混凝土材料的發(fā)展與應(yīng)用前景研究

摘要當今世界各國發(fā)展的共識和目標是“綠色環(huán)?！?，也是社會經(jīng)濟時代發(fā)展的基本特征和要求。“技術(shù)綠色”是新時代建筑行業(yè)不斷開發(fā)綠色技術(shù)的理念和要求，也是現(xiàn)代社會對于建筑的理念和要求。與其他傳統(tǒng)的混凝土相比，高性能混凝土被認為是一種新生代的混凝土，它在確保了混凝土的高性能前提下，增加了更多的綠色元素于其生產(chǎn)和使用中，形成了密實、經(jīng)濟、可再生的綠色高性能混凝土。有鑒于此，本文闡述了我國綠色高性能混凝土的主要性能及其特點，分析了我國綠色高性能混凝土在實際工程中的應(yīng)用及對未來工程技術(shù)發(fā)展的看法。關(guān)鍵詞：綠色高性能；混凝土；環(huán)保；應(yīng)用；發(fā)展

目錄TOC\o"1-3"\h\u5925引言 引言伴隨著科技不斷發(fā)展進步，我國的工業(yè)混凝土領(lǐng)域也在逐步向高性能方向發(fā)展，并逐漸應(yīng)用于工程實踐。據(jù)行業(yè)發(fā)展預(yù)測，未來一百到兩百年內(nèi)，建筑工程使用的主要材料仍然是混凝土。從長期發(fā)展而言，混凝土材料具有很強的耐久性和穩(wěn)定性。但就目前的建筑態(tài)勢來看，先前建造的一批建筑已經(jīng)出現(xiàn)了一些問題，許多工程已逐步呈現(xiàn)老化狀態(tài)，維修更新會產(chǎn)生很高費用，嚴重影響人們的正常生活。如何解決混凝土的脆性問題，提高其耐久性，就成了目前人們思考的主要問題。因此，人們開始集中精力研究和開發(fā)能達到100年甚至200~300年使用壽命的高性能混凝土，希望能改變目前社會發(fā)展的現(xiàn)狀[2]。隨著近年來我國建筑工程行業(yè)的不斷進步，混凝土材料已經(jīng)成為了建筑工程中最基本的原材料，只有確保其良好的高性能與優(yōu)良的品質(zhì)，才會有效保障整個建筑工程的施工質(zhì)量。但舊型混凝土建筑材料具有消耗砂石等原材料大、環(huán)境污染嚴重等缺陷，使用新型綠色、高性能的建筑材料能夠提高建筑的使用周期，有效減少對自然環(huán)境的破壞。結(jié)合現(xiàn)代高新技術(shù)，本文就推動建筑業(yè)發(fā)展的綠色高性能混凝土材料的概念和具體應(yīng)用作出分析，并就綠色高性能混凝土材料的發(fā)展進行深入研究。一、綠色高性能混凝土概述（一）綠色高性能混凝土材料的含義綠色高性能混凝土由于其具有普通混凝土特點，對于環(huán)境的影響相對較小，是一種耐久性好，強度高的新型建筑材料。由于這種綠色、高性能的混凝土產(chǎn)品具有良好的市場發(fā)展空間，它不但能大幅度地降低其在拆卸維修的過程中對于環(huán)境造成污染的危害可能性，而且在生產(chǎn)工藝上更加細致，能有效地適應(yīng)和滿足整個建筑的需求，還可以取得一定的經(jīng)濟節(jié)能效益。在實際的應(yīng)用中還可以盡量減少繁雜的生產(chǎn)工序和操作步驟，避免對自然資源的消耗和浪費，逐步地實現(xiàn)整個建筑產(chǎn)品行業(yè)的自然資源可持續(xù)利用。（二）綠色高性能混凝土材料的種類建筑工程中使用的綠色高性能混凝土原材料的實際應(yīng)用范圍日益廣泛，但是綠色高性能混凝土的品種很多，主要有三種：一是以工業(yè)廢渣為原材料加工而成的新型綠色混凝土原材料，以工業(yè)廢渣為原材料代替配制的水泥混凝土，減少對水泥和自然資源的消耗，同時對水泥廢渣的合理再利用可以大大地減少工業(yè)廢渣，也可以促使整個建筑工程質(zhì)量優(yōu)良的混凝土形成本價格可以大幅下降[1]。二是采用可再生骨料搭配的混凝土，將砂漿和骨料按照綠色骨料的比例進行混合，可以大大降低資源的損失和浪費。三是采用環(huán)境保護材料來搭配混凝土，不僅使其可以覆蓋老式混凝土，還具有良好的功能和特點，還可美化環(huán)境。（三）綠色高性能混凝土材料的特征綠色高性能的混凝土的主要用途在于減少和提高建筑工程對自然環(huán)境的危害，促進我國綠色文明和社會經(jīng)濟的繁榮與發(fā)展，其中綠色高性能的混凝土原材料應(yīng)該具有極強的施工安全性和耐久性，并且符合當前現(xiàn)代建筑業(yè)的發(fā)展需求[3]。