綠色混凝土

綠色混凝土

1.1 綠色高性能混凝土

1998年吳中偉院士首次提出“綠色高性能混凝土”的概念，高性能混凝土具有普通混凝土無法比擬的優良性能，關於高性能混凝土的研究是當今土木工程界最熱門的課題之一，如果將高性能混凝土與環境保護、生態保護和可持續發展結合起來考慮，則成為綠色高性能混凝土（GHPC）。在1997年3月的“高強與高性能混凝土”會議上指出GHPC是混凝土的發展方向。真正的綠色高性能混凝土應該是節能型混凝土，所使用的水泥必須為綠色水泥。普通水泥生產過程中需要高溫煅燒硅質原料和鈣質原料，消耗大量的能源。如果採用無熟料水泥或免燒水泥配製混凝土，就能顯著降低能耗，達到節能的目的。

1.2 再生骨料混凝土

再生骨料混凝土指以廢混凝土、廢磚塊、廢砂漿作骨料，加入水泥砂漿拌制的混凝土[1-3].我國20世紀50年代所建成的混凝土工程已使用50餘年，許多工程都已經損壞，隨著結構的破壞，許多建築物都需要修補或拆除，而在大量拆除建築廢料中相當一部分都是可以再生利用的，如果將拆除下來的建築廢料進行分選，製成再生混凝土骨料，用到新建築物的重建上，不僅能夠根本上解決大部分建築廢料的處理問題，同時減少運輸量和天然骨料使用量。在德國，再生混凝土主要用於公路工程，如德國lowerSaxong的一條雙層公路採用了再生骨料混凝土，該混凝土路面總厚度為26 em，底層混凝土19cm採用再生骨料混凝土，面層7 cm採用天然骨料配製的混凝土.

為了更好地回收利用廢混凝土，可將廢混凝土經過特殊處理工藝製成再生骨料，用其部分或全部代替天然骨料配製成再生混凝土。利用再生骨料配製再生混凝土是發展綠色混凝土的主要措施之一，可節省建築原材料的消耗，保護生態環境，有利於混凝土工業的可持續發展。但是，再生骨料與天然骨料相比，孔隙率大、吸水性強、強度低，因此再生骨料混凝土與天然骨料配置的混凝土的特性相差較大，這是應用再生骨料混凝土時需要注意的問題。

1.3 環保型混凝土

混凝土材料給環境帶來了負面影響，如製造水泥時燃燒碳酸鈣排出的二氧化碳和含硫氣體，形成酸雨，產生溫室效應，進而影響環境。據調查城市雜訊的三分之一來自建築施工，其中混凝土澆搗振動噪音佔主要部分。就混凝土本身的特性來看，質地硬脆，顏色灰暗，給人以粗、硬、冷的感覺，由混凝土的構成的生活空間色彩單調，缺乏透氣性，透水性，對溫度，濕度的調節性能差，在城市大密度的混凝土建築物和鋪築的道路，使城市的氣溫上升.

新型的混凝土不僅要滿足作為結構材料的要求，還要盡量減少給地球環境帶來的負荷和不良影響，能夠與自然協調，與環境共生。因此，作為人類最大量使用的建設材料，混凝土的發展方向必然使既要滿足現代人的需求，又要考慮環境因素，有利於資源、能源的節省和生態平衡，環保型的混凝土成為了混凝土的主要發展方向[7-8].

1）低鹼混凝土

pH值在12～13，呈鹼性的混凝土對用於結構物來說是有利的，具有保護鋼筋不被腐蝕的作用。但對於道路、港灣等，這種鹼性不利於植物和水中生物的生長，所以開發低鹼性、內部具有一定的空隙、能夠提供植物根部或生物生長所必須的養分存在的空間、適應生物生長的混凝土是環保型混凝土的一個重要研究方向。

目前開發的環保型混凝土主要有多孔混凝土及植被混凝土。多孔混凝土也稱為無砂混凝土，它具有粗骨料，沒有細骨料，直接用水泥作為黏結劑連接粗骨料，其透氣和透水性能良好，連續空隙可以作為生物棲息繁衍的地方，而且可以降低環境負荷，是一種新型的環保材料.

