绿色高性能混凝土的技术支持

　　摘要：结合绿色高性能混凝土的特征，从水泥性能及生产过程、废渣应用技术、高性能混凝土生产、可完全循环利用混凝土的生产等角度，论述了在我国发展绿色高性能混凝土必须的技术支持。

　　关键词：绿色高性能混凝土；水泥；废渣；完全循环混凝土；技术支持

　　1 绿色高性能混凝土的意义

　　绿色高性能混凝土（ Green High Performance Concrete ,简称GHPC） 的概念是在强调高性能混凝土（High Performance Concrete ,简称HPC） 的环境亲和性的基础上提出的。绿色高性能混凝土更进一步把传统混凝土设计和制备的每一个环节和可持续发展战略结合起来，以加强人们对绿色的重视，加强绿色意识，要求混凝土工作者更自觉地从每个环节入手提高HPC 的绿色含量，或加大其绿色度，更严格、更有计划地利用资源和能源，加大对工业废弃物和城市废弃物的有效利用，提高HPC性能以扩大其应用范围，将对环境的破坏减小到最低，使其更具有生态合理性。

　　2 绿色高性能混凝土的技术支持

　　绿色高性能混凝土是未来混凝土工业的发展方向，它在我国的推广应用，需要建立在一定的技术基础之上。这涉及到水泥、化工、机械等行业，需要相关行业的共同努力。

　　2. 1 大力发展以先进生产工艺为基础的高强度水泥

　　提高水泥质量是发展绿色高性能混凝土的重要技术基础之一。笔者认为应从重点支持发展先进的煅烧工艺技术、支持设备大型化及加快水泥生产、控制新技术的推广应用等方面着手。

　　2. 2 加大低钙水泥等水泥新品种的研究

　　反应机理表明，混凝土的耐久性与其碱性的强弱有明显的关系，碱性高时，耐久性较差。而混凝土的碱性强弱和水泥中氧化钙含量密切相关，低钙水泥具有较好的耐久性。要大力开发低钙水泥和其它品种水泥，以提高混凝土的耐久性。

　　2. 3 加大对超细水泥的研究

　　通常所说的超细水泥，一般指的是勃氏比表面积为500~1000m2/kg的水泥，平均粒径5μm左右。对普通水泥进行超细粉磨，不仅可提高水泥强度，还使其具有优良的水泥浆喷灌性能，可用于特殊工程的浇注和堵塞渗漏、喷涂等，这是一般水泥无法实现的。通过普通水泥的超细化，扩大了水泥应用范围。

　　2. 4 走绿色水泥生产之路

　　（1） 进一步开拓原材料资源，保护不可再生的珍贵的矿产资源。

　　（2） 采取一切措施，尽可能地节约生产中的能耗。

　　（3） 加大对排放废弃物的循环利用力度。

　　（4） 更严格地限制粉尘和有害气体的排放。

　　（5） 大力推广散装水泥。

　　2. 5 扩大废渣和天然矿物材料的应用

　　具有潜在水硬性的工业废渣和天然矿物在绿色高性能混凝土中的应用，具有十分广阔的前景，然而，必须以极大地提高其比表面积为前提。高细掺合料的加入，使普通混凝土的结构更加致密，导致其性能有较大的变化：降低水泥反应温度的峰值，减少混凝土因发热引起的裂缝；防止氯化物对混凝土的侵蚀，减少混凝土的空隙率；防止硫酸盐的侵蚀；提高混凝土的后期强度；使水泥砂浆有较好的流动度；可应用于海水或地下工程。为实现上述目标，必须有如下技术支持：

　　2. 5. 1 高细粉磨技术

　　研究证明，应用于绿色高性能混凝土中的矿渣、粉煤灰等掺和料，比表面积必须在4000cm2/g 以上（最好为6000~8000 cm2/g） .从长远的观点看，工业废渣和天然矿物在绿色高性能混凝土中的应用都存在一个超细粉磨问题。由于细度不能达到一定的指标，使得工业废渣和天然矿物材料的潜在水硬性得不到充分的激发和发挥，阻碍了绿色高性能混凝土的发展。目前国外已经成功开发出高效粉磨系统，例如德国生产矿渣波特兰水泥，采用熟料和矿渣分别磨细技术，矿渣用辊压磨终粉磨，熟料和石膏配比后用辊压磨与球磨磨细，再以一定比例混合成为矿渣波特兰水泥。辊压磨产品比表面积可达5145cm2/g ,电耗比球磨机节省50%.