其主要特征有以下幾點：（1）可以把優(yōu)質(zhì)建筑在綠色工業(yè)生產(chǎn)中全部使用完畢后所可能產(chǎn)生的大量建筑廢料直接通過加工壓制成優(yōu)質(zhì)的新型綠色這種高性能優(yōu)質(zhì)混凝土，提高了建筑資源的綜合利用率，減少了對自然環(huán)境的直接污染和自然破壞。（2）同時這種新型綠色優(yōu)質(zhì)高性能的優(yōu)質(zhì)混凝土建筑材料還可以具有良好的使用耐久性，可以有效延長整個綠色建筑物的正常使用壽命和安全度，滿足了現(xiàn)代人們對于各種經(jīng)濟舒適的生活需求。（3）與其他各種傳統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)混凝土建筑材料產(chǎn)品相比，綠色高性能的優(yōu)質(zhì)混凝土建筑材料不僅可以使其擁有一種更好的天然性和交融性，最大限度更好地有效減輕了綠色建筑工程在自然環(huán)境中所可能產(chǎn)生的不良影響，符合了當前我國政府促進發(fā)展綠色建筑經(jīng)濟社會發(fā)展的政策思想。二、綠色高性能混凝土的性能研究由于混凝土自身或外部的一些環(huán)境因素，使混凝土的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，造成混凝土開裂甚至受到破壞，從而嚴重影響到混凝土的質(zhì)量和性能。要實現(xiàn)綠色高性能可以通過配合劑優(yōu)化混凝土配合比及外加的內(nèi)料來實現(xiàn)此目標，并且通過添加劑可以改善其內(nèi)部結(jié)構(gòu)來提高它們的耐久性及其工作穩(wěn)定。（一）高耐久性綠色高性能混凝土的結(jié)構(gòu)決定了它的高耐久性，它包含抗?jié)B、抗凍、抗腐蝕、抗碳化等諸多方面的內(nèi)容。因而能有效地抵抗機械破壞，如淡水溶蝕、凍融循環(huán)和鋼筋銹蝕等。(1)抗?jié)B性。選擇合適的級別組合和水膠比，進行充分的振搗和養(yǎng)護，并在其中摻加一定量的引氣劑，可以達到綠色、高性能混凝土的防水和抗?jié)B特點。實驗結(jié)果表明，當w/c大于0.55時，防水滲透性能相對較差：當w/c小于0.50時，防水滲透性能更佳；此外，引氣劑還能夠使微小的氣泡切斷混凝土中毛細孔路，應(yīng)控制其含氣量為3%~5%，若其含氣量太高，超過6%，則導(dǎo)致混凝土的強度反而降低[6]。(2)抗凍性。是指混凝土在水飽和狀態(tài)下，經(jīng)過多次冷卻和凍融的循環(huán)之后，仍能保持自能力。提高混凝土抗凍性的關(guān)鍵是減少混凝土中的空隙量，這種方法不僅能提高混凝土的強度，還能起到凍融循環(huán)的作用，可以減少混凝土內(nèi)部的水分含量，從而減少混凝土的破壞。通過降低綠色高強混凝土的水膠比和孔隙率，添加4%~5%的引氣劑時，能夠達到綠色高強混凝土的高抗凍性能[8]。（二）免振自密實綠色材料混凝土的材料流動性高，可以自由地上下流動，充填任何模具，無任何的分離析開裂現(xiàn)象，成型后的綠色材料整體質(zhì)量良好，表面光滑而且無任何細小裂縫，基本完全杜絕了任何蜂窩和芝麻面的開裂現(xiàn)象[9]。普通混凝土的澆筑需要人工振搗，而綠色高性能的混凝土不僅不需要人工振搗和澆筑，解決鋼筋間距太大而且不能直接插入鋼筋的問題，同時也使某些形體復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、薄壁或者是大體積的混凝土結(jié)構(gòu)在施工過程中得到有效地解決，此外，對一些具有特殊要求的混凝土施工難題，如高、深施工和水下施工等也得到有效解決。與此同時，它對消除噪聲，加快施工速度，保證工程質(zhì)量也有很大的幫助。