绿色高性能混凝土的性能研究与应用窦雷刚

绿色高性能混凝土的性能研究与应用窦雷刚

窦雷刚

中铁五局集团第一工程有限责任公司湖南长沙445000

摘要：高性能混凝土是现代高强混凝土的基础上发展起来的。使用新型的高效减水剂和矿物掺和料，是混凝土达到高性能的主要技术措施，前者能降低混凝土的水胶比，增大坍落度，控制坍落度损失，提高混凝土的密实性和工作性；后者能填充胶凝材料的孔隙，参与胶凝材料的水化，除提高混凝土的密实度外，还改善混凝土的界面结构，提高混凝土的强度和耐久性。粉煤灰高性能混凝土将粉煤灰作为矿物掺和料，既改善了混凝土的技术性能，同时又充分利用了工业废料，有效地节约了资源和能源，减少了环境污染，绿色高性能混凝土的发展方向，促进了混凝土技术的健康发展。

关键词：绿色混凝土；性能；应用

1与传统混凝土的对比

1.1传统混凝土

传统混凝土的生产的主要原材料是水泥，每100t传统混凝土大概需要消耗20t的水泥，而水泥的生产会消耗大量的原材料与能源，并且造成严重的环境污染。生产水泥需要大量的黏土材料，过度地开采，会造成严重的环境破坏；同时，根据相关数据计算，每生产1t水泥都会排放1t的CO2，矿物燃料的燃烧也会排放大量的SO2和NOX，是造成环境污染、“温室效应”的元凶。因此，开发新型绿色环保混凝土材料是当前首要任务，必须加紧采用新型技术，以降低能耗、提高工艺。

1.2绿色混凝土

相对传统混凝土，绿色混凝土具有传统的混凝土材料无法达到的强度及耐久性，可以实现非再生性资源的可循环使用，达到节省能源、降低地球环境的负荷的目的，是一种能够为人类提供舒适环境的混凝土材料，并且绿色混凝土可以实现减少有害物质的排放和对环境的污染。随着相关技术的发展，绿色混凝土又被划分为绿色高性能混凝土、再生骨料混凝土、环保型混凝土及机敏型混凝土等。

1.3绿色高性能混凝土

绿色高性能混凝土是将高性能的混凝土与地球环境保护、生态资源保护以及可持续发展结合起来的混凝土，绿色高性能混凝土必将是未来混凝土行业发展的方向。绿色高性能混凝土必须是节约能源、节约资源的混凝土。

2绿色高性能混凝土的优化因素

2.1矿物掺合料在绿色高性能混凝土中的作用

2.1.1矿渣对绿色高性能混凝土的影响

矿渣又称粒化高炉矿渣，是高炉炼铁过程中产生的废渣，其主要的化学成分有CaO，SiO2，Al2O3，Fe2O3等氧化物。矿渣处于融溶状态时，经急速水淬冷却处理后形成水淬粒化高炉矿渣。水淬粒化高炉矿渣是一种具有潜在水硬性的矿物掺合料，将其按一定比例加到混凝土中，对改善混凝土内部的结构能够起到一定的作用，例如对孔径的分布以及孔的几何形状有一定的改变，提高了混凝土抗氯离子渗透能力。

2.1.2粉煤灰对绿色高性能混凝土的影响

作为燃煤电厂排除的主要固体废物，粉煤灰是燃煤燃烧后，从烟气中收集到的细灰。粉煤灰主要是由SiO2与Al2O3两种化学成分组成。SiO2与Al2O3具有良好的活性，将其添加到混凝土中，能够降低混凝土的收缩性能。另外，在混凝土中加入适量的粉煤灰能够有效地抑制硫酸盐引起的膨胀。

2.1.3石灰石对绿色高性能混凝土的影响

石灰石作为混凝土中的一种掺合料，对发展绿色混凝土起着很大的作用。石灰石是被视为一种惰性材料加入混凝土中的，因为它不具有水化活性作用。当石灰石掺量较低时，可以提高混合水泥的早期强度。并且可以改善混凝土的抗渗性能，如果配比合适，混凝土抗渗性能的作用会因为石灰石粉的细度而明显提高。混凝土中掺适量石灰石不仅可以改善混凝土的结构，还可以增强混凝土的和易性，提高低温条件下混凝土的抗硫酸盐侵蚀性。

