绿色高性能混凝土研究 - 图文

绿色高性能混凝土研究

建筑工程学院土木工程

目 录

1. 引言??????????????????????????????

2. 绿色高性能混凝土的概要?????????????????????

3. 绿色高性能混凝土的成分?????????????????????

4. 绿色高性能混凝土的生产工艺???????????????????

5. 绿色高性能混凝土的优点?????????????????????

6. 绿色高性能混凝土的缺点?????????????????????

7. 绿色高性能混凝土的应用研究???????????????????

8. 绿色高性能混凝土的发展前景???????????????????

9. 总结??????????????????????????????

正文

1． 引言

2．绿色高性能混凝土的概念及分类 2．1 绿色高性能混凝土的概念

绿色混凝土的“绿色”涵义为：节约资源、能源；不破坏环境，更有利于环境；可持续发展，既满足当代人的需求，又不危害子孙后代。且能满足其需要[1]。

所谓绿色高性能混凝土，是指通过材料研选、采用特殊工艺、制造出来的具有特殊结构和表面特性的混凝土；既能减少环境负荷，又能与环境协调，它具有能适应动、植物生长，对调节生态平衡、美化环境景观，为人类构造舒适环境。

绿色高性能混凝土指应具有以下特点的混凝土：可满足混凝土的可持续发展，能减少环境污染，又能与自然生态系统和谐开发；比传统混凝土具有更高的强度和耐久性；可选择资源丰富，能耗小的原材料；能大量利用工业废弃资源，实现非再生性资源的可循环使用和有害物质的从低排放；适合人居，对人体无害。 2．2 绿色高性能混凝土的分类

如今绿色高性能混凝土已逐渐形成一门独立学科，根据使用功能，发展为植被绿化型混凝土、透水型混凝土、水生物保护型混凝土等三大类。 2．2．1 植被绿化型混凝土

植被绿化型混凝土是指能够适应植物生长、可进行植被作业的混凝土及其制品，具有保护环境、改善生态条件、基本保持原有结构材料性能。

多孔连续型绿化混凝土是植被绿化混凝土的一种类型，这种混凝土以多孔混凝土作为骨架结构，内部存在着一定量的连通孔隙，为混凝土表面的绿色植物提

供根部生长、吸取养分的空间，采用多孔混凝土作为植物生长基体，并在孔隙内充填植物生长所需的物质[2]。 2．2．2 透水型混凝土

透水混凝土是具有l50／r30％的连通孔隙的多孑L或大孔混凝土[3]。它是由胶凝材料、粗骨料、水和外加剂按照一定的比例拌和而成，j由于无细骨料，在硬化后的混凝土中存在着较大的孔洞、孔隙率大，有较强的透水性能[4] 2．2．3 水生物保护型混凝土

水生物保护型混凝土是指能够营造出适合生物生长、生息的空间或孔隙，能够为水藻类生物提供合适的附着表面，并能在}昆凝土表面增殖，通过相互作用或共生作用，形成食物链，使混凝土周围的水质对生物生长没有不良影响，为海洋生物和淡水生物生长提供良好条件．保护生态环境。 2．3 绿色高性能混凝土的由来

与水泥混凝土相关的资源、能源与环境问题十分突出。传统的混凝土生产，尤其是其主要原材料水泥的生产会带来极大的资源、能源消耗和严重的环境污染。生产1 t水泥熟料的燃料约400kg；1 t熟料由CaCO3分解生成620kg的CaO，同时产生490 kg的CO：，再加上电耗，则生产1 t水泥熟料所排放的总量约为1t[5] 。自从世界上大量的水泥混凝土建筑物及构筑物开始出现人们所未曾预料到的过早的失效破坏，尤其是当人们开始意识到人类毫无节制地滥用地球资源和能源，以致开始出现危机时，混凝土材料科学界也开始进行反思：混凝土材料如何才能可持续发展?为使混凝土业能够可持续地发展，Mehta提出了3个基本原则，即：节约利用混凝土原材料，提高混凝土结构耐久性，以及在混凝土技术的研究和教育中将习用的还原论方法转换为整体论方法[6]。1990年5月，由美国标准与技术研究院(NIST)和混凝土学会(ACI)主办召开了第一次国际HPC研讨会[7]。在这次会议上，首次提出了高性能混凝：L(High Performance Concrete，简称HPC)的概念，得到了各国工程界的广泛响应，被称为“2l世纪混凝土”。但不同国家、不同学者依照各自的认识、实践、应用范围和目的要求的差异，对高性能混凝土有不同的定义和解释[8]。我国混凝土科学技术的先驱与奠基人吴中伟院士综合各种观点后，对HPC定义如下[9]：HPC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，选用优质原料，在妥善的质

量管理条件下制成。除水泥、集料、水以外，必须采用低水胶比，掺加足够的细掺料与高效外加剂。HPC应同时保证下列诸性能：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。中国混凝土学会高强、高性能混凝土委员会于2000年在苏州召开的会议上，建议高性能混凝土定义为：以耐久性和可持续发展为基本要求并适合工业化生产与施工的混凝土[10]。

