高性能混凝土與綠色高性能混凝土探究

1 建筑工程材料的可持續發展 1. 1 可持續發展 建筑工程可持續發展是要多考慮長遠利益,滿足當代的需求是一個方面,不損害后代的發展需求是另一個方面,這兩個方面都要顧全,并且要實現經濟建設與社會協調發展,這不僅需要實現經濟的發展,也要達到保護自然資源和人類生
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摘要

  1 建筑工程材料的可持續發展

  1. 1 可持續發展

  建筑工程可持續發展是要多考慮長遠利益,滿足當代的需求是一個方面,不損害后代的發展需求是另一個方面,這兩個方面都要顧全,并且要實現經濟建設與社會協調發展,這不僅需要實現經濟的發展,也要達到保護自然資源和人類生存環境的目的,保證我們的子孫能夠繼續和諧生活。

  1. 2 建筑工程材料與可持續發展

  可持續發展是社會經濟發展的基本戰略的需要,是解決經濟發展與資源、環境、人口和社會之間矛盾的根本方針。因此,在工業建設領域的具體目標,主要集中在五個方面: 其一,最大可能地提高生產效率,降低能耗和消耗; 其二,保護環境,維持生態平衡,盡可能減少或消除環境污染; 其三,要很大情況下使用自然的資源和能源,減少有可能出現的浪費,提高利用率; 其四,最低限度地產生廢棄物,包括廢水,廢氣,廢渣,廢料等,爭取實現無廢生產,實現環境保護和廢物循環利用,保證環境優美和工業生態化發展。

  建筑業在我國國民經濟中的五個部門占據第三位,是一個非常大的產業。建筑業的鋼材、水泥和木材的消耗,約占總消費量的 25%、70% 和 22% ,而化學建材新型建材是第四大建筑材料。我國的發展正從農業向工業過渡,在城市化過程中,我們需要解決城市人口的住房問題,并且要致力于城鎮建設,在城鎮建設過程中我們將面臨大量的交通建設等大型的城市公用設施建設,而這些重大項目的建設對建筑工程材料的需求量是不可估量的,因為市場的大量需求,直接推動者建筑工程材料行業的快速發展。水泥作為一種最傳統的建材,其發展已經超過 170 多年。不同工程項目中對水泥混凝土的廣泛應用,也推動著以水泥混凝土為主要建筑材料的各類建筑物的設計不斷翻新,反映著不同地域時代的文化背景、建筑風格和水平。

  混凝土在建筑、市政等工程領域中發揮的作用和其他材料相比是不可替代的。多年來,它被認為是有一個比鋼材、木材和其他建筑材料適用范圍更為廣泛,價格更加便宜、易于澆筑和力學性能穩定的,并且耐久性強,同時可以高效利用工業廢料的節能建筑材料。相關資料顯示,相同條件下,每噸混凝土能源消耗的能量是磚的 16. 7%,鋼材的5% ,玻璃的 3. 6% ,鋁材的 0. 6% .所以,混凝土作為節能材料,越來越受到人們的重視建筑。但由于水泥混凝土建筑物的不斷出現,也給人類社會環境帶來了前所未有的破壞,人們認識到毫無節制地濫用地球的資源和能源將會導致資源和社會發展的危機,在發展經濟促使社會進步的同時必須將發展和環境的保護、發展和能源資源的節約進行綜合、全面、長遠地考慮,只有做到協調可持續發展才是人類社會真正的發展,才能保證人類社會的長久持續發展。與此同時,為了準求綠色可持續發展,混凝土材料科學界經過不斷地反思試驗,提出了關于高性能混凝土以及綠色高性能混凝土的理念。

  2 高性能混凝土

  2. 1 高性能混凝土特征

  2. 1. 1 耐久性

  高性能混凝土應用是為了增加混凝土結構的耐久性,增加使用時間,配合使用減水劑和礦物質超細粉這樣可以使其耐久性增強,還能夠減少混凝土配比時候的用水量,同時減少混凝土的內部的氣穴,這樣能夠有效控制混凝土結構的耐久性、可靠性,使其能夠持續穩定工作很多年。

  2. 1. 2 工作性

  評價混凝土工作性的最主要的指標為坍落度,高性能混凝土的坍落度比較容易控制,高性能混凝土的振動粘度性比較大,粗骨料在下沉過程中,速度比較緩慢,在相同的時間內下降的距離短,穩定性和均勻性好。此外,在高性能混凝土中水灰比例較低,并且有超細粉的加入,因為高性能混凝土一般是不出現泌水現象的,這也造成高性能混凝土的水泥漿粘度大,基本不會出現離析的狀況。