（三）工作性能環(huán)保優(yōu)質(zhì)高性能混凝土既具有良好的運輸和工作性能，良好的流動性和防滲保水性，使得混凝土在鋼筋運輸、澆筑的過程中都不會因為塌落度小而對鋼筋造成不便，可否在不經(jīng)鋼筋振搗的條件下自動流平或填充，這樣既可以有效地解決由于鋼筋間距太緊導(dǎo)致的振搗棒無法直接插入到鋼筋上等作業(yè)問題，又可以大幅度地加快鋼筋的施工速度，減輕了振搗帶來的噪聲，廣泛地應(yīng)用于各種高層建筑的施工。同時采用綠色高性能的混凝土具有很好的強度和體積穩(wěn)定性，在硬化后很少發(fā)生開裂，收縮小、變形小，結(jié)構(gòu)緊實細密，不會產(chǎn)生蜂窩狀變形。同時也特別適合于一些專業(yè)具有特殊施工技術(shù)質(zhì)量要求的鋼筋混凝土基礎(chǔ)工程，如淺水型基坑的基底施工或水下養(yǎng)護作業(yè)，既有效地充分保證了整個建筑物的整體結(jié)構(gòu)和勞動強度，又大大地有效減少了對周圍環(huán)境的自然破壞，達到了廣義的“綠色”要求。三、綠色高性能混凝土的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用（一）綠色高性能混凝土的現(xiàn)狀及應(yīng)用分析綠色高性能混凝土既具有效地節(jié)約資源、能耗再利用、又可以提高水泥、砼的凝結(jié)劑使用率等諸多優(yōu)點，同時還可以極大地增強鋼筋混凝土的抗震耐久性，又可以極大地減少對環(huán)境的破壞和空氣污染。根據(jù)當前我國綠色高性能混凝土的應(yīng)用發(fā)展情況和現(xiàn)狀，目前我國政府和相關(guān)部門己經(jīng)開始引起高度重視使用綠色混凝土，并將其推動我國發(fā)展成為目前全球綠色高性能混凝土生產(chǎn)技術(shù)先進的大國，在此表明，國家已經(jīng)把綠色混凝土的應(yīng)用領(lǐng)域確立為重要的戰(zhàn)略導(dǎo)向。此外，國內(nèi)學(xué)者還針對綠色混凝土的技術(shù)問題進行了一系列重點課題的探索與研究，而國內(nèi)重慶大學(xué)的蒲心誠教授正是在用普通的生產(chǎn)工藝原理和材料繼續(xù)對于綠色混凝土技術(shù)進行深入研究，也就是有很多學(xué)者針對于綠色混凝土的生產(chǎn)工藝性能問題進行了深入的理論分析與研究開發(fā)，最終使得綠色混凝土的生產(chǎn)工藝性能和其技術(shù)獲得了較好發(fā)展。（二）再生骨料混凝土的現(xiàn)狀及應(yīng)用分析把廢棄的混凝土板塊、瓷磚、砂漿等作為骨料，再次加入其他水泥砂漿進行攪拌而制成的新型混凝土。它徹底打破了我國傳統(tǒng)建筑工程管理模式的技術(shù)局限，實現(xiàn)了工業(yè)廢棄物的重復(fù)利用。據(jù)國內(nèi)外有關(guān)資料調(diào)查，全球范圍內(nèi)，每年由于世界各地區(qū)范圍內(nèi)的廢舊鋼筋混凝土和高層建筑工程施工中產(chǎn)生的各種廢棄鋼筋混凝土和高層建筑材料的試件均會產(chǎn)生大量的建筑垃圾，外加鋼筋混凝土和高層建筑結(jié)構(gòu)具有一定的年限和利用范圍的限制，因此，當這些被遺棄的建筑材料遭到嚴重破壞時，將這些被遺棄的建筑材料再次加以回收和利用，通過特殊的施工工藝來研究和制作可筑物材料，促進生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。（三）環(huán)保型凝土的透水凝土現(xiàn)狀及應(yīng)用分析與其他傳統(tǒng)的混凝土相比，透水砼的最主要特點之一就是具有很強的滲透力和防水性。而且滲透砼這類物質(zhì)在我的日常生活中也可以說是最為常見的，如街道、廣場、建筑工地等。透水砼的出現(xiàn)使得我們可以有效增加整個城市的透氣力，因為它既可以對整個城市中室內(nèi)空氣溫度與濕度都進行有效的控制與調(diào)節(jié)，而且在建筑施工中的應(yīng)用價值也很大。例如，施工的場地一般使用的所需建筑材料主要有骨料、石材、水泥、水、透水凝土等,將這幾種材料進行混合后，可以大大增加砼的黏性，而透水凝土還能夠保持30%的透水率，其中的抗壓強度甚至達到了普通砼的3倍。因此，在建筑施工中采用透水性砼的方法既可以明顯改善水泥的質(zhì)量，又能夠很好地發(fā)揮透水砼的實用性與穩(wěn)定作用。