2.2配合比设计对绿色高性能混凝土的影响

混凝土强度的基本条件是由混凝土配合比设计中一定的水泥用量来影响的，但并不是加入的水泥用量越多就越好。过多的水泥用量会对混凝土的综合性能产生直接影响。导致混凝土的收缩和开裂几率增大。若要保证绿色混凝土的高强度、高性能，在保证混凝土强度和耐久性的基础上，配合比设计中尽量少用水泥，与此同时在混凝土中掺入混凝土矿物掺合料能有效减少水泥的用量，减少CO2等温室气体的排放量，使水泥的水化热降低，混凝土收缩开裂的几率减少，同时改善混凝土的相关耐久性，如抗渗性、抗冻性等。

3绿色高性能混凝土的应用

3.1植被混凝土

有沙漠的侵蚀，在华北地区的一些地区的水土流失等环境问题，需要大量的砂、土料；海岸线不稳定，如南方沿海地区的崩溃问题，需要大量的堤防护岸材料；混凝土和热环境的城市需要治理和植被混凝土发展是最可行的解决措施。植被混凝土通过混凝土的特殊配比形成植物根系生长的空间，利用化学和植物生长技术为植物生长创造条件。植被混凝土通常由植物组成。多孔混凝土。肥料和保水材料的组成可用于防止水面、植被保护、植被型道路砖和植被型墙体。植被型屋顶、压载材料、绿色停车场等。植被混凝土可以增加城市的绿地，吸收噪声和灰尘，对城市气候的生态平衡起到积极的作用。

3.2透水性混凝土

与传统混凝土相比，透水性混凝土最大的特点是具有15%～30%的连通孔隙，具有透气性和透水性。将这种混凝土用于铺筑道路、广场、人行道等，能扩大城市的透水、透气面积，增加行人、行车的舒适性和安全性，减少交通噪声，对调节城市空气的温度和湿度、维持地下土壤的水位和生态平衡具有重要作用。透水性混凝土使用的材料有水泥、骨料、混合材、外加剂和水，与一般混凝土基本上相同。根据用途、目的以及使用场合不同，有时不使用混合材和外加剂。反映透水性混凝土性能的指标有孔隙率、透水系数、抗压度、抗冻融循环性和干缩等。透水性混凝土使用的材料有水泥、骨料、混合材、外加剂和水，与一般混凝土基本上相同，根据用途、目的以及使用场合不同，有时不使用混合材和外加剂。反映透水性混凝土性能的指标有孔隙率、透水系数、抗压强度、抗冻融循环性和干缩等。另外，还有再生骨料混凝土、节能型混凝土、高耐久性混凝土、自密实混凝土等新型混凝土。

4绿色高性能混凝土的发展愿景

4.1绿色、高性能是混凝土产业的发展方向

多样化、绿色环保、高性能发展等特点将成为混凝土产品未来的主流趋势，因为在绿色高性能混凝土的原料中减少了熟料水泥的使用量，大量使用工业废渣作为活性细掺料，节约能源资源，是一条可持续发展的路线。

4.2高性能外加剂是实现混凝土高性能化的重要途径

现代混凝土构筑物发展的趋势将会是高流动性、高强度、高耐久性、长寿命；为实现这些性能，需要通过添加高性能混凝土外加剂，它可以使混凝土向建筑所要求的方向发展。

4.3配合比的优化设计是绿色高性能混凝土的核心技术

由于绿色高性能混凝土具有对施工性要求更高、组分构成更复杂等特点，配合比设计必须满足建筑工程对混凝土各项性能和匀质性的要求，通过选用适当的胶凝材料、活性细掺料及水胶进行配比，同时需要在满足施工要求的前提下尽量减小浆骨体积比，即低用水量。

4.4提升质量是绿色高性能混凝土的重大使命

提高施工人员的专业技术水平，制定规范的检测制度，严格管理绿色高性能混凝土生产的各个环节，不仅在技术上控制混凝土的生产、还要注重材料的运输以及成型养护和试验，避免因为在某个环节上的疏忽而导致生产上出现各种问题。

结论

绿色高性能混凝土作为未来混凝土发展的指路灯，如何提高绿色高性能混凝土的生产技术，将成为混凝土生产领域继续研究的课题，必须加强技术的研究、领域的开发、运用的推广、生产质量的检验。虽然绿色高性能混凝土是未来水泥混凝土发展的方向，但我国需要进一步加强对于绿色高性能混凝土的研究，矿物掺合料的研究也还不够，需要进一步加大研究和开发力度，提高混凝土材料的绿色度，使之成为对环境更加友好，性能更为优异的绿色材料。

参考文献：

[1]丁大钧.高性能混凝土及其在工程中的应用[M].北京：机械工业出版社，2016.

[2]俞瑞堂.高性能混凝土的发展与展望[M].水利水电工程设计，2016.

[3]陈肇元.等.混凝土结构耐久性设计与施工指南[M].北京：中国建筑工业出版社，2016.