　　我国目前大多是用球磨机对矿渣、粉煤灰等掺和料进行粉磨，比表面积一般为4000 cm2/g 以下，达不到绿色高性能混凝土的要求，而且成本较高，效率较低。必须应用先进的粉磨工艺技术及设备，例如超细磨技术、辊压磨技术、分级粉磨技术或者混合粉磨技术，制备合格的掺和料，提高绿色高性能混凝土的绿色度，为波特兰水泥成为可持续发展材料开辟一条新路。

　　2. 5. 2 先进的活性激发技术

　　由于在混凝土中大量掺加工业废渣和天然矿物材料，不可避免地给混凝土带来负效应，如早期强度偏低、收缩性、施工性等问题。因而，必须研究适合于高掺量活性混合材的绿色高性能混凝土的活性激发剂，通过超细粉活性混合材、高效活性激发剂、水泥矿物成分等的超叠加作用，弥补负效应，保证绿色高性能混凝土的高性能。

　　加强对造纸废浆液提取有效激发成分的应用研究，开发以造纸企业排放的废液为主要原材料的各种外加剂，减少对环境、工农业和人类健康造成的危害。

　　2. 6 绿色高性能混凝土生产技术优化和性能的提高

　　2. 6. 1 严格原材料管理，使用优质原材料

　　绿色高性能混凝土对原材料的选择和使用要求非常严格，必须使用优质水泥、质量和粒度合格的骨料和掺和料、饮用水以及优质添加剂。

　　2. 6. 2 配比设计和生产管理计算机化

　　绿色高性能混凝土配比设计应当在保证结构强度和耐久性的前提下，树立可持续发展意识，充分考虑绿色、节能。使用先进和科学的配比方法和软件，以保证配比的先进性、合理性、精确性和可行性。采用先进的计量方法和设备，保证计量精度。采用先进的管理方法、操作和监理制度，保证配比准确实现。[Page]

　　2. 6. 3 设计、试验、生产、施工各环节密切配合

　　绿色高性能混凝土与常规混凝土相比，各方面要求都比较高，试验工作必须面向生产与施工，必须随时根据工程要求和生产施工的情况进行必要的调整。其施工和养护与普通混凝土差别很大，特别是养护工作对环境温度和湿度的变化很敏感，为控制其塑性裂缝及减少自身收缩，必须从混凝土入模就开始加水养护，并视情况不同，采取喷雾、注水、薄膜覆盖等措施。

　　2. 6. 4 增加品种，改进性能，实现混凝土的功能化和生态化

　　绿色高性能混凝土是未来混凝土行业的发展方向，为了扩大其应用范围，对其本身性能的改进十分重要。必须加大对绿色高性能混凝土品种、功能多样化，生态相容化的研究和开发工作，大力提高绿色高性能混凝土的高科技含量。比如开发超高强混凝土、轻质混凝土、自密实混凝土、智能混凝土、彩色混凝土等。

　　2. 6. 5 加大再生混凝土的应用研究工作

　　在建筑垃圾中，有大约34 %是废混凝土块。为了减轻污染，要花费用把它们运到郊外。另一方面，在重建新建筑物时，又要从数十公里甚至几百公里以外运来骨料，运输费用高，大大增加了混凝土的成本。如果将这些废混凝土回收利用，加工成混凝土骨料，应用于新建筑物的重建上，则能降低混凝土成本，节约资源、能源，保护环境。高等级公路混凝土路面的修复，要抛弃大量的废混凝土，这些废混凝土不含钢筋，杂质少，很适合就地加工成混凝土骨料，全部或部分代替天然砂石料，拌制混凝土重新用到路面建设。

　　试验结果，再生混凝土拌合物粘聚性和保水性好，但流动性变小。通过使用减水剂，完全可以提高其流动性，满足施工要求。要进一步研究开发强度大于C40的再生混凝土。同时，再生混凝土自重小、脆性低、抗裂、保温隔热性能好，适合构件厂生产墙体材料和预制构件。目前的方法是通过粉碎或细磨，提高再生混凝土的应用价值。通过一系列激活作用，可发挥废旧混凝土中水化硅酸钙、水化硫铝酸钙等水化产物的晶体诱导作用，加快混凝土的凝结和强度发展进程。