（四）機敏型混凝土的現(xiàn)狀及應(yīng)用分析機敏混凝土最大的特點是具有預(yù)見性和修復(fù)性，而我國在這一領(lǐng)域的發(fā)展和研究還處于起步階段，目前還沒有大規(guī)模應(yīng)用。國內(nèi)目前主要應(yīng)用于大型的土木設(shè)施，以及橋梁、地震、臺風等自然災(zāi)害的評估等領(lǐng)域，這對于保護我們的人民群眾生命財產(chǎn)安全和健康有著非常重要的作用和意義，敏感型鋼筋混凝土的應(yīng)用發(fā)展方向主要是在一些對室內(nèi)環(huán)境溫濕性有較高標準要求的建筑中，如圖書館、博物院等，尤其像某些極其珍貴的圖書收藏，需要適宜的溫度才能實現(xiàn)。保證了這些文化遺址不受溫度和空氣濕度侵蝕，機敏混凝土也將成為我國今后主要的研究應(yīng)用方向之一。四、綠色高性能混凝土的應(yīng)用研究（一）應(yīng)用條件分析綠色高性能混凝土應(yīng)在我國當前得到發(fā)展和應(yīng)用，其中以植被混凝土、高耐久性混凝土、自密實混凝土為主。植物性混凝土的應(yīng)用，在我國荒漠化程度較高的地區(qū)，可以提高其防風固沙能力，有效地制止水土流失，其基本原理是：采用特殊的混凝土配合，既可以滿足植物正常生長的需要，又可以通過化學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，為植物提供良好的生存空間。植物油混凝土的主要成分是植物、土壤、肥料和保水材料等，一般用于城市綠化工程中，可以提升城市環(huán)境的整體美感，美化城市。滲透混凝土的主要特點是具有高的滲透性能，其內(nèi)部有較多的連通孔隙，并能降低噪聲，更好的調(diào)節(jié)城市內(nèi)部環(huán)境，多數(shù)用于城市的行人通道。依據(jù)工程需要選擇合適的混凝土施工材料，能夠較好地實現(xiàn)建筑物的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，符合我國建筑規(guī)范的要求，是構(gòu)建和諧城市環(huán)境的基礎(chǔ)。日本明石海峽大橋(懸索橋)是工程上比較典型的應(yīng)用實例，它采用自密實混凝土錨固硫化。在施工現(xiàn)場旁邊的攪拌站進行攪拌混凝土，然后由管道泵送到距攪拌站200米處的澆注場，由等間距的閥門控制澆注場的輸出量[3]。該工程采用自密實混凝土，粗集料最大粒徑為40mm，落差為3m，雖然粗集料的粒徑較大，但不存在分離現(xiàn)象。試驗結(jié)果表明，采用自密實鋼筋混凝土后，錨固硫材料施工時間從2.5年左右縮短為2年，施工周期降低20%。目前，我國綠色高性能混凝土技術(shù)已隨著時代的發(fā)展在工程實踐中得到廣泛應(yīng)用，其主要特點是水泥用量少，水膠比低，同時還摻加了大量的摻合料。如國家游泳館項目，整個工程造價超過1億美元，主樓采用C40級混凝土梁體結(jié)構(gòu)，梁板部分采用C30級混凝土，支撐結(jié)構(gòu)采用C50級混凝土。其中，8根澆注預(yù)應(yīng)力混凝土梁由于體積大，水泥含量高時，其水化熱反應(yīng)大，容易發(fā)生嚴重的收縮和溫度變化，從而產(chǎn)生開裂問題。（二）工程應(yīng)用1、在道路工程中的應(yīng)用綠色高性能的混凝土不但要求其必須具有較高的工作效果和性能，而且必須在其耐久性、資源再生利用率、施工經(jīng)濟性等各個環(huán)節(jié)均能夠完全滿足工程建設(shè)的需求。在現(xiàn)代化的橋梁工程中，綠色高性能的混凝土必須具有更高的早期強度、力學(xué)性能和更大的體積穩(wěn)定性，能夠使橋梁在惡劣的環(huán)境下也能確保足夠的使用壽命。在當今社會經(jīng)濟現(xiàn)代化的道路工程中，綠色高性能混凝土因具有較高的早期強度、力學(xué)性能和體積的穩(wěn)定性，可以廣泛應(yīng)用來減少和消除對路基地質(zhì)或者是自然病害造成的影響。另外，對于道路工程而言，時常發(fā)生路基下沉問題，并且道路外露與表面，通過長期風吹、日曬、雨淋等影響，乃至在受到車輛沖擊、損耗的影響，令路基混凝土性能產(chǎn)生轉(zhuǎn)變。