区别于传统混凝土，高性能混凝土把混凝土结构的耐久性作为首要的技术指标，目的在于通过对混凝土材料硬化前后各种性能的改善，提高混凝土结构的耐久性和可靠性。高性能混凝土在配制上的特点是低水胶比、掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。吴中伟院士认为：混凝土能否长期作为最大宗的建筑结构材料，关键在于能否成为绿色材料，并于1997年首次提出了绿色高性能混凝土(Green High Performance Concrete，简称GHPC)的概念。他认为，GHPC应具有下列特征 ： (1)更多地节约熟料水泥，减少环境污染。GHPC中，磨细工业废渣，而不是熟料水泥将成为最大的胶凝组分； (2)更多地掺加工业废渣为主的细掺料； (3)更大地发挥高性能的优势，减少水泥与混凝土用量； (4)扩大GHPC的应用范围。将现行HPC的强度低限从C5f-C60降到C30左右。GHPC强调的是混凝土的绿色含量，着跟于混凝土的可持续发展。绿色高性能混凝土由于具有良好的性能与环境协调性，已成为混凝土产业未来发展的方向。加快发展绿色高性能混凝土，满足T程建设需要是建筑业贯彻实施可持续发展战略的重要途径。 3.绿色高性能混凝土成分分析

在配制混凝土时加入较大量矿物细掺料，可以降低温升，改善工作性，增进后期强度，并可改善混凝土内部结构，提高耐久性和抗渗性，尤其是矿物细掺料对碱－集料反应具有很好的抑制作用，这些矿物细掺料称为辅助胶凝材料。在配制高性能混凝土时，通常使用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥再掺加矿物细掺料。不同的矿物细掺料混合或矿物细掺料与水泥混合称为复合胶凝材料。

矿物细掺料的主要种类 矿物细掺料基本可以分为四类：

（1）有胶凝性（或称潜在活性）的。如粒化高炉矿渣和水硬性石灰。 （2）有火山灰活性的。火山灰活性指本身没有或极少有胶凝性，但其粉末状态在有水存在时，能与Ca（OH）在常温下发生化学反应，生成具有胶凝性的组分。

如粉煤灰、硅灰等。

（3）同时具有胶凝性和火山灰活性的。如高钙粉煤灰或增钙液态渣以及固硫渣等。矿渣实际也同时具有火山灰活性。

（4）其他未包括在上述三类中的本身具有一定化学反应的材料。如磨细的石灰岩、石英砂、白云岩以及各种硅质岩石的产物。

粉煤灰

现已研发和使用的绿色高性能混凝土，绝大部分把粉煤灰作主要掺料，粉煤灰是工业废料，如不很好利用，会对环境造成二次污染，在绿色高性能混凝土中采用粉煤灰，既解决了二次污染，又降低了混凝土的成本，同时提高了混凝土的性能，主要表现在提高了混凝土的耐久性和工作性。

用粉煤灰代替部分水泥，在低水胶比条件下，水泥的水化条件相对改善，因为粉煤灰水化缓慢，使混凝土的“水灰比”增大，水泥的水化程度因而提高，这种作用机理随着粉煤灰的掺量增大愈加明显（掺量为58%:左右，初期水灰比则约0.65）。水泥水化程度的改善，则有利于粉煤灰作用的发挥，然而与此同时，需要粉煤灰水化产物填充的空隙已经大大减小，所以其水化能力差的弱点在低水胶比条件下被掩盖，而降低温升等其他优点则依然起着有利于混凝土性能提高的作用。

粉煤灰作为燃煤电厂的副产品，量大且来源稳定，如果利用不好，不仅占地、占水域，而且污染环境。对于工程中添加粉煤灰作为混凝土的成分，不但节约了成本，提高了混凝土的强度，明显改善混凝土的工作性、力学性能和耐久性，具有显著的技术、经济和社会效益。

混凝土中的稻壳灰

稻壳经过专用的烧灰炉烧去有机物，残留下无机物SiO2灰烬等，再经过磨机磨细，即可得到稻壳灰。就目前来说，稻壳灰在建筑上的应用主要在水泥、高性能混凝土方面。

在高强度大体积混凝土中，用稻壳灰可得到高强度而内部温升不大。稻壳灰具有较高的火山灰活性，在超量取代水泥的情况下，稻壳灰的增强效果更显著。

稻壳灰的组成、细度、活性、资源和研究报道说明，大量使用稻壳灰作混凝土的活性细掺料，从技术上看是可行的，是完全符合绿色高性能，可持续发展材

料的要求的。

硅粉

硅粉中SiO2的的质量分数随生产国和生产方法而异，其含量越高，硅粉在碱性溶液中的活性越大。一般来讲，用作混凝土掺合料的硅粉，其SiO2的质量分数应在90%以上，其中活性的SiO2 （在饱和石灰水中可溶）达40%以上。

硅粉之所以可以作为一种辅助性胶凝材料改善硬化水泥浆体的微结构，首先是因为硅粉具有很高的火山灰活性。其次是因为硅粉的微集料特性，它不仅自身可以填充硬化水泥浆体中的有害孔，其二次水化产物也可以填充硬化水泥浆体中的有害孔，从而改善硬化水泥浆体孔隙结构。

粒化高炉矿渣

简称矿渣，是具有胶凝性（或称潜在活性）和火山灰活性的矿物细掺料，除了在水淬时形成的大量玻璃体外，矿渣中还含有钙镁铝黄长石和很少量的硅酸一钙或硅酸二钙等结晶态组分，因此它具有很微弱的自身水硬性。矿渣磨的越细，其活性越高.