  2. 1. 3 力學性能

  對于混凝土的強度的影響因素很多,水灰比是其中之一。很多時候,普通混凝土的強度是與水灰比成反比的,高性能混凝土可以利用增塑劑,使其分散能力加強,使其的減水率提高,這樣可以減少水用量,增加效果。高性能混凝土中可以加入礦物超細粉,這樣可使每個水泥顆粒之間的間隙被充分填充,減少氣穴,增加強度,使混凝土的密實度得到很大提高,從可以有效提高混凝土的使用壽命。

  2. 1. 4 體積穩定性

  體積穩定性也是高性能混凝土的特性之一,高性能混凝土的體積穩定性是指混凝土在硬化初期具有較低的水化熱,而在硬化后期其收縮變形比較小。

  2. 1. 5 經濟性

  通過以上分析可知高性能混凝土具有強度高、耐久性好等特性,而這些特性都是高性能混凝土具有良好經濟性的依據。首先,因為高性能混凝土具有高強度性,這可以縮減構件的尺寸和自重,從而節約使用空間; 其次,因為高性能混凝土具有良好的耐久性,這可以使結構的維修費用顯著降低,并且可以使結構的使用壽命延長; 其三,因為高性能混凝土具有很好的工作性,這可降低工人的勞動強度,并且可以提高施工速度,加快施工進度,從使成本顯著下降。簡單的說,高性能混凝土更適合結構功能要求和施工工藝要求,能使混凝土的使用壽命最大化,從而取得良好的經濟效益。

  2. 2 高性能混凝土的質量管理和施工使用控制技術

  2. 2. 1 高性能混凝土的原材料選擇及其適用情況

  ( 1) 細集料與粗集料選用。在進行細集料選擇時,應選擇質地堅硬、潔凈、級配良好的天然中、粗河沙,質量符合《建筑用砂》GB/T14684的規定。混凝土的強度受到砂粗細程度的影響,較粗的砂,混凝土的強度越高。細度模數大于 2. 3 的中砂用于配制 C50 - C80 的混凝土,細度模數大于 2. 6 的中砂或粗砂用于配置 C80 - C100 的混凝土。此外,對于粗集料的選擇,要求是強度高、吸水率低、級配良好。高性能混凝土要求強度高的骨料,粗集料強度一般需要是混凝土強度的 115 到 210倍,最大粒徑必須小于 25 毫米。粗集料一般采用連續級配,最好采用級配良好的石灰巖碎石。為了減小溫度應力,必須選擇線膨脹系數低的粗集料,這樣可以保證混凝土的體積穩定性。

  ( 2) 細摻合料。在制備高性能混凝土的時候,摻活性摻合料的水泥漿流動性小,可以充分填充混凝土的空隙,從而大大提高硬化后的水泥石強度。此外,在配制高性能混凝土時,摻入活性細摻合料可以使混凝土中骨料和水泥石的界面結構得到很大改善,從而全面提高混凝土的強度、抗滲性和耐久性。因此,高性能混凝土調配時所必須使用的材料就是活性細摻合料。一般情況下,我們會將天然沸石粉、粉煤灰、磨細礦渣粉和硅粉用作為高性能混凝土的活性細摻合料。

  ( 3) 減水劑及緩凝劑。高性能混凝土在黏合過程中,有比較高的硬度且混凝土拌合物的坍落度一般較大,在低水膠比可以使混凝土具有較大的坍落度,并且要加入一定量的減水劑,減水率應該在百分之二十五左右。鑒于混凝土坍落度造成的損失,在與之適當的情況下,加入減水劑,緩凝劑等,除此之外,鑒于高性能的水泥,混凝土,溶液中離子數量也少,顆粒間距也小,所以水泥的適應性比較差。由于大多數高性能混凝土施工采用泵繼續運輸,因此,與加入減水劑的混凝土拌和時的坍落度損失必須要減小,否則泵輸送比較困難。

  2. 2. 2 配合比設計控制要點

  ( 1) 設計思路有很大區別。以混凝土的高性能配合比設計,應遵循下列要求: 低水灰比的高性能混凝土質量是非常重要的,要加入增塑劑和礦物細粉,加強混凝土摻合料的低水膠比。不使用太多的膠凝材料,膠凝材料不僅成本高,而且對于大體積混凝土穩定性影響較大,對于需要的強度高,意義卻不大。所以,應該通過調整骨料和砂的用量以便控制較低的孔隙率和易性。混凝土中應加入引發劑,控制含氣量在 3 至 4百分點之內。盡可能讓聚羧酸減水劑收縮,加強工作效率。

  ( 2) 膠凝的材料的用法用量以及使用過程中粉煤灰所占比例。配合比設計參數要確保混凝土的耐久性,混凝土中的水泥用量應在適當的范圍內,對于 C40 混凝土,膠凝材料不應大于 400kg/m3,C40、C50 的總量不應超過 450kg/m3.在外加粉煤灰時,不僅在具體的成本上考慮,也要注意其目的主要是為需要提高混凝土的強度,特別是混凝土的耐化學腐蝕性( 包括氯化物,硫酸鹽的腐蝕和侵蝕等) 的研究表明,粉煤灰的摻量大于 20%以上,對改善混凝土耐久性更好。在《技術規范建筑》( JTG/tf50 -2011) 明確規定,礦物摻合料用量不少于總膠凝材料的百分之二十,當用量大于 30%時,水灰比不大于 0. 45.

