(1.鄭州成功財經(jīng)學(xué)院 河南 鞏義 451200；2.河南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南 鄭州 450005)

一、綠色混凝土發(fā)展的必要性

為大力發(fā)展國家基礎(chǔ)建設(shè)，解決人民的住房和交通問題，自上世紀90年代開始，建筑行業(yè)迎成為世界上發(fā)展最快的行業(yè)之一，作為建筑構(gòu)成的主要材料——混凝土，是目前應(yīng)用最為廣泛的建筑材料，且將是未來建筑材料的主旋律。隨著混凝土的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的混凝土材料的弊端也逐步凸顯出來，給社會和環(huán)境帶來了較多的負面影響，從目前整個行業(yè)來看，過度使用傳統(tǒng)混凝土存在的問題有：(1)商品混凝土生產(chǎn)企業(yè)追求利益，不注重環(huán)保效果，生產(chǎn)過程中帶來噪聲污染，混凝土的攪拌產(chǎn)生大量的粉塵和廢水無法清理，影響周邊環(huán)境和居民的正常生活；(2)商品混凝土生產(chǎn)企業(yè)綠化面積不符合標準，文明施工程度達不到要求；(3)傳統(tǒng)混凝土生產(chǎn)企業(yè)未進行科技創(chuàng)新,材料利用率差，混凝土配合比設(shè)計和施工配合比達不到最優(yōu)的要求，生產(chǎn)過程中會造成嚴重的骨料資源的消耗和浪費；(4)傳統(tǒng)混凝土生產(chǎn)企業(yè)選用不合理的砂石材料級配，空隙率大，顆粒形態(tài)不合理，級配較差，在生產(chǎn)混凝土?xí)r為確保強度要求須增加大量的水泥，造成資源的浪費[1-2]。

綠色混凝土，作為既能減少對地球環(huán)境的負荷，又能與自然生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)共生，為人類構(gòu)造舒適環(huán)境的混凝土材料，其具有比傳統(tǒng)混凝土更高的強度和耐久性，可以實現(xiàn)非再生性和再生性資源的循環(huán)使用和有害物質(zhì)的最低排放，既能減少環(huán)境污染，又能與自然生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)共生，是現(xiàn)代建筑材料應(yīng)用轉(zhuǎn)變發(fā)展的趨勢，在低碳化、工業(yè)化和信息化的基礎(chǔ)上，進行綠色混凝土生產(chǎn)化基地建設(shè)，有利于我國建材行業(yè)和建筑行業(yè)的發(fā)展，有利于社會環(huán)境的更好的發(fā)展，是我國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路[3]。當前，建設(shè)部正在加大力度推廣綠色混凝土，大力推進綠色混凝土產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，以達到節(jié)約資源、減少環(huán)境污染、保護環(huán)境的目的，實現(xiàn)混凝土行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，這是符合國家產(chǎn)業(yè)政策、符合國家和人民利益利的一項重要舉措，是傳統(tǒng)混凝土材料走可持續(xù)發(fā)展之路的必然選擇，是保護生態(tài)環(huán)境和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展在建筑材料方面的具體體現(xiàn)。

二、色混凝土的分類

在1997年3月的“高強與高性能混凝土”會議上，吳中偉[3]院士首次提出“綠色高性能混凝土”的概念。他認為GHPC應(yīng)具有下列特征：(1)更多地節(jié)約熟料水泥，減少環(huán)境污染。GHPC中，采用磨細的工業(yè)廢渣，將取代熟料水泥成為最大的膠凝組分；(2)細骨料在合理利用砂子的基礎(chǔ)上，更多地摻加工業(yè)廢渣；(3)完善混凝土配合比，采用高性能的水泥，最大限度發(fā)揮高性能的優(yōu)勢，減少水泥在混凝土用量；(4)擴大GHPC的應(yīng)用范圍，可以將現(xiàn)行HPC的強度低限從現(xiàn)行的C50-C60降到C30左右，實現(xiàn)高性能混凝土常態(tài)化。隨后，1998年，為實現(xiàn)降低丹麥CO2排放量的承諾，丹麥提開發(fā)新型水泥來代替混凝土中的膠凝材料和骨料，制作新型的綠色混凝土，此后，綠色混凝土的概念逐步深入人心，在建筑行業(yè)得到大力的發(fā)展[4]。但是目前，綠色混凝土還沒有統(tǒng)一的定義。綜合國內(nèi)外研究認為，綠色混凝土比傳統(tǒng)的混凝土材料更優(yōu)秀的強度和耐久性，與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)共生，實現(xiàn)資源的循環(huán)使用，在減少污染的基礎(chǔ)上，節(jié)省資源和能源，此外，綠色混凝土的取材更為方便和便捷，更好的利用工業(yè)廢渣，降低對環(huán)境的污染。在此基礎(chǔ)上，吳中偉院士人為“綠色”的涵義可理解為：做到資源和能源的節(jié)約環(huán)保，不破壞環(huán)境，對生態(tài)系統(tǒng)不會造成影響，反而更好的促進資源的可持續(xù)發(fā)展，能既滿足當代人的需求，又不危害子孫后代[5]。