减水剂

绿色：如大量应用工业废液。用黑色纸浆废液为原料改性制造减水剂。 高性能：如使用高效凝胶减水剂。

选用：一般选用减水率20%左右的高效减水剂，掺量为胶结材总量的1.0～1.5%。选用减水剂时应考虑减水剂与水泥、粉煤灰的适应性。

骨料（再生骨料）

旧建筑物或结构物解体的混凝土经破碎分级成为粗细骨料，代替混凝土中部分砂石配制的混凝土，称为再生骨料混凝土。利用再生骨料配制再生混凝土已被看做为发展绿色混凝土的主要措施之一。再生骨料与天然骨料相比，具有孔隙率大、吸水性强、强度低等特性，这将导致再生骨料混凝土与天然骨料混凝土的特性相差较大。例如，再生骨料混凝土的工作性(流动性、可塑性、稳定性、易实性)因孔隙率大、吸水性强而下降；再生骨料的多孔隙导致混凝土弹性模量减小、强度降低、刚度减小；吸水性强使失水后的混凝土干缩增大，因而再生粗骨料的性能波动较大，须经分选、破碎、洁净处理，并根据实验测定骨料各项性能后，才能作为粗骨料使用。但若以30％以下的再生骨料等量取代混凝土中的天然骨料

时，其性能与天然骨料混凝土相似。

砂子

宜选用天然河砂，细度模数2.6～3.0，含泥量不大于2%。石子：选用质地坚硬，级配良好，吸水率低的碎石，Dmax≤20mm，针片状颗粒含量不超过3%～5%，含泥量低于1%、压碎指标小于10%。粉煤灰：配制高性能混凝土通常选用一级粉煤灰，掺量一般为水泥量的15%～30%。

石屑代砂

天然砂是混凝土的重要组成部分。目前我国处于工程建设的高峰期，建筑用砂需求十分巨大。由于我国砂资源分布不均匀，加上环境保护要求，许多河流已实施禁止采砂，天然砂资源逐渐不能满足工程建设的需要，因此，寻找天然砂的替代品十分迫切。

与天然砂相比，石屑具有质地坚硬、表面粗糙多孔、有尖锐棱角、粘结性能良好等特点，并且含有大量料径小于0.16 mm的石粉。石屑的来源一般有两种：一是碎石加工的筛余副产品；二是碎石再加工而成。由于石料厂生产流程和工艺不同，石屑的物理性能指标变化范围较大，细度模数的变化范围为1.7 ～4.5，视密度为2.58 ～2.82 g/ cm3 ，容重在1.36～1.60 g/ cm3 范围，空隙率在42 % ～ 47 %之间，由此可知，石屑的物理性能与砂相似，是比较适宜的代砂材料。

经试验可知，由于石屑改善了集料——— 浆体的界面和混凝土孔隙结构，增强了混凝土的密实性，以及碳酸钙颗粒的晶核反应加速了C < sub > 3水化并避免了晶体的集中生长，石屑混凝土的强度比普通混凝土高，抗渗性好、抗冻性高，性能优于普通混凝土。

在实际施工中，采用将50%掺量的混凝土配合比应用于水柏铁路施工中，既节约了远距离高价购砂的费用，又节约了时间，降低了施工成本，保证了施工进度，给单位创造了良好的经济效益，取得了很好的施工效果。

与普通混凝土比较，石屑混凝土具有以下良好性能： (1) 提高了和易性及抗渗性。 (2) 提高了混凝土的强度。 (3) 降低了收缩性。 石粉

标准石粉的定义是:加工前经除土处理,加工后形成粒径小于75微米,其矿物组成和化学成分与被加工母岩相同的物质。虽同是小于75微米的颗粒,但石粉与天然砂中的泥成分不同、粒径分布不同,在混凝土中所起的作用亦不同。天然砂中的泥对混凝土是有害的,必须严格控制其含量。而人工砂中适量的石粉对混凝土是有益的,有适量石粉的存在,弥补了人工砂配制混凝土和易性差的缺陷。同时,它的掺入对完善混凝土特细骨料的级配(在这一点上,天然砂由于其生产工艺的

限制,其特细级配部分是不完善的),提高混凝土密实性都有益处,进而起到提高混凝土综合性能的作用。

水泥

采用优质水泥，标号不低于42.5Mpa的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。 混凝土的强度主要由水泥浆的强度、水泥浆与骨料界面的粘结强度、骨料颗粒强度决定。水泥浆将骨料牢固地粘结成整体,而水泥浆的强度取决于水泥的强度等级,因此,合理选择水泥的强度等级非常重要。研究表明,等级越高的水泥越易获得更高的强度,但其强度增长不与水泥抗压强度的增长成正比,当水泥的强度等级过高于混凝土设计强度等级时,水泥用量小,拌合物松散,粘性差,反之过低时,水泥用量过多,混凝土拌合物粘聚力大,成团,不便浇注,不经济,且过大的水泥用量也可能引起混凝土在水化初期出现塑性裂缝以及收缩量的增加。

