廣州科技職業(yè)技術(shù)大學(xué)講師 王利莉

　　摘要

　　隨著(zhù)城市化進(jìn)程的不斷加快，可持續發(fā)展的理念得到重視，各個(gè)行業(yè)逐步關(guān)注綠色發(fā)展方式。在高性能混凝土的基礎上，綠色高性能混凝土材料被提出并成為了研究熱點(diǎn)。相比傳統混凝土，綠色高性能混凝土的礦物細摻料以工業(yè)廢渣為主，節約了水泥和混凝土用量，對環(huán)境友好，同時(shí)兼具高強度、高耐久性以及高抗裂性，應用前景廣闊。為更好地推動(dòng)綠色高性能混凝土的發(fā)展，在介紹其基本概念和材料組成的基礎上，總結了綠色高性能混凝土的特點(diǎn)，并闡述了植被混凝土、透水性混凝土以及水生物保護型混凝土等三種綠色高性能混凝土形式的應用情況。最后，針對綠色高性能混凝土存在的應用弊端與不足，提出了幾點(diǎn)發(fā)展建議與研究思路。

　　關(guān)鍵詞：綠色高性能混凝土;綠色材料;應用特點(diǎn);發(fā)展綜述

　　混凝土是工程建設中最為常見(jiàn)的人造材料，其在被廣泛應用的同時(shí)，也加劇了環(huán)境污染，如主要原料水泥帶來(lái)的污染與耗能問(wèn)題、河砂開(kāi)采帶來(lái)的水土破壞及資源稀缺問(wèn)題等，所以混凝土的生產(chǎn)及使用，對地球環(huán)境、資源消耗、人類(lèi)生活空間狀況等均有著(zhù)顯著(zhù)的影響。

　　在當下城市中，多數建筑物及路面均以混凝土為材料，這將不可避免地進(jìn)一步加劇熱島現象 [3]。同時(shí)，質(zhì)地脆、硬的混凝土對地表植物的種植有不良影響，不利于構建海綿城市，且其表面觀(guān)感粗糙，整體觸覺(jué)不佳，顏色較為灰暗，環(huán)境營(yíng)造效果差?；谏鲜霰尘?，綠色高性能混凝土(Green HighPerformance Concrete，GHPC)應運而生。目前，關(guān)于高性能混凝土的研究并不鮮見(jiàn)，但針對綠色高性能混凝土的報道則相對較少。張平等所著(zhù)的《綠色低碳型高性能混凝土的制備及其性能研究》中，通過(guò)對低品質(zhì)的粉煤灰和礦粉進(jìn)行活化作用，制備出了低碳型復合礦物摻合料，并研究了其對高性能混凝土性能的影響;陳劍毅等所著(zhù)的《綠色高性能混凝土正交試驗研究》中，以粉煤灰、礦渣、沸石和硅藻土為混凝土摻合料，在自然養護和復合鹽凍融環(huán)境下分別進(jìn)行了混凝土抗壓強度的試驗，并基于配合比的正交試驗，分析了相關(guān)的影響因素，得出了綠色高性能混凝土的最優(yōu)的配比組合;楊德勝所著(zhù)的《新時(shí)代綠色高性能混凝土發(fā)展的必要性研究》中，則從新時(shí)代我國社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展的特點(diǎn)出發(fā)，認為大力發(fā)展綠色高性能混凝土是建設行業(yè)轉型升級的契機。上述文獻大多側重于性能試驗或政策方面，為此，本文在前人研究的基礎上，對綠色高性能混凝土的基本概念與組成、特點(diǎn)以及三種常見(jiàn)的應用類(lèi)型等進(jìn)行了總結論述，以期為同行提供參考。

　　綠色高性能混凝土概念與組成

　　1. 綠色高性能混凝土概念

　　綠色高性能混凝土這一概念是我國建筑材料專(zhuān)家吳中偉院士于 1997 年提出的，其在高性能混凝土(HPC)的基礎上，強調要素“綠色“而形成，目的是加強人們對綠色環(huán)保的重視，減少環(huán)境破壞，實(shí)現混凝土和建筑工程的長(cháng)期可持續發(fā)展，是今后混凝土的主要發(fā)展方向。作為新時(shí)期環(huán)保建筑類(lèi)材料，綠色高性能混凝土的“綠色”主要體現為節約資源與能源、對環(huán)境友好及可持續發(fā)展，而“高性能”則主要體現在高強度與高耐久性、抗損害性能、穩定性以及高抗裂性等方面。綠色高性能混凝土代表了混凝土的發(fā)展方向，是一種有益于人體健康的新型混凝土。從實(shí)際應用角度看，人們所稱(chēng)的綠色高性能混凝土一般是指在生產(chǎn)配制時(shí)大量利用了廢渣礦粉的高性能混凝土。