隨著綠色混凝土的大力推進，現(xiàn)階段我們常見的有以下幾種：

(一)綠色高性能混凝土

隨著經(jīng)濟的大力發(fā)展，高層建筑逐步向超高層過度，對混凝土的強度要求也隨之提升，從原來的C50到現(xiàn)在的C80，但隨著強度的提升，其帶來的社會污染也較傳統(tǒng)的要高，現(xiàn)階段國家呼吁綠色發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展，將高強混凝土和可持續(xù)發(fā)展結(jié)合起來，就形成綠色高性能混凝土(GHPC)。在1997年3月的“高強與高性能混凝土”會議上，吳中偉院士首次提出“綠色高性能混凝土”的概念，并指出：GHPC是混凝土的發(fā)展方向，更是混凝土的未來，真正的綠色高性能混凝土應(yīng)該是節(jié)能型混凝土，所使用的水泥必須為綠色水泥。

粗骨料、細骨料、水泥和水是傳統(tǒng)混凝土的基本構(gòu)成，水泥是構(gòu)成傳統(tǒng)混凝土的重要材料，如表1所示，普通的硅酸鹽水泥是硅酸鹽水泥熟料和適量的石膏及規(guī)定的混合材料構(gòu)成的，水泥生產(chǎn)古城中會消耗大量的能源。新的生產(chǎn)條件下，對水泥進行新的條件和材料改進，將水泥熟料進行相應(yīng)的替換，就可以較為明顯的降低能耗。

表1 水泥中的主要成分及命名

(二)再生骨料混凝土

我國20世紀50年代所建成的混凝土工程已使用50余年，許多工程發(fā)生損壞進行拆除，在大量拆除建筑廢料中相當一部分都是可以再生利用的，再生骨料混凝土就是以廢混凝土、廢磚塊、廢砂漿作骨料，加入水泥砂漿拌制的混凝土，在一定程度上可以緩建建筑垃圾帶來的巨大壓力，如表2-表5所示，再生骨料的力學(xué)性能指標和試件的強度等級，從中可以了解到，在滿足力學(xué)指標的基礎(chǔ)上，再生骨料也符合相應(yīng)的要求，其密度和力學(xué)指標符合規(guī)定，最終的混凝土構(gòu)件受壓和受拉性能達到要求，可以在工程中進行利益，從而可以大量利用建筑垃圾。為了更好地回收利用廢混凝土，可將廢混凝土經(jīng)過特殊處理工藝制成再生骨料，用其部分或全部代替天然骨料配制成再生混凝土。

表2 再生粗骨料力學(xué)指標

表3 再生細骨料力學(xué)指標

表4 每立方米再生混凝土用量

表5 混凝土力學(xué)指標

再生混凝土技術(shù)，是指廢棄的混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)分裂破碎形成較小的混凝土塊，再經(jīng)過破碎機的破碎，達到試驗需要的粒徑，然后對進行沖洗、篩分和分級后，按照所設(shè)定的參量，將分級后的混凝土材料按一定比例進行摻和，使其部分或全部替換天然骨料(主要是粗骨料)做結(jié)構(gòu)試件中的膠凝骨架，再加入水泥、水等配制而成的混凝土技術(shù)。而通過將廢棄混凝土經(jīng)分裂、篩分后形成級配合理的骨料稱為再生混凝土骨料，最后將再生骨料和水泥、水等按比例攪拌配置而成的混凝土稱為再生骨料混凝土，如圖1和圖2為混凝土破碎后得到的粗細骨料。

圖1再生粗骨料(16-20)圖2再生細骨料

(三)生態(tài)環(huán)?；炷?/h3>

安全性、穩(wěn)定性和耐久性是建筑結(jié)構(gòu)的基本要求，為滿足高強度和高耐久性的要求，傳統(tǒng)混凝土一直以來通過增加材料、構(gòu)件的密實度加以實現(xiàn)，但密實度越高，使得城市建筑的混凝土結(jié)構(gòu)缺乏透氣性和透水性，其調(diào)解空氣溫度和濕度的能力差，會加劇城市的熱島效應(yīng)，是人類的生活環(huán)境更為惡劣；高密實性使得雨水不能滲透地下，導(dǎo)致地下水位下降，影響地表植被的生長，造成城市生態(tài)系統(tǒng)的失調(diào)。除高樓建筑外，基礎(chǔ)設(shè)施、水利、鐵路、公路工程中也大量使用混凝土砌塊，道路和橋梁工程中有的甚至直接用混凝土澆注成硬質(zhì)斜坡或地坪，這種地坪形式既不能長草，又不能下滲雨水，缺乏生態(tài)功能。為緩解這種現(xiàn)象，充分發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)保護能力，日本混凝土協(xié)會與生態(tài)混凝土研究委員會于1995年首先提出生態(tài)混凝土具有特殊的結(jié)構(gòu)與表面特性，能減少環(huán)境負荷，并能與生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)，從而能為環(huán)保做出貢獻。根據(jù)使用功能的不同，目前開發(fā)的生態(tài)混凝土的品種主要有透水性混凝土、植被混凝土、減輕環(huán)境負荷性混凝土和自密實混凝土等。