水胶比的控制

工程实践证明,在相同材料和工艺条件下,混凝土强度取决于水胶比,即混凝土强度随水胶比增大而降低,这就是水胶比定则。 4.绿色高性能混凝土的生产工艺 4.1 绿色高性能混凝土设计规程

1．所使用的水泥必须为绿色水泥(简称GO)；砂石料的开采应以十分有序且不过分破坏环境为前提。

2．最大限量地节约水泥用量，从而减少水泥生产中的“副产品”——0。2，SO2和NO．等气体以保护环境．

3．更多地掺加经加工处理的工农业废渣，如磨细矿渣、优质粉煤灰、硅灰和稻壳灰等作为活性掺合料，以节约水泥，保护环境，并改善混凝土耐久性。

4 大量应用以工业废液，尤其是黑色纸浆废液为原料改性制造的减水剂，以及在此基础上研制的其它复合外加剂，帮助其它工业消化处理难以处治的液体排放物。

5．集中搅拌混凝土，消除现场搅拌混凝土所产生的废料、粉尘和废水，并加强对废料、废水的循环使用。

6．发挥HPC的优势，通过提高强度，减小结构截面积或结构体体积，减少混凝土用量，从而节约承泥和砂、石的用量；通过改善施工性来减小浇筑密实能耗，

降低噪音；通过大幅度提高混凝土耐久性，延长结构物的使用寿命，进一步节约维修和重建费用，减少对自然资源无节制的使用。

7．对大量拆除废弃的混凝土进行循环利用，发展再生混凝土． 4.2 绿色高性能混凝土施工工艺

生产绿色高性能混凝土的一般技术途径是：在常规材料和生产设备、生产工艺的基础上，优化骨料级配，减小孔隙率，采用合理的水胶比和水灰比：采用新型高效减水剂减少混凝土的单方用水量。增大坍落度和控制坍落度的经时损失：采用适当掺量的超细矿物粉料，或超细复合矿物粉掺和料。混凝土的施工工艺是技术途径的实现过程和表现形式，商品混凝土简要生产工艺流程见图5

绿色高性能混凝土的配制生产

1、植被绿化型混凝土配制生产

植被绿化型混凝土必须满足以下条件：

(1)具有一定的连通孔隙，能够提供并保持植物必须的水分、养分。

(2)混凝土应有较低的碱度，适应植物的生长要求。

(3)具有一定的强度，满足维护地表的负荷要求。

植被绿化型混凝土的相关技术参数，见表l所示。

植被绿化型混凝土配制

由于植被绿化型混凝土对强度要求不高，故重点以研究多孔混凝土和低碱混凝土为主。

以大孑L混凝土的配制方法为基础，其他的方式为补充完善技术要求。将吸水、保水材料加人混凝土中，使其起到提供、保持植物所需水分、养分的作用；降低混凝土碱度可采用低碱混凝土或将普通混凝土用酸性物质中和等措施。

大孔混凝土是以粗骨料、水泥和水配制的混凝土，为无砂混凝土。此种混凝土是水泥浆包裹粗骨料颗粒表面，使其黏结在一起，但水泥浆并不填满粗颗粒之间的孔隙，且孔隙尺寸较大并连通，而形成大孔结构混凝土，具有良好的渗透性能可适应植物生长。

植被绿化型混凝土的材料选择及配合比的确定:

(1)水泥的选择：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、火山灰水泥和低碱度硫铝酸盐水泥。将5种水泥拌制成1：10的水泥浆，用广泛试纸测定其pH值，6组平均值结果，如表2所示。

所以首选低碱度硫铝酸盐水泥。在保证基本强度的条件下尽量减少水泥用量，因为水泥用量越大pH值越大。可通过掺加粉煤灰降低水泥用量，试验表明粉煤灰掺量(质量分数)达65％～70％的混凝土，其28 d的pH值可降至11．50以下，90 d的pH值甚至可以达到9．0—10．5，满足低碱度、多孔的要求f3】。

(2)减水剂：主要用于调整混凝土的凝结时间和减少水的用量，在相同孔隙率的情况下可以提高混凝土的强度。J'HJll剂的用量以水泥和骨料不离析，水泥能包裹住骨料为最佳。常用的减水剂减水效果，如表3所示。

故应优先选择树脂系减水剂。

(3)石子：对于透水性而言，人工碎石和单一粒径的石子孔隙率大，有利于

透水。对强度而言在粗骨料相互接触而形成的双凹黏结面上，水泥浆厚度越厚，黏结点越多，黏结就越牢固，强度越高。由于植被绿化型混凝土对强度要求不高，容易达到强度和透水的统一性。试验可知使用5—10 mm和10-20 mm的碎石级配良好；即能满足强度，又能保证透水性。混凝土强度与透水系数关系，如图l所示