　　2. 7 可完全循环利用混凝土的研究和生产

　　通过集料或外掺料的选择，使混凝土具有与水泥生料基本相同的化学组分，我们称之为可完全循环利用混凝土。这种混凝土不需或只需很少外掺校正原料，即可作为煅烧水泥熟料的生料来使用，基本上实现了“水泥-混凝土”的完全闭路循环。可完全循环混凝土循环利用流程如图1 所示。

　　研究表明，运用循环混凝土设计思想，采用合适的配合比和适当工艺，可基本实现完全可循环混凝土和回收水泥的完全闭合循环。对混凝土和水泥进行的强度实验表明：完全可循环混凝土和回收水泥的强度等性能可完全满足建筑要求。完全循环混凝土的环境性能明显优于普通混凝土。

　　2. 8 加强绿色高性能混凝土的研究

　　在发展绿色高性能混凝土的过程中，必须坚持科研先行的原则，必须加强科研工作，包括基础性研究与应用技术研究。

　　2. 8. 1 加强对高强混凝土收缩性能和裂缝控制的研究

　　绿色因素的引入必然会导致混凝土产品性能的差异，HPC 的低水胶比和掺加大量活性细掺和料与高效外加剂，尤其是后两者的复合作用，与传统的常规混凝土（包括掺混合材的混凝土） 有着本质的区别。绿色高性能混凝土的收缩性能和高强下的裂缝控制研究，应当放在重要的地位。

　　2. 8. 2 加强对高强混凝土脆性和徐变的研究

　　高强混凝土的脆性随强度的提高而愈加严重，所以在混凝土设计时，必须把主要受力截面上的抗压区的高强混凝土设计成约束混凝土。高强混凝土在局部压力下还易出现劈裂倾向，对这些部位也必须采取牢固的约束构造措施。对绿色高性能混凝土中钢筋的应用也应当采用较高强度的钢材品种、较细的直径和复合箍的形式。另外，对高强混凝土脆性的缓解和徐变的研究也应当加强。

　　2. 8. 3 加大绿色高能混凝土的亚微观与微观结构的研究

　　大量微细粉掺和料与高效外加剂的共同作用，使其水化产物种类和比例、多相共存体系和强度构成体系，与常规混凝土有很大差异，应当通过亚微观和微观研究进行探索。

　　2. 8. 4 加强有关标准、规范和检验方法的研究

　　绿色高性能混凝土的力学性能、耐久性等性能的检验方法和标准，不同于普通混凝土。由于大量掺和料的加入，它们对绿色高性能混凝土强度的贡献主要在后期，如果仍然采用普通混凝土的质量控制方法和验收标准，即以28d抗压强度来衡量绿色高性能混凝土的质量，则不符合实际情况，势必造成强度和材料的浪费，也影响GHPC 生产者的积极性，使GHPC推广工作阻力加大。另外，绿色高性能混凝土要求混凝土有较高的耐久性，但混凝土质量评定的传统的和现行的标准只考虑强度，而对耐久性的指标一般不予考虑，希望在有关绿色高性能混凝土的新标准中，能够增加耐久性的考核指标。总之，应当加大对此的研究和制定工作，建立科学、系统、完善的绿色高性能混凝土的国家标准、检验和评价方法。

　　3 结语

　　（1） 绿色高性能混凝土采用优质水泥、饮用水、优质骨料、大掺量超细磨工业废渣或天然矿物、高效激发剂和超塑化剂，通过先进配比设计和计算、先进的制造工艺和严格的施工而成，具有高强度、良好耐久性及环境相容性等优点，符合可持续发展战略要求。

　　（2） 发展绿色高性能混凝土，需要以下诸多技术基础：①推广先进的水泥生产工艺技术，大力发展高标号水泥； ②水泥工业应有序开采矿产和节约能源，重视环境保护，扩大工业废渣或城市垃圾利用等，走绿色水泥生产之路； ③大力研究推广混凝土掺和料、高细粉磨技术和先进的活性激发技术； ④绿色高性能混凝土设计、制造、检测技术的完善和品种多样化、生态化及各项性能的提高； ⑤废弃混凝土的利用和完全循环利用混凝土的研究和生产； ⑥大力开展绿色高性能混凝土的科研工作，修改和完善有关技术标准。

作者：杨力远 胡曙光

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