　　2.綠色高性能混凝土的材料組成

　　綠色高性能混凝土實(shí)際構成材料與普通混凝土并無(wú)大的差異，即為基本的水泥、水、粗集料、細集料，以及必要的礦物摻合料與外加劑等，但在每種材料的選用上突出了“綠色”的原則，主要是摻加更多的工業(yè)廢渣，節約更多的水泥熟料，以及依靠高性能減少總體水泥與混凝土的用量。在實(shí)際應用中，為提升混凝土結構密實(shí)程度，增強混凝土結構耐久性，應結合工程不同特點(diǎn)，因地制宜，合理確定綠色高性能混凝土的施工配合比，如：

　　(1)在混凝土制作時(shí)加入硅灰、鋼渣等磨細工業(yè)廢料，既可提高經(jīng)濟性，又能保護環(huán)境;在有偏高嶺土、火山灰、硅藻土等條件的項目中，將其加入到混凝土制作過(guò)程中，可獲得較好的經(jīng)濟效益;在混凝土生產(chǎn)中針對煤矸石的應用進(jìn)行試驗，并在一定程度上推廣嘗試，對于環(huán)境保護意義重大。

　　(2)在混凝土生產(chǎn)中，綠色高性能混凝土的材料選用須以保證混凝土的可泵性、力學(xué)性能以及耐久性為前提，注重高效外加劑與礦物摻合料的應用，合理控制水膠比，使混凝土具有良好的工作性，提高環(huán)境適應性與經(jīng)濟學(xué)。

　　(3)實(shí)際工程應用證明，摻合料以及外加劑的摻量與性能以及水膠比等指標，對綠色高性能混凝土的主要性能具有主導影響，因此在材料選用時(shí)應加強相應的檢測與試驗，確定設備的精度與可靠性，在保證材料性能的條件下，更多地選用工業(yè)廢料與廢渣，減少水泥熟料的使用量。

　　綠色高性能混凝土特點(diǎn)

　　綠色高性能混凝土憑借自身優(yōu)勢，在建筑工程中得到了一定范圍的應用，其區別于常規混凝土的特點(diǎn)，主要體現在以下幾方面：

　　1.高強度。作為綠色高性能混凝土最為典型的特征，多數學(xué)者認為綠色高強度混凝土需具有高強的基本特征，其實(shí)際強度不應低于 50~60 MPa，實(shí)際項目中應用的混凝土強度超過(guò) C100。

　　2.高耐久性。綠色高性能混凝土自身應擁有良好的抗滲透性、抗腐蝕性，混凝土結構需具備較強的致密性，使其呈現為低溫度應變、低徐變特征，且實(shí)際硬化過(guò)程中整體體積不會(huì )發(fā)生較大的變化，水化熱較低，溫度升高波動(dòng)較小，外觀(guān)結構密實(shí)度優(yōu)良，即便處于惡劣環(huán)境下其實(shí)際使用壽命也較長(cháng)，不易產(chǎn)生宏觀(guān)、微觀(guān)裂縫，始終保證抗滲性滿(mǎn)足相關(guān)要求。

　　3.高工作性。其實(shí)際運輸過(guò)程中，具有較高的流動(dòng)度，無(wú)需進(jìn)行振搗，綠色高性能混凝土拌合物除高流動(dòng)性之外，還需具有良好的填充和離析能力。

　　4.經(jīng)濟合理性。因高性能混凝土中含有大量的工業(yè)廢棄渣料，在節省大量能源的基礎上，實(shí)現環(huán)境保護目標。其單價(jià)成本高于普通混凝土，但因減少人工、機械費用等，其整體的建設成本還是低于普通混凝土，利用綠色高性能混凝土建設工程，可大幅度減輕建筑結構自身重量，減少材料實(shí)際用量及運輸量，實(shí)現經(jīng)濟效益最大化。

　　綠色高性能混凝土應用

　　1.植被混凝土

　　植被混凝土主要是指滿(mǎn)足綠色植物生長(cháng)，且具有相應防護能力的混凝土，其主要是由植物、泥土等材料構成。我國北方區域內存在大量的沙漠侵蝕、水土流失較為嚴重的區域，需結合實(shí)際狀況，選取大量的固沙、固土材料。城市混凝土化和高熱環(huán)境需從本質(zhì)得以有效治理，開(kāi)發(fā)植被混凝土是最直接、最高效的方法，植被混凝土可顯著(zhù)增加整個(gè)城市綠色空間，大幅度吸收噪聲及其塵土，對城市整體氣候生態(tài)均衡具有較佳的作用。當下植被型混凝土不僅擁有混凝土自身材料基本功能，而且具備保護環(huán)境、改善生態(tài)環(huán)境優(yōu)勢。植被混凝土自身實(shí)際容重為 14~15 kN/m3，孔隙率為 30%~45%，自身性能較為優(yōu)良、抗光照性能較佳，自身抗沖刷能力可進(jìn)一步抵御 120mm/h 降雨。普通掛網(wǎng)客土噴播難以長(cháng)期處于高陡巖石邊坡上，作為一類(lèi)新型防護技術(shù)，植被混凝土由多種混合料構成，機械化水平較高，選取干式噴錨機進(jìn)行噴播，實(shí)際噴射距離較遠，且具有較強的抗沖刷能力，用于陡峭的巖石邊坡中優(yōu)勢十分凸顯。