(4)水灰比的选择：水灰比既影响混凝土的强度，又影响其透水性。水灰比过小，浆体太稠，水泥浆难以均匀地包裹骨料颗粒，使其难以正常成型，会使强度降低。或者水泥浆太厚，堵塞孔洞，透水性降低。如果水灰比过大、浆体太稀、流动性大，水泥浆会从骨料颗粒上淌下造成黏结水泥太少，骨料之间黏结面积太小，形成不均匀的混凝土组织，既不利透水，也不能保证混凝土的强度。

一般植被绿化型混凝土的水灰比介于0．2~o．4之间。在实际配制中常根据经验来判定水灰比是否合适。如水泥浆在骨料颗粒表面包裹均匀，没有水泥浆下滴现象，而且颗粒有光泽。则说明水灰比较为合适，反之需要调整。水灰比与混凝土强度、透水系数和孔隙率的关系，如图2\所示。

(5)配合比的确定：各种材料的用量要严格地控制在一定的范围，通过一定的试验筛选，达到较好的配合比。根据以上原则，一般配制强度C15-4220的混凝土既可满足要求。确定l m3混凝土的配合比 植被绿化型混凝土的施工

(1)搅拌混凝土需采用强制式搅拌机拌和。各种材料应准确计量后加入，由于水泥浆的稠度较大，且数量较少，为保证水泥浆能够均匀地包裹在骨料上，搅拌时间应适当延长为心4 rain。

(2)由于混凝土的石子用量比普通混凝土的用量大1．轧1．6倍左右，所以考虑计量和搅拌机的搅拌能力。每盘搅拌的材料量要根据集料斗的计量范围要相应减少方量。

(3)由于混凝土流动性很小，所以不能用普通混凝土搅拌车运输，应采用专门运输车进行运输。混凝土人车前，必须用水将车厢体湿润(不积水)，同时使用

保水性好的材料湿润后覆盖表面，以减少混凝土内部水分的蒸发、流失。

(4)混凝土浇筑前基础必须湿润，避免干燥的基础吸收混凝土的水分，降低骨料与浆体的黏结力，影响混凝土的强度。振捣应采用外部振捣或表面振捣的方式。

(5)常温下浇筑、振捣完毕后5～8 h内应洒水及覆盖塑料薄膜进行养护，防止失水。完全硬化后，连续养护不少于7 d。其成品如图5所示。

植被绿化型混凝土的应用

植被绿化混凝土作为固沙、固土、固堤材料，可用于城市的道路两侧及中央隔离带、护坡、停车厂、人行路面及建筑物的局配部(楼顶、阳台、院墙顶部等不与土壤相连的部位)。适合于大面积的绿化工程，尤其是大型土木工程之后的景观修复等。增加城市绿色空间，调节人们的生活情绪，同时能够吸收噪音和粉尘，对城市的生态平衡也起到了积极作用 4.2 透水型混凝土配制及应用 透水型混凝土配制

透水型混凝土的配制可借鉴植被绿化型混凝土，以大孔混凝土的配制方法为基础。由于透水型混凝土对pH值基本无要求，但对强度要求较高一般，>C30。故重点以研究多孔混凝土为主在保证强度的条件下尽可能的提高透水性能。 透水型混凝土的材料选择及配合比的确定

(1)水泥的选择：为保证混凝土的强度，应采用I>42．5 MPa强度等级的水泥。可在保证最佳用水量的前提下，适当增加水泥用量，这样能够增加骨料周围水泥浆膜层的稠度和厚度，可有效地提高混凝土的强度。但水泥用量过大会使浆体增多，孔隙率减少，降低透水性。通常透水型混凝土的水泥用量在320---460 kg／m3,图5植被绿化型混凝土成品图范围内较合适。

(2)减水剂和石子：透水型混凝土的减水剂和石子可参照植被绿化型混凝土，应优先选择树脂系减水剂。石子可采用级配良好的5～10 mm和10～20 mnl的碎石。

(3)水灰比的选择：由于透水型混凝土的透水系数一般要大于植被绿化型混

凝土，故水灰比要相应的提高。在实际配制中根据经验透水型混凝土的水灰比应介于0．25,4)．45之间。

(4)配合比的确定：由于透水混凝土受透水系数和强度的双重制约，透水系数增大，强度相应降低；强度提高，透水系数相应减小。应尽量达到强度和透水性的统一。

根据以上要求，一般配制强度>，C30的透水型混凝土既可满足要求。确定混凝土的配合比，如表5所示

透水型混凝土的应用

透水型混凝土主要用于城市道路、广场、护提、护岸工程等。能够使雨水迅速地渗^地表，还原成地下水，使地下水资源得到及时补充，保持土壤湿度，改善城市地表植物和土壤微生物的生存条件，扩大城市的透水、透气面积。当降雨时能够减轻排水设施的负担，避免路面积水和夜间反光，增加行人、行车的舒适性和安全性，减小交通噪音，对调节城市空间的气温和湿度，缓解城市的“热岛效应”，维持地下水位和生态平衡具有重要作用。 4.3 水生物保护型混凝土的配制及应用 水生物保护型混凝土配制

