和80%的骨料,這意味著全世界混凝土除了每年要用16億t水泥以外,還要消耗近100億t的砂石和10億t水,即每年消耗約126億t原材料,是世界上最大的自然資源用戶。[1-2] 同時,作為混凝土原材料之一的水泥膠凝材料,其生產不僅耗能大,而且排放大量的C02。除此之外,巨大數量骨料的開采、加工和運輸還要消耗相當可觀的能源,并對地球的生態環境產生負面影響。

  新型混凝土

  作為一種傳統的建筑材料——普通混凝土,通常是由膠結材料(石灰、水泥)、細骨料(砂子)、粗骨料(石子)和水(不加外加劑和摻合料)按一定比例配制,經攪拌振搗成型,在一定條件下養護而成的具有一定強度特性的人工建筑材料。隨著混凝土工業的發展,為了滿足更多的實際需求,普通混凝土逐漸朝著高強、輕質、耐腐蝕、耐高溫、抗凍、抗滲、抗災、抗爆等多功能方向迅速發展。由此,各種功能各異的新型混凝土如雨后春筍般出現,例如在土木工程領域中大量應用的高性能混凝土、活性微粉混凝土、低強混凝土、輕質混凝土、纖維增強混凝土、自密實混凝土、智能混凝土、預填骨料升降混凝土、碾壓混凝土、再生骨料混凝土等數不勝數。未來的新型混凝土一定具有更高的強度和耐久性,可以滿足各種建筑結構所需的力學性能、使用功能以及使用年限的要求。但是混凝土能否長期作為最主要的建筑結構材料,混凝土工業能否實現自身的可持續發展,關鍵在于其能否沿著綠色建材的方向發展。

  綠色混凝土的含義

  綠色混凝土,是指既能減少對地球環境的負荷,最大限度地綜合利用自然資源和能源,又能與自然生態系統協調共生,為人類構造舒適環境的混凝土材料。“綠色”的涵義可理解為節約資源、能源,不破壞環境,更有利于環境。綠色混凝土應具有比傳統混凝土更高的強度和耐久性,可以實現非再生性資源的可循環使用和有害物質的最低排放,既能減少環境污染,又能與自然生態系統協調共生。一般來講,判斷混凝土是否為綠色混凝土,主要從其對自然環境影響的效果來判別,即從減輕環境負荷和對生態環境的貢獻兩方面判別。如綠色高性能混凝土、再生骨料混凝土、環保型混凝土及機敏型混凝土等都屬于綠色混凝土。

  混凝土綠色化研究

  根據綠色建材的基本特征,混凝土的發展應從“綠色”這個關鍵詞著手,主要考慮混凝土的在設計過程、生產過程和應用過程的綠色化,既在保證混凝土使用性能的前提下,減少水泥用量;大量利用優質的工業廢渣、再生骨料和代用骨料,減少自然資源和能源的消耗;提高混凝土安全使用壽命,減少因修補或拆除造成的浪費和二次污染;大力推廣預拌混凝土,減少環境污染。

  原材料的綠色化

  原材料的綠色化是指生產原料盡可能不使用天然資源,大量使用尾礦、工業廢渣、生活垃圾、廢液等廢棄物,而且要保證原料的開采不會影響礦區的自然生態環境。混凝土的生產材料主要是水泥、粗細骨料、水及摻合料和外加劑,對于每種組分都要考慮綠色化的問題,尤其是水泥。水泥生產能耗大,而且對環境污染嚴重。真正的綠色混凝土應該是節能型混凝土,所使用的水泥必須為綠色水泥。普通水泥生產過程中需要高溫煅燒硅質原料和鈣質原料,消耗大量的能源。如果采用無熟料水泥或免燒水泥配制混凝土,就能顯著降低能耗,達到節能的目的。還可將廢混凝土經過特殊處理工藝制成再生骨料,用其部分或全部替代天然骨料配制成再生混凝土,利用再生骨料配制再生混凝土是發展綠色混凝土的主要措施之一。

  此外,大量實驗研究已經表明,火力發電廠的粉煤灰、粒化高爐礦渣、煤礦的煤矸石、硅灰、部分生活垃圾等均是具有一定潛在活性的摻合料,可以部分替代水泥制備性能更優越的混凝土。目前研制成功的低水泥用量綠色混凝土,在原材料的選取上考慮了大量使用工業廢渣細摻料,并通過采用新型高性能減水劑使超細礦物摻和料用量大大增加,使水泥用量降低到了30%一50%,實現了大摻量粉煤灰、大摻量礦渣等免振搗自密實綠色高性能混凝土的批量生產。早在1997年,日本的秩父小野田公司利用城市垃圾焚燒灰和下水道污泥為主要原料(原料中70%為廢棄物),其中城市垃圾灰占40%-50%,另補充石灰石原料20%-30%高強度水泥,并利用再生水泥研制成功了新型綠色混凝土。如何開發利用更多品種的工業廢渣,節約資源能源,保護環境,是原材料綠色化的研究重點。利用工業廢渣作為混凝土的活性礦物摻合是實現混凝土綠色化的一個重要途徑。

