綠色高性能混凝土建筑材料可持續發展的設想(5頁).doc
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2022-07-11
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1、綠色高性能混凝土建筑材料可持續發展的設想 Tentative Idea for Sustainable Development of Green High-Performance Concrete As a Building Material劉衛東(東華大學材料科學與工程學院200051) 摘要:探討了綠色高性能混凝土在保護環境、節約資源和能源等方面的發展設想,提出了綠色高性能混凝土對原材料的要求和發展綠色高性能混凝土尚需進行的工作。 中圖分類號:X705文獻標識碼:C 多年來,關于混凝土材料的研究和對其發展方向的制定,過于偏重于使其達到某種或綜合的優良性能這一基本原則上,而對其耐久性重視程度2、不夠。90年代初高性能混凝土概念提出后,促使人們加強了對混凝土材料的施工性和耐久性的研究,而綠色高性能混凝土則是將單純的材料性能的獲得與建筑材料的可持續發展綜合考慮時的必然方向。 綠色高性能混凝土高性能混凝土應該具有下列某些或多項優良性能: (1)優良的施工性:能在正常施工條件下保證混凝土結構的密實性和均勻性,并盡量降低振動噪音和振實能耗 (2)強度高:盡量減少肥梁胖柱,并要考慮到建筑的美學效果和結構撓度以及功能等方面的要求; (3)耐久性優良:如抗凍性、抗滲性、抗沖擊性、抗水砂沖刷性等; (4)具有某些特殊功能:如超早強、低脆性、高耐磨性、吸聲、自呼吸性等。盡管在開發應用高性能混凝土的過程中3、,一般都要使用高性能外加劑和性能優良的摻合料,在一定程度上可以起到節約水泥從而節約資源和能源、保護環境的作用,但高性能混凝土的提出者及研究開發者都很少從環境保護、節約資源和能源的高度來認識這一問題,過分強調在任何工程中都使用高強混凝土,無凝是對寶貴而有限的地球資源和能源的浪費。最早提出綠色高性能混凝土概念的是中國工程院院士吳中偉教授。 簡要地說,符合以下條件的高性能混凝土才真正能稱得上是綠色高性能混凝土: (1)所使用的水泥必須為綠色水泥,砂石料的開采應以十分有序且不過分破壞環境為前提; (2)最大限量地節約水泥用量,從而減少水泥生產中的“副產品”CO2、SO2和NOx等氣體,以保護環境; (4、3)更多地摻加經加工處理的工農業廢渣,如磨細礦渣、優質粉煤灰、硅灰和稻殼灰等作為活性摻合料,以節約水泥保護環境,并改善混凝土耐久性; (4)大量應用以工業廢液,尤其是黑色紙漿廢液為原料改性制造的減水劑,以及在此基礎上研制的其它復合外加劑,幫助其它工業消化處理難以處治的液體排放物; (5)集中攪拌混凝土,消除現場攪拌混凝土所產生的廢料、粉塵和廢水,并加強對廢料、廢水的循環使用; (6)發揮高性能混凝土的優勢,通過提高強度,減小結構截面積或結構體積,減少混凝土用量,從而節約水泥和砂、石的用量;通過改善施工性能來減小澆筑密實能耗,降低噪音;通過大幅度提高混凝土耐久性,延長結構物的使用壽命,進一步節約5、維修和重建費用,減少對自然資源無節制的使用; (7)對大量拆除廢棄的混凝土進行循環利用,發展再生混凝土。 2綠色高性能混凝土的原材料盡管綠色高性能混凝土是一種相對節能的建筑材料,但隨著世界水泥年產量和混凝土澆筑量的不斷增加,它對資源、能源和環境所產生的影響是非常驚人的。據估算,生產1t水泥熟料所排放的CO2約為1t,同時還要排放SO2、NOx等有害氣體,CO2的大量排放直接導致“溫室效應”,而SO2、NOx等氣體的排放則會引起“酸雨”現象,由于收塵設施不佳,水泥生產還排放出大量粉塵,水泥廠一直被看作環境污染源;水泥工業也是耗煤、耗電大戶,水泥的大量生產和應用還將導致地球礦產資源的匱乏和生態平衡6、的破壞 。因此,混凝土能否長期作為最主要的建筑材料,不僅要求其具備在耐久性、施工性和強度等方面的高性能,而且最關鍵之處在于其綠色“含量”是否高。水泥雖然只占混凝土7/1/2004粉煤灰所有原材料質量的10%20%,但水泥工業生產中所消耗的能量是最的,幾乎占混凝土能耗的50%60%;混凝土從原材料生產加工到澆筑成型的整個過程中,水泥工業是排放粉塵和有害氣體的最大的污染源。因而,發展綠色高性能混凝土的首要條件是生產和使用節能型、環境污染少的綠色水泥。