水生物保护型混凝土的配制应以植被绿化型混凝土为基础，由于海洋环境中的混凝土所受到的各种侵蚀远比自然环境中的混凝土多，故重点在保证低碱度多孔的同时；尽可能的提高混凝土在海洋环境中的抗腐蚀性。 水生物保护型混凝土的材料选择及配合比的确定

(1)水泥的选择：应优先选用耐腐蚀能力强、抗冻融性好、水化热低的低碱度硫铝酸盐水泥，cA的含量最好能降至5％以下。如选用普通硅酸盐水泥或其他耐腐蚀水泥。包括掺有矿渣、火山灰、粉煤灰、硅藻土等活性熟料的水泥，可有效阻止腐蚀性离子向混凝土内部渗透。

(2)外加剂和石子：外加剂应优先选择树脂系减水剂和粉煤灰等矿物质掺合料。石子可采用级配良好的5～10衄和10~20咖的碎石。

(3)水灰比的选择：可参照透植被绿化型混凝土，水灰比介于O．2~0．4之间。 (4)配合比的确定：与植被绿化型混凝土配合比基本相同，不同处是要掺加一定数量如(10哆扣15％)的SiO：等矿物质掺合料，以提高混凝土抗腐蚀性。确定混凝土的配合比，如表6所示。

水生物保护型混凝土的应用

水生物保护型混凝土可用于江、河、湖和海滨等水域及沿岸。如可做成人工礁石，放置在海洋中，附着在表面的海藻类数量是普通混凝土块的2～3倍，且海藻生长茂盛，形成食物链，为海洋生物生长提供良好条件。此外，还可用于淡水域的河床、护岸等的混凝土构件，构件的表面做成凹凸不平的形状，使之尽量接近自然状态的河床、河岸的状态；为水中的藻类、植物提供根部附着的场所，为鱼类提供生息和避难的场所，净化水质、保护生物多样及生态环境。 5. 绿色高性能混凝土的优点

绿色高性能混凝土首先应该是高性能混凝土,同时又是“ 绿色”混凝土 高性能混凝土应具备以下特点:

(1)高的工作性能。高性能混凝土在拌合、运输、浇筑时具有良好的高流动性(坍落度在200mm以上),不泌水不离析, 施工时能达到自流平, 坍落度经时损失小, 具有良好的可泵性。高性能混凝土的这种优良工作性能可以保证施工时混凝土的质量均匀, 避免一些原始缺陷, 同时也能提高施工的速度, 节省人工,收到良好的经济效益。

(2)体积稳定性好。高性能混凝土在硬化过程中体积稳定, 水化热低, 混凝土温升小, 硬化过程中不开裂, 收缩徐变小, 硬化后具有致密的结构, 不易产生裂缝。

（3)高的强度。高性能棍凝土应有高的早期强度及后期强度。高强度是高性能混凝土的重要特点, 但不等于低强度混凝土不具备高性能。我国基本上认为高性能混凝土标号应在C50以上。目前一达国家高性能混凝土强度已经达到C100以上, 并已见诸工程应用。

（4）高耐久性。高性能混凝土应具高的抗渗性、抗冻融性及抗腐蚀性。高性能混凝土的渗透性很混凝土结构致密, 能有效地抵抗硫酸盐、氯离子等有害介质的侵蚀, 使混凝土即使在严酷的自然环境下也具有较长的使用寿命。有些国家设计的混凝土使用寿命能达到100年, 目前我国提出混凝土寿命至少应在50年以上。

“绿色”混凝土是指既能减少对环境的破坏, 又能与自然生态共生, 为人类构造舒适环境的混凝土材料。具有的优点可概括为：

(1) 节约资源、能源；

(2) 不破坏环境，更应有利于环境；

(3) 可持续发展，保证人类后代能健康、幸福地生存下去。

综合“ 绿色”和“ 高性能”含义, 可以得出绿色高性能混凝土是指采用先进的混凝土技术, 尽量少占用天然资源和能源, 大量使用工业废弃物和城市垃圾制成的具有优良耐久性、工作性和经济适用性的混凝土。一些专家的研究认为, 绿色高性能混凝土一般应具有以下特征

（1）所使用的水泥必须为“ 绿色型”水泥工业生产的。绿色型水泥工业是指充分利用资源和二次能源回收, 并能够循环利用其它工业的废渣和废料企业不仅要实行质量管理体系, 还要真正实行全面环境保护体系粉层、废渣和废气等的排放几乎接近于零, 真正做到不仅自身实现零污染、无公害, 又因循环利用其它工业的废料、废渣, 而帮助其它工业进行三废消化, 最大限度地改善环境。另外还要最大限度地节约水泥。

（2）更多地掺加经过加工处理的工业废渣, 如磨细矿渣、优质粉煤灰等作为活性掺合料, 以节约水泥, 保护环境, 并改善混凝土耐久性。大量应用以工业废液为原料改性制造的减水剂, 以及在此基础上研制的其它复合外加剂。