高性能混凝土除卻具備較大的強度、體積穩(wěn)定性良好、承載力較高且耐久性較強的特征，還具備有利的施工操作優(yōu)勢，且對于道路工程而言，運用高性能混凝土可以良好免除路基下沉問題，確保路面品質(zhì)及安全。2、在護坡工程中的應(yīng)用由于我國傳統(tǒng)護坡工程中的防護層技術(shù)大都是采用被動式防護，堤體和其他環(huán)境之間均處于物質(zhì)和外界能量相互隔離的狀態(tài)，變形和協(xié)調(diào)性較弱，抗震、耐久性能不高，施工過程時需要鋪裝反濾層，工序繁瑣。以綠色高性能混凝土護坡工程為主要載體，大量相互連通的水隙可使自然水、空氣等都有能夠自由地進出，起到了凈化水質(zhì)、協(xié)調(diào)動物鏈的作用。混凝土具有凝固快、保水性好、強度高、耐久性好等特點，能在一定程度上防止坡面滑坡，減輕混凝土對環(huán)境的破壞[7]。五、綠色高性能混凝土的發(fā)展前景盡管我國綠色高性能混凝土在工程中對于原材料、摻和物、助劑等選用技術(shù)要求很嚴格，安全再生技術(shù)優(yōu)于一般的混凝土，但從長期來看，綠色高性能混凝土對于工業(yè)技術(shù)研究與應(yīng)用仍任重道遠。針對于我國的綠色高性能混凝土在建筑中的工程實際應(yīng)用，建議：(1)研究開發(fā)新型復(fù)合材料，使其具有多種性能。如：粘結(jié)劑與外加劑復(fù)合，可同時發(fā)揮粘結(jié)劑與外加劑的雙重作用；無機與有機物復(fù)合，可提高有機纖維對結(jié)構(gòu)的抗拉性；重金屬礦物與輻射復(fù)合，可提高復(fù)合性能[5](2)制備適合植物生長的低堿混凝土。由于我國低堿水泥儲量較少，在生態(tài)環(huán)境下大多采用硅酸鹽混凝土來抑制其正常生長，而目前硅酸鹽水泥還處在堿性環(huán)境中，不利于植物的正常生長。所以對低堿混凝土的研究還有待進一步深入。隨著現(xiàn)代人類生活方式對于環(huán)境的認識越來越多，環(huán)境的污染與自然資源利用和開采之間矛盾日益凸顯，嚴重威脅到了社會經(jīng)濟發(fā)展及其帶給人們健康的生存環(huán)境，如何研究和開發(fā)一種綠色、環(huán)保的材料正在逐漸成為我們實現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展的目標之一。目前，我國建筑工程領(lǐng)域?qū)Σ牧系哪途眯院头€(wěn)定性要求越來越高。綠色建筑和高性能混凝土材料在建筑領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，已逐漸成為必然趨勢。綠色建筑和高性能混凝土材料是整個建筑領(lǐng)域的基礎(chǔ)材料，能夠充分滿足現(xiàn)代人對環(huán)境保護的需求，對促進我國建筑業(yè)的健康發(fā)展和環(huán)境保護也具有十分重要的意義[10]。高科技與綠色材料緊密結(jié)合，在當今綠色發(fā)展理念的指導(dǎo)下，有效地推動了我國社會經(jīng)濟的健康穩(wěn)定增長。綠色高性能混凝土材料在節(jié)能、環(huán)保、材料等方面顯示出良好的發(fā)展前景，體現(xiàn)了我國科學(xué)發(fā)展觀的未來方向。總結(jié)綜上所述，綠色混凝土和傳統(tǒng)混凝土相比，它具有更加穩(wěn)定的性能，且在制作過程中也可以把工業(yè)廢棄物當成原材料進行二次利用，減少資源消耗、環(huán)境污染等情況?？梢哉f綠色混凝土是保障我國建筑行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的重要推動力，政府及相關(guān)機構(gòu)都要在綠色混凝土技術(shù)上加強開發(fā)和研究，也要對所存在的問題進行及時的解決。除此之外，綠色混凝土的應(yīng)用范圍也應(yīng)該繼續(xù)擴大，因為它可以改善人們負面的生活環(huán)境、提高工程質(zhì)量，它的研究和發(fā)展必將會成為整個建筑行業(yè)重要的推動力。

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