“綠色”型水泥生產是將資源利用率和二次能源回收率均提高到最高水平,并能夠循環利用其它工業的廢渣和廢料;技術裝備上更強化了環境保護的技術和措施;產品除了7、全面實行質量管理體系外,還真正實行全面環境保護的保證體系;粉塵、廢渣和廢氣等的排放幾乎接近于零,真正做到不但自身實現零污染,無公害,又因循環利用其它工業的廢料、廢渣,而幫助其它工業進行三廢消化,最大限度地改善環境。 3開發研制和應用綠色高性能混凝土尚需進行的工作綠色高性能混凝土從原材料到具體工程應用涉及到的部門和環節很多。實現水泥生產“綠色化”一個環節是不夠的,必須同時開展如下工作: 第一、要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節能意識,加大“綠色”概念的宣傳力度,引起混凝土工程領域各環節的高度重視。 第二、工程設計人員應更新傳統的混凝土設計方法,敢于在重大工程中摻用活性混8、合材料和加大摻量;施工人員要提高質量意識,嚴格施工,加大活性混合材摻量對混凝土各項性能所產生的益處已眾所周知,但未被工程界充分重視。比如,對粉煤灰的應用問題,盡管科研工作者早就著手大摻量粉煤灰混凝土的研究,但目前即使在商品混凝土中粉煤灰的實際摻量一般也只有15%左右,很少超過20%。有人曾研究過粉煤灰替代率為35%50%的低強度等級混凝土(14MPa)的性能,認為可大量用于道路的路基,大摻量粉煤灰混凝土,尤其適合于大體積混凝土工程和海工混凝土工程。再如針對混凝土材料的耐久性,人們并沒有象所期望的那樣加大活性混合材的用量,控制某些種類防凍劑和早強劑的摻量,或者重視低堿水泥的使用,以致范圍廣泛的混9、凝土工程堿集料破壞現象仍很嚴重。 第三,研究對工業廢渣行之有效的加工方法、加工設備,以期充分利用其活性;在工業廢渣利用方面,還要堅持貫徹優質優用的原則,即超細磨礦渣和優質粉煤灰主要用于配制高強度混凝土,而配制中低強度等級混凝土一般仍應采用普通細度礦渣或低等級粉煤灰。 第四,開發適合于摻活性混合材混凝土的高性能外加劑,以解決摻混合材對混凝土性能產生的某些負面效應,同時還可避免過分提倡混合材超細磨所引起的能耗問題。通過摻用合適的高效減水劑和引氣劑,可配制出各種性能相當優異的混凝土。對于大摻量普通細度活性混合材的混凝土,通過摻加有效的激發劑,有望改善其早期強度,但應嚴格限制激發劑中C1和SO2的含量10、,或禁止使用這類激發劑,以免引起鋼筋銹蝕或堿集料反應。 第五,研究一種或多種活性混合材和外加劑與水泥礦物成分的超疊加效應,以便針對具體材料提出最佳設計方案。 第六,對紙漿黑色廢液進行加工處理,開發以紙漿廢液為主要原材料的各種外加劑,并擴大其使用范圍,長期以來,黑色紙漿廢液一直是導致我國長江、黃河流域以及其它河道水質嚴重污染的“元兇”。我國大約有9000多家造紙廠,每年產生的黑色廢液大約有30億90億t,絕大多數廠家都把未經處理的廢液直接排放到江河中,造成的污染十分驚人竟占我國所有化工污染的1/4!盡管國家已對部分廠家實行了關停并轉,但處理紙漿廢液的任務仍刻不容緩。利用紙漿廢液來制取混凝土減水劑11、不僅可以節省工業萘的消耗,降低成本,最重要的是可幫助造紙廠處理并循環利用廢液,減少其對環境、工農業生產以及人身健康造成的巨大危害。第七,研究和制定綠色高性能混凝土的質量控制方法、驗收標準等,綠色高性能混凝土都要求摻加活性混合材,然而,除硅灰和稻殼灰等外,活性混合材對混凝土強度的貢獻主要在后期。如果仍沿用普通混凝土質量控制方法和驗收標準,即以28 d抗壓強度來衡量混凝土的質量,則不 符合實際情況,勢必要造成強度和材料的浪費,也影響綠色高性能混凝土生產者的積極性,使綠色高性能混凝土難以推廣,這與混凝土“綠色化”的真正目的是背道而馳的。另外,綠色高性能混凝土要求混凝土具有較為優良的耐久性,但對混凝土質量評定的傳統和現行的標準只考慮強度,而對耐久性指標一般不予考慮,希望新標準中增加耐久性指標。 第八,應針對當前城市改造過程中大量拆除舊結構物混凝土,研究出一整套破碎、分級技術,開發再生混凝土,用于澆筑強度要求相對較低的地坪、中低等級混凝土路面、路基等工程。8COAL ASH CHINA1/2004
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上傳時間:2021-05-08
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