(3)大力发展预拌商品混凝土, 消除现场搅拌混凝土所产生的废料、粉层和废水, 并加强对废料和废水的循环使用。

(4)对大量建筑垃圾进行资源化处理, 使之成为可利用的再生混凝土骨料, 减少对天然砂石的开采。

绿色高性能混凝土指应具有以下特点的混凝土：可满足混凝土的可持续发展，能减少环境污染，又能与自然生态系统和谐开发；比传统混凝土具有更高的

强度和耐久性；可选择资源丰富，能耗小的原材料；能大量利用工业废弃资源，实现非再生性资源的可循环使用和有害物质的从低排放；适合人居，对人体无害。

植被绿化型混凝土是指能够适应植物生长、可进行植被作业的混凝土及其制品，具有保护环境、改善生态条件、基本保持原有结构材料性能。

透水型混凝土由于无细骨料，在硬化后的混凝土中存在着较大的孔洞、孔隙率大，有较强的透水性能啊。

水生物保护型混凝土是指能够营造出适合生物生长、生息的空间或孔隙，能够为水藻类生物提供合适的附着表面，并能在}昆凝土表面增殖，通过相互作用或共生作用，形成食物链，使混凝土周围的水质对生物生长没有不良影响，为海洋生物和淡水生物生长提供良好条件．保护生态环境。

植被绿化混凝土作为固沙、固土、固堤材料，可用于城市的道路两侧及中央隔离带、护坡、停车厂、人行路面及建筑物局部(楼顶、阳台、院墙顶部等不与土壤相连的部位)。适合于大面积的绿化工程，尤其是大型土木工程之后的景观修复等。可以增加城市绿色空间，调节人们的生活情绪，同时能够吸收噪音和粉尘，对城市的生态平衡也起到了积极作用。

透水型混凝土主要用于城市道路、广场、护提、护岸工程等。能够使雨水迅速地渗^地表，还原成地下水，使地下水资源得到及时补充，保持土壤湿度，改善城市地表植物和土壤微生物的生存条件，扩大城市的透水、透气面积。当降雨时能够减轻排水设施的负担，避免路面积水和夜间反光，增加行人、行车的舒适性和安全性，减小交通噪音，对调节城市空间的气温和湿度，缓解城市的“热岛效应”，维持地下水位和生态平衡具有重要作用。

水生物保护型混凝土可用于江、河、湖和海滨等水域及沿岸。如可做成人工礁石，放置在海洋中，附着在表面的海藻类数量是普通混凝土块的2～3倍，且海藻生长茂盛，形成食物链，为海洋生物生长提供良好条件。此外，还可用于淡水域的河床、护岸等的混凝土构件，构件的表面做成凹凸不平的形状，使之尽量接近自然状态的河床、河岸的状态；为水中的藻类、植物提供根部附着的场所，为鱼类提供生息和避难的场所，净化水质、保护生物多样及生态环境。 5.绿色高性能混凝土的缺点

绿色高性能混凝土原材料的选择和使用要严格要求, 必须使用优质水泥、合

格的骨料和掺和料、饮用水以及优质添加剂。与常规混凝土相比,各方面要求都比较高, 试验工作必须随时根据工程要求进行必要的调整。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,为减少自身收缩, 必须从混凝土人模就开始加水养护,并采取喷雾、注水、薄膜覆盖等措施。另外必须加大对绿色高性能混凝土品种的研究和开发工作, 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、自密实混凝土等。加大再生混凝土的应用研究工作。在建筑垃圾中,有大部分是废混凝土块。要花费用把它们运到郊外, 又要从数十公里以外运来骨料, 用于新建筑物上, 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, 重新应用, 既能降低混凝土成本, 又能节约资源, 保护环境。 6.绿色高性能混凝土的应用研究 6.1 绿色高性能混凝土的研究展望 6.1.1 注意研究低强高性能混凝土

目前，高性能混凝土必须是高强混凝土( 大于 C 5 0 ) 的观点大大限制了高性能混凝土的应用范围.事实上,，大量使用的钢筋混凝土建筑物，如低层和多层房层以及高层房层的上层构件，以 及大体积水工建筑物和基础工程， 对强度要求并不高( C 2 5 - - , C 3 0 左右) ，但对耐久性、工作性、均匀性、体积稳定性、低温升等有一定甚至很高的要求，必须采用高性能混凝土。吴中伟院士认为，高性能混凝土应根据工程要求确定最低强度指标，以不损及混凝土内部结构的性质( 如孔结构、 水化物结构、 界面结构等) 与发展为度，以保证耐久性、体积稳定性等重要性能。

6.1.2 加强对绿色高性能混凝土配套技术的研究开发

着重解决高性能混凝土和绿色高性能混凝土由于低水胶 比引起的自收缩问题，进一步水化造成的裂纹问题，由于高强度带来的脆性问题等。 6.1.3 提高混凝土材料的绿色度

混凝土的主要原料水泥是一种资源代价、能源代价和环境代价巨大的材料。每生产1t水泥除放出大量的粉尘外，还排放出约1 t 的温室气体CO，因此，要提高混凝土的绿色度，必须采用有效措施，减少水泥的使用量。在高性能混凝土中科学地大量使用粉煤灰等矿物掺合料，既是提高混凝土性能的需要，又可减少对