1.透水性混凝土

隨著現(xiàn)代化水平的提高，地表不斷被鋼筋混凝土建筑和混凝土路面覆蓋，傳統(tǒng)混凝土容易造成道路積水嚴重，雨水長期不能下滲，使地下水位下降，土壤中水分不足、缺氧，影響植物生長，造成生態(tài)系統(tǒng)失調(diào)，因此，透水性混凝土的研制迫在眉睫。透水混凝土具有15%～30%的連通孔隙，具有很好的透水、透氣性，將這種混凝土用于公園、道路、停車場以及各種體育場地，能增加地表的透水、透氣面積，調(diào)節(jié)空氣溫度和濕度，減少熱島效應(yīng)，城市的高熱環(huán)境可以得到一定的改善。透水性混凝土還有利于雨水下滲和植物生長，維持地下水位和生態(tài)平衡。一般透水性混凝土使用的原材料和普通混凝土相同，但材料的配合比不同，使用的外加劑也不同。

2.植被混凝土

植被混凝土，顧名思義，是指能長草的混凝土，對比于傳統(tǒng)的混凝土而言，其采用了特殊的配合比，充分利用混凝土構(gòu)件內(nèi)部相互連通的空隙，利用化學(xué)和生物知識和技術(shù)，施工過程中，在混凝土的空隙中填充植物生長必備的土資源，然后進行添加種子、緩釋肥料、保水劑等的混合材料，種子生根、發(fā)芽，扎根于混凝土中生長。一般而言，植被混凝土不同于傳統(tǒng)混凝土，它由水泥、粗骨料、減水劑、水和肥料、保水材料匯合而成的細骨料等組成，可用來作為鞏固砂石、泥土、堤壩等結(jié)構(gòu)的材料，在市政工程中，可用來保護河道和綠化堤防，對城鎮(zhèn)人行路面、建筑物外墻面、屋頂和停車場等進行綠化，改善環(huán)境，對揚塵的防止提供一個良好的途徑，讓綠化與硬化完美地結(jié)合起來，還能夠吸收噪聲和粉塵，更好的調(diào)解城市的生態(tài)平衡，是一種環(huán)境效應(yīng)顯著的綠色建材。

此外，減輕環(huán)境負荷型混凝土也屬于生態(tài)環(huán)?；炷?，可以充分利用工業(yè)廢料的泡沫混凝土、在自重作用下不經(jīng)振搗可以直接自行流動的自密實混凝土、具有裝飾效果的清水混凝土均屬于減輕環(huán)境負荷型混凝土的范疇，在實際工程中的應(yīng)用仍存在一定的缺陷，應(yīng)進一步加強在配合比、材料、工藝流程和設(shè)備等相關(guān)方面的研究，擴大在工程中的利用程度。

三、綠色混凝土的實現(xiàn)途徑

綠色生態(tài)混凝土能消耗較少的資源和能源，與自然生態(tài)系統(tǒng)相協(xié)調(diào)，對環(huán)境產(chǎn)生的壓力小，能夠改善環(huán)境，可以充分利用非再生資源，實現(xiàn)建筑垃圾的循環(huán)利用，其具體制備可以通過以下途徑實現(xiàn)[5]：

(1)利用來自其他行業(yè)的副產(chǎn)品、建筑廢料，積極利用城市固體垃圾，拆除的舊建筑物的廢棄物混凝結(jié)構(gòu)，代替天然砂石料，減少砂石料的消耗。

(2)通過增多和強化混凝土的功能來改善混凝土，研制和開發(fā)新型綠色材料，利用工業(yè)廢渣和高效能外加劑提升混凝土強度，減少水泥用量，降低環(huán)境負擔。例如透水混凝土、綠化混凝土、吸音混凝土等改善混凝土結(jié)構(gòu)性能。

(3)在混凝土整個使用壽命周期的各個階段中，充分有效的利用能源，大幅降低對能源的消耗。

(4)利用再生廢水，使水泥和混凝土生產(chǎn)過程中大量減少廢水的產(chǎn)生。

四、結(jié)論

隨著“一帶一路”的順利推進和可持續(xù)發(fā)展觀念的深入人心，綠色混凝土在我國得到較大的發(fā)展，相關(guān)部門隨之研究制定了綠色混凝土的設(shè)計規(guī)程、施工工藝、質(zhì)量控制方法、驗收標準等，并擴大宣傳力度，在城市公租房建設(shè)和新建建筑中大力推進綠色混凝土的利用，實現(xiàn)工程建設(shè)過程中的“四節(jié)一環(huán)?！?，減少對環(huán)境的污染，推進社會的可持續(xù)發(fā)展。