  3 綠色高性能混凝土

  隨著高性能混凝土的應用不斷擴展,現在對高性能混凝土提出了新的內涵,即是綠色高性能混凝土,主要增加了三個方面的含義: 其一,保護環境,益于環境; 其二,節約能源和資源; 其三,高性能混凝土要滿足可持續發展的要求。

  3. 1 綠色高性能混凝土對水泥的要求

  3. 1. 1 開拓原材料,節約水泥生產消耗

  首先需要加大對原材料資源的地質勘查力度,拓寬原材料資源,確定原材料資源的儲量及分布,并且開拓粘土、石灰石之外的同類原材料,避免現有水泥原料礦山遭到破壞。所有的技術措施都要為節省水泥在生產中的應用服務,在如今的技術下,每噸水泥熟料平均消耗約152 公斤標準煤,遠遠低于世界先進水平,這要求我們必須研發先進技術,從技術上實現節約資源的目標,提高煤炭等資源的利用率。

  3. 1. 2 加大工業廢物的循環利用

  ( 1) 用可燃廢物作燃料。垃圾焚燒不僅污染環境,而且使可燃廢物的熱能得不到有效利用。在水泥熟料的制作過程中,如果將可燃垃圾作為燃料使用,將會在很大程度使資源得到有效利用,從而達到節約能源的目的。

  ( 2) 將多種材料作為混合材料。作為水泥混合材料的工業和農業廢物,除了已知的粉煤灰、粒化高爐礦渣等,還有其他的材料比如磷渣,爐渣,鋼渣,沸石等也經常作為摻合料。1995 年,中國從不同的工業廢料 600,000,000 噸產生在水泥工業中作為摻合料,得到約 85,000,000噸可用材料,用作其他原料和其他用途約 20,000,000 噸,占總排放量的16%至 18%.廢棄的爐渣作為水泥混合的可能性更大,但由于摻量大時,可能不會達到水泥早期強度的標準,所以在未來的進一步發展,必須研究和大批量生產一種水泥外加劑,解決水泥早期強度問題,當然也可以控制標準進行必要的修改,以促進水泥工業“化灰燼為寶藏”.

  3. 1. 3 大力推廣散裝水泥

  散裝的建設運輸和儲備是水泥行業的發展趨勢,散裝水泥盡量不要使用紙袋或塑料袋進行包裝,避免在拆卸過程中,袋裝水泥的廢物對環境的污染,還有水泥、混凝土等材料要注意機械化生產、自動進料和稱重的過程中浪費和污染,也保證了散裝水泥的質量。目前散裝水泥只占水泥總的生產的量的 15%左右,生產水泥的水泥工業企業對于這方面并不重視,而在發達國家高達90%.所以,我國的公司應盡快在現代水泥生產的理念基礎上加快發展,加速現有立窯除塵改造,燃料節約,廢料、廢品回收,要突破現有格局,加強綠色內容,制造多樣性和高質量的水泥,這是生產綠色高性能混凝土的重要保證。

  4 結束語

  綜上所述,本文探討了可持續發展的內涵和建筑工程材料走可持續發展道路的必要性,其中對高性能混凝土從其特性、材料和配比設計著手進行了深入詳細地闡述,并且對綠色高性能混凝土進行了研究和對其未來發展方向進行了展望。當前社會,高性能混凝土在建筑工程中得到廣泛應用,要想提高高性能混凝土在建筑工程中的作用必須將高性能混凝土進一步綠色化。在社會不斷發展和資源不斷減少的過程中,綠色高性能混凝土必將成為建筑工程的重要材料,也是建筑工程材料實現可持續發展的必然選擇。

  參考文獻

  [1]元成方。 高性能混凝土發展及若干關鍵技術問題[D]. 鄭州: 鄭州大學土木工程學院,2010.

  [2]俞瑞堂。 高性能混凝土的發展與展望。 水利水電工程設計,1997.

  [3]吳中偉。 綠色高性能混凝土---混凝土的發展方向。 混凝土與水泥制品,1998( 1) :3-7.

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