水泥产量的需求； 既可减少煅烧熟料时 C O ： 的排放，又因大量利用粉煤灰、矿渣及其他工业废料而有利于保护环境。 6.1.4 降低高性能混凝土的成本

经济问题长期困扰着混凝土工作者，并成为混凝土技术进步的障碍。目前，大部分高性能混凝土的成本比常规混凝土高3 0％以上，制约了高性能混凝土的推广应用。与此同时，大量的试验研究证实，高性能混凝土不一定要高成本，低成本生产高性能混凝土是完全可能的。我国每年生产混凝土约6亿m3，如果每立方米混凝土生产成本降低 5 元左右， 每年便能节约人民币3 O多亿元。低成本生产高性能混凝土技术将成为绿色高性能混凝土应用推广的强大动力。 7.绿色高性能混凝土的发展前景

随着我国经济和社会的快速发展，人民生活水平的不断提高，环境污染成为影响经济和社会发展的重要因素，保护环境刻不容缓。地球生态环境由于人类的活动而遭到巨大破坏，为实现经济和社会可持续发展，现在必须重视环境问题，坚持科学发展观建立人与自然和谐发展的新模式，建设节约型社会，要全面协调社会经济和自然环境的关系。我国政府高度重视环境问题，适时制定了中长期节能规划。在规划中建筑业被列为节能与环保的重点行业。

有资料表明：建筑业在我国资源、能源消耗中所占比例分别为50％，40％，成为主要的环境污染源。建筑业中混凝土是用量最大、用途最广泛的建筑材料。普混凝土是以砂石为骨料的水泥基复合材料，水泥是其中主要的胶凝材料。普通混土质量大、抗拉强度低、生产过程劳动强度大、环境污染严重、可持续发展性。2004年我国水泥产量是9．7亿吨，如果全部用来生产混凝土，按每立方米混凝土用水泥300 kg，砂子0．5 m3，石子0．8 m3计算，可以生产13．9亿m3混凝土，需要砂大约7亿m3，石子大约ll亿m3，这样就要消耗巨大自然资源和能源，排放出大量二氧化碳气体。我国已探明可用于生产水泥的石灰石总储存量约45亿t，形势不容乐观。面对自然资源不断减少，环境污染日益严重的问题，普通混凝土已经不能很好地适应社会经济发展需要，人们对混凝土性能提出了更高要求，研究和发展新型绿色混凝土已成为当务之急。

绿色混凝土由于具有良好的性能与环境协调性，已成为混凝土产业未来发展的方向。加快发展绿色混凝土，满足工程建设需要是建筑业贯彻实施可持续发展

战略的重要途径。在加快研究与开发的同时也要重视绿色混凝土的宣传推广工作，尽快普及应用到建设工程中，充分发挥其经济社会环境效益。

HPC的发展，不过十几年的时间，习惯了普通混凝土的人们对它的认识还不够，阻碍了HPC广泛应用。高强高性能混凝土已基本被接受，而中低强度高性能混凝土还没得到工程人员的普遍认可，这就为中低强调高性能混凝土的普及带来很大障碍。主要原因是对造价和性能的认识不到位 在文献 指出中低强度混凝土有很好的经济效益，同时也会有很好的社会效益。同时，人们应该认识到“优质工程必须要高性能”。混凝土在整个工程费用中占的比重本来很小，考虑到工程质量，施工方便，耐久性等，HPC即便略增加一些成本，还是值得的，要算大帐，要综合考虑HPC带来的经济、社会效益。为适应我国“节能和绿色建筑”的发展，国家应完善规范，制定相应强制性的法规来大力推广HPC的应用。

在绿色环保日益深入人心的今天，混凝土能否长期作为最主要的工程结构材料，关键在于能否成为绿色建筑材料，于是GHPC便将承担历史的责任。GHPC能更多的节约水泥熟料，更有效地减少环境污染，同时也能大量降低料耗与能耗；能更多的掺加以工业废渣为主的细掺料，节代熟料，改善环境，减少二次污染；能更大地发挥高性能混凝土的优势，尽量减少水泥与混凝土的用量，达到节省资源、能源与改善环境的目的。粉煤灰是火电厂的燃烧废渣，我国每年的排放量在1．4亿吨以上。粉煤灰具有火山灰活性，它掺到混凝土中，能降低初期水化热，减少干缩，改善新拌混凝土的和易性，增加混凝土的后期强度，显著提高混凝土的耐久性。充分利用粉煤灰作为掺和料发展高性能混凝土，可节约资源和能源，减少二次污染，取得良好的经济和社会效益，是对实现我国可持续发展战略的巨大贡献。

正如中国工程院院士陈肇元教授所述：HPC是混凝土技术进步的产物，它的生产需要有素质的操作人员，较完善的生产设备和高水平的质量管理控制。推广应用HPC，我们应不断总结经验，对推广应用中发现的问题，不断地进行研究并尽快给予解决。笔者相信，随着HPC技术的发展和应用量的不断增大，我国建筑业的整体业的整体水平将得到很大的提高。 8.总结

参考资料： 【1】 【2】 【3】 【4】 【5】

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