植被混凝土則是以多孔混凝土為基礎，然後通過在多孔混凝土內部的孔隙加入各種有機、無機的養料來為植物提供營養，並且加入了各種添加劑來改善混凝土內部性質，是的混凝土內部的環境適合植物生長，另外還在混凝土表面鋪了一層混有種子的客土，提供種子早期的營養。

2）透水混凝土

透水性混凝土與傳統混凝土相比，透水性混凝土最大的特點是具有15%一30%的連通孔隙，具有透氣性和透水性，將這種混凝土用於鋪築道路、廣場、人行道等，能擴大城市的透水、透氣面積，增加行人、行車的舒適性和安全性，減少交通雜訊，對調節城市空氣的溫度和濕度、維持地下土壤的水位和生態平衡具有重要作用。

透水性混凝土使用的材料有水泥、骨料、混合材、外加劑和水，與一般混凝土基本上相同，根據用途、目的及使用場合不同，有時不使用混合材和外加劑。反映透水性混凝土性能的指標有孔隙率、透水係數、抗壓強度、抗凍融循環性和干縮等.

3）吸收分解NOx的光催化混凝土 城市工業和交通的發展，會導致城市的空氣的質量的下降。燃燒燃料也會對大氣環境造成嚴重的影響，危害最大的是NOx. NOx（主要有NO，NO2，N2O）可引起酸雨、臭氧層破壞、溫室效應及光化學煙霧等破壞地球生態環境和危害人的身體健康及其動植物的發育一系列問題。光催化混凝土是綠色建材中的一種，它含有二氧化鈦催化劑，因而具有催化劑，能氧化多數的有機和無機的污染物，尤其是工業燃燒和汽車尾氣排放的NO，氣體，使其降解為二氧化碳和水等無害物質，起著空氣凈化、美化環境的作用。

1.4 機敏型混凝土

機敏混凝土是一種具有感知和修復性能的混凝土，是智能混凝土的初級階段，是混凝土材料發展的高級階段。智能混凝土是在混凝土原有的組成基礎上摻加複合智能型組分使混凝土材料具有一定的自感知、自適應和損傷自修復等智能特性的多功能材料，根據這些特性可以有效的預報混凝土材料內部的損傷，滿足結構白我安全檢測需要，防止混凝土結構潛在的脆性破壞，能顯著提高混凝土結構的安全性和耐久性。近年來，損傷自診斷混凝土、溫度自調節混凝土及仿生自癒合混凝土等一系列機敏混凝土的相續出現，為智能混凝土的研究和發展打下了堅實的基礎。

1）自診斷智能混凝土

自診斷智能混凝土具有，壓敏性和溫敏性等性能。普通的混凝土材料本身並不具有自感應功能，但在混凝土基材中摻入部分導電相組分製成的複合混凝土可具備自感應性能。目前常用的導電組分可分為3類：聚合物類、碳類和金屬類，而最常用的是碳類和金屬類。碳類導電組分包括石墨、碳纖維及碳黑；金屬類材料則有金屬微粉末、金屬纖維、金屬片及金屬網等。

2）自調節機敏混凝土

自調節機敏混凝土具有電力效應和電熱效應等性能。Wittmann F H在1973年首先研究了力由變形產生電、電力，由電產生變形效應。Wittmann F H在做水泥凈漿小梁彎曲時，通過附著在樑上下表面的電極可檢測到電壓，且對其逆反應一電力效應進行了研究，發現梁產生彎曲變形，改變電壓的方向時，彎曲的方向也發生相應的變化。