　　2. 透水性混凝土

　　相較于傳統混凝土，透水性混凝土最為典型的特征為擁有 15%~30% 的連通孔隙，自身透水性十分優(yōu)良，此種材料用于道路、廣場(chǎng)等鋪設過(guò)程中，可顯著(zhù)擴展城市透水面積，為行車(chē)、人員提供良好的舒適性及安全性，進(jìn)一步調整城市空氣溫濕度，保證土壤自身水位及生態(tài)均衡性。伴隨當下人類(lèi)對生態(tài)環(huán)境保護的愈發(fā)重視，透水性混凝土使用較為廣泛，其在城市公園、居民小區、工業(yè)園區等區域內的路面應用中成效優(yōu)良。具體來(lái)說(shuō)，透水性混凝土具備以下優(yōu)點(diǎn)：一是可進(jìn)一步增加城市可透水、透氣面積，強化地表與空氣自身熱量、水分相互間的交換，對整個(gè)城市氣候調節優(yōu)化具有促進(jìn)作用，可從本質(zhì)層面緩解“熱島現象”;二是可最大限度使用雨雪降水，增大地表實(shí)際溫濕度，改善城區內水資源匱乏現狀;三是大幅度緩解雨季道路排水系統整體負擔，減少不良天氣對城市水資源產(chǎn)生的污染;四是可及時(shí)吸收車(chē)輛產(chǎn)生的較大噪聲，為人們創(chuàng )設良好的生活環(huán)境，避免雨天路面積水和夜間反光。

　　3. 水生物保護型混凝土

　　水生物保護型混凝土具體是指，結合生物生長(cháng)特征及其規律，創(chuàng )設良好的生物空間及其孔隙，為水生物營(yíng)造良好的生長(cháng)環(huán)境，主要依托共生或相互間作用形成完整的食物鏈，促使混凝土周?chē)|(zhì)對生物生長(cháng)不會(huì )產(chǎn)生較大的影響，為海洋生物和淡水生物的良好生長(cháng)提供條件，實(shí)現保護生態(tài)環(huán)境目標。此類(lèi)混凝土主要適用于江、河、湖等區域內。水生物保護型混凝土實(shí)際配制過(guò)程中，需充分以植被綠化型混凝土為基礎。應用于海洋環(huán)境中時(shí)，混凝土受外界因素侵蝕較多，所以在保證低堿度多孔的基礎上，應采取措施最大限度提高混凝土在海洋中的抗腐蝕性。此外，其還可用于淡水水域中河床、護岸等構件，將其構件表面形成凹凸不平的形狀，保證其適應于自然狀態(tài)的河床、河岸形態(tài)，可為各類(lèi)植物提供生長(cháng)場(chǎng)所，凈化水質(zhì)，保護生物多樣及生態(tài)環(huán)境均衡性。

　　總結與展望

　　從初期環(huán)節的原材料至具體的工程應用，綠色高性能混凝土的研究包含多個(gè)環(huán)節，實(shí)現混凝土生產(chǎn)“綠色化”，需積極開(kāi)展以下工作：

　　1.加強高性能混凝土的科研開(kāi)發(fā)、標準制定，以及人們的環(huán)保節能意識，進(jìn)一步加大宣傳綠色概念，促使混凝土生產(chǎn)各環(huán)節予以重視。綠色混凝土已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，逐步推廣使用該材料，符合未來(lái)可持續發(fā)展的理念。

　　2.工程設計人員需不斷更新混凝土設計方法，施工人員需遵循相應的原則，保證施工質(zhì)量達標。實(shí)踐數據顯示，粉煤灰替代率為 35%~50% 的低強度等級混凝土，可大面積用于道路路基中，在大體積混凝土工程中應用加入了大量粉煤灰的混凝土，成效較佳。

　　3.對紙漿廢液進(jìn)行進(jìn)一步加工處理，開(kāi)發(fā)以紙漿為核心原材料的各類(lèi)外加劑，并擴大其應用范圍。長(cháng)期以來(lái)，黑色紙漿廢液是影響我國多個(gè)河道污染的主要因素，有效處理廢漿具有重大意義，充分應用紙漿廢液制作最終的減水劑，不僅可節省大量費用支出，還可避免造紙廠(chǎng)廢棄液體對環(huán)境、工農業(yè)生產(chǎn)的不利影響。

　　4.研究和制定綠色高性能混凝土質(zhì)量控制方法、驗收標準等。沿用原有混凝土的質(zhì)量控制方法，難以滿(mǎn)足現下實(shí)際需求，一定程度影響綠色高性能混凝土生產(chǎn)者的積極性，不利于大面積推廣及應用。綠色混凝土材料作為我國建筑產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展基礎，需積極加大其研究開(kāi)發(fā)力度，對其存在問(wèn)題及時(shí)解決，尤其在技術(shù)及資金方面予以支持。此外，綠色高性能混凝土要求具有良好的耐久性，但對其質(zhì)量進(jìn)行綜合評定時(shí)，尚僅依靠現行的標準考量，未重視耐久性指標，因此，規范的質(zhì)量控制方法與標準亟待制定。