  設計的綠色化

  隨著社會的發展,更新傳統的混凝土設計方法,綠色設計越來越顯示出其重要性。綠色設計是以改善生活環境、提高生活質量、有益于人體健康為宗旨,主要考慮的問題是安全、適用、耐久、經濟、生態幾個方面。作為建筑結構中主要受力材料的混凝土,其安全綠色設計,主要集中在對混凝土材料的性能、形狀或構造等方面的設計,使其不僅具有優良的性能,同時可以降低對環境負荷。尤其是在一些對混凝土有特殊要求的工程中,只有通過設計改善或改變其組分及配比才能滿足實際工程的需求。

  例如,將催化技術應用于水泥混凝土材料的設計中,可以制成光催化混凝土,具有凈化城市空氣,降低大氣污染的作用,該項研究主要是通過在建筑物表面使用摻有二氧化鈦的混凝土,通過光催化作用,使污染物氧化成碳酸、硝酸和硫酸等隨雨水排掉,從而凈化環境;此外,利用建筑廢磚石等材料制成的環保型綠色混凝土護砌材料,實現了在混凝土上長草的愿望,較好地解決了堤防安全護砌與保護自然環境的矛盾;還有目前我國應用較多的泡沫混凝土,在混凝土制備過程中加入適量發泡劑,會在混凝土內部產生微小密閉的均勻氣泡,有效地改善混凝土的物理力學性能,提高混凝土的流動度、耐久性、節約水泥、降低容重,從而起到節約能耗,改善環境的目的,利用泡沫混凝土良好的透水性和透氣性,可以凈化和保護地下水資源、吸收環境噪聲等 ,在很多領域得到了廣泛的應用。

  此外,混凝土的綠色設計還應考慮經濟性問題,要考慮與混凝土有關的各項經濟指標,不單考慮材料本身價格,還應考慮到施工等的附加成本及潛在的經濟因素,經濟性也是綠色混凝土設計的一項綜合性指標。如輕骨料混凝土的“輕”,橡膠集料混凝土的良好延性、抗裂性、較高吸收能量的能力,高性能混凝土中外加劑的應用等等,都是從提高產品某些性能、降低成本出發的。總之,綠色設計要考慮的一個主要問題是生態因素,隨著社會的發展,越來越顯示出其重要性,生態性混凝土的研究也越來越深入。

  施工的綠色化

  施工中的綠色問題不容忽視。混凝土施工中的一些問題對混凝土強度的發展、降低能耗、減少混凝土施工附屬品的費用等有著直接的影響。傳統的混凝土施工設備陳舊,工藝落后,在整個施工過程中,會造成大量的能耗損失。如:混凝土施工過程中的養護問題,隨著預拌混凝土在我國使用的日益普及,混凝土施工現場的養護逐漸成為施工過程中的一個關鍵的環節。

  在混凝土配合比合理、原材料性能滿足材料要求的前提下,混凝土達不到預期性能的主要原因很大程度上歸結于養護不充分。由于混凝土養護不及時、不到位,會導致混凝土失水開裂和強度降低。目前我國,大都采用的是傳統的養護法,如灑水法 、塑料薄膜覆蓋法、濕砂覆蓋法、蒸汽養護法等,這些方法均存在不同程度的缺陷,耗費了大量的人力,物力和水資源。采用噴涂養護劑的方法,使施工更加方便,特別適用于澆水不便的地方,混凝土養護劑與灑水法相比,不僅養護便利,而且節水、節能、省工,只要1次噴灑到位即可達到養護效果。此外,要注意減少混凝土施工中使用的各種附屬品的費用,如:混凝土模板系統、隔離劑等。還需要注意的是由于受到工期的限制,施工進度過快對混凝土強度的發展也是極其不利的,嚴重影響其耐久性。混凝土施工的綠色化,還應注意施工過程中不浪費混凝土,合理組織施工等問題。

  加強有利于保護環境、節約能源的新型混凝土施工技術、施工設備的研究開發,獲得科學合理的混凝土施工工藝,是發展綠色混凝土的關鍵。

  展望

  混凝土工業作為能源消耗和環境污染的大戶,必須采取有效措施尋求新的發展道路,在研究開發新型混凝土的同時,還要考慮與自然環境的協調性,減輕對地球和生態環境的負荷,實現非再生型資源可循環性使用,即發展綠色混凝土材料。把綠色作為混凝土的發展方向,目的在于加強人們對綠色的重視,加強綠色意識,使混凝土研究人員更自覺地提高混凝土的綠色含量和加深其綠色度。目前,綠色混凝土在我國剛剛起步,研究人員更多的是把目光集中在混凝土的高性能和多功能上。因此,有關部門應加快研究制定綠色混凝土的設計規程、施工工藝、質量控制方法、驗收標準等,以此來提高混凝土生產水平、優化混凝土產品結構、節能降耗,這不僅是混凝土材料發展的需要,也是可持續發展的需要,更是人類生存和發展的需要。

pk10龙虎稳赢计划