機敏混凝土的力電效應、電力效應是基於電化學理論的可逆效應，因此將電力效應應用於混凝土結構的感測和驅動時，可以在一定範圍內對它們實施變形調節。例如，對於平整度要求極高的特殊鋼筋混凝土橋樑，可通過機敏混凝土的電熱和電力自調節功能進行調節由於溫度自重所引起的蠕變；機敏混凝土的熱電效應使其可以方便的實時檢測建築物內部和周圍環境溫度變化，並利用電熱效應在冬季控制建築物內部環境的溫度，可極大的促進智能化建築的發展。

3）自修復機敏混凝土

混凝土結構在使用過程中，大多數結構是帶裂縫工作的。含有微裂紋的混凝土在一定的環境條件下是能夠自行癒合的，但自然癒合有其自身無法克服的缺陷，受混凝土的齡期、裂紋尺寸、數量和分佈以及特定的環境影響較大，而且癒合期較長，通常對較晚齡期的混凝土或當混凝土裂縫寬度超過了一定的界限，混凝土的裂縫很難癒合。國內的研究表明，摻有活性摻和料和微細有機纖維的混凝土破壞后其抗拉強度存在自癒合現象；國外研究混凝土裂縫自癒合的方法是在水泥基材料中摻人特殊的修復材料，使混凝土結構在使用過程中發生損傷時，自動利用修復材料（粘結劑）進行恢復甚至提高混凝土材料的性能。美國伊利諾伊斯大學的Carolyn Dry採用在空心玻璃纖維中注入縮醛高分子溶液作為粘結劑，埋人混凝土中，製成具有自修復智能混凝土。當混凝土結構在使用過程中發生損傷時，空心玻璃纖維中的粘結劑流出癒合損傷，恢復甚至提高混凝土材料的性能。

就如何發展綠色混凝土，許多學者提出了許多中肯的意見和建議現歸納如下：

1）加強混凝土科研開發、標準制定、工程設計和施工人員等的環保意識，加大綠色概念的宣傳力度，以引起混凝土工程領域各個環節的高度重視。

2）大力發展高標號熟料水泥生產，提高高標號熟料在整個熟料生產中的比重；研究改進熟料礦物組分，對傳統的熟料礦物、水泥進行改性、改型發展生產能耗低的新品種，調整水泥產品結構，及發展滿足配製高性能混凝土和綠色高性能混凝土要求的水泥，並在滿足這一要求的前提下，盡量減少混凝土中的水泥用量；研究開發、改進、提高和發展水泥生產工藝及技術裝備，採用新技術、新工藝、新裝備改造淘汰落後技術和裝備，以提高水泥質量，達到節能、節約資源的目的。

3）大力發展人造骨料，特別是利用工業固體廢棄物粉煤灰、煤矸石生產製造輕骨料；積極利用城市固體垃圾，特別是拆除的舊建築物和構築物的廢棄物混凝土、磚、瓦及廢物，以其代替天然砂石料，減少砂石料的消耗。

4）更新傳統的混凝土設計方法，提高施工質量意識，嚴格施工，以保證混凝土的施工質量。

5）研究和制定綠色高性能混凝土的設計規程、質量控制方法、驗收標準、施工工藝等。

6）加強對綠色高性能混凝土配套技術的研究開發，使之向理想化發展，並使其適合於各種應用場合，擴大其應用範圍。著重解決高性能混凝土和綠色高性能混凝土由於低水膠比引起的自收縮問題、進一步水化造成的裂紋問題、由於高強度帶來的脆性問題等。

7）制定有關國家法律、政策，以保護和鼓勵使用綠色高性能混凝土。

8）成立有關綠色高性能混凝土專門的研究、開發、推廣、質量檢驗和控制的機構。

9）加強水泥混凝土行業與其它行業部門的協調，減少推廣應用高性能混凝土和綠色高性能混凝土的阻力。

10）加強調查研究，開展大範圍的工程調查。弄清目前在高性能混凝土和綠色高性能混凝土研究和應用中存在的主要問題、經驗教訓，制訂相應的對策和計劃。