孫振平  王新友  張冠倫

（同濟大學材料學院）

周文宗  劉啟印

（HI CON 美商啟欣企業(yè)集團）

 

    綠色高性能混凝土是混凝土作為建筑工程材料走可持續(xù)發(fā)展之路的必然方向。本文著重討論了綠色高性能混凝土的涵義，開發(fā)使用綠色高性能混凝土在保護環(huán)境、節(jié)約能源和資源等方面的社會意義，以及綠色高性能混凝土對原材料的要求和發(fā)展綠色高性能混凝土尚需進行的工作。

關(guān)鍵詞：可持續(xù)發(fā)展  綠色高性能混凝土  綠色水泥  

 

    隨著科技進步和社會生產(chǎn)力的提高，人類創(chuàng)造了前所未有的物質(zhì)財富，加速推進了社會文明。但與此同時，人口爆炸，資源消耗過度，環(huán)境污染以及生態(tài)平衡嚴遭破壞等問題也日益突出, 于是“可持續(xù)發(fā)展”觀念越來越引起人們的高度重視，并成為當今世界各國所面臨的跨世紀的重大課題。1992年聯(lián)合國環(huán)發(fā)大會在巴西里約召開并通過了以實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略為核心內(nèi)容的全球“21世紀議程”后，我國十分重視這一問題，1994年我國通過了“中國21世紀議程”，“九五”計劃和2010年遠景目標中又明確將可持續(xù)發(fā)展作為一個長遠的發(fā)展戰(zhàn)略。

    何謂“可持續(xù)發(fā)展”？可持續(xù)發(fā)展是指既要滿足當代人的需求，又不損害后代人滿足需求能力的發(fā)展，也就是經(jīng)濟建設(shè)與人口、資源、環(huán)境和社會的協(xié)調(diào)發(fā)展。既要達到發(fā)展經(jīng)濟的目的，又要保護人類賴以生存的自然資源和環(huán)境，使我們子孫后代能夠永續(xù)發(fā)展和安居樂業(yè)。一句話：不要吃子孫飯，斷子孫路。

    可持續(xù)發(fā)展是社會經(jīng)濟發(fā)展的根本性戰(zhàn)略，它要求在大力發(fā)展經(jīng)濟的同時，要解決好經(jīng)濟、環(huán)境、資源、人口和社會等的協(xié)調(diào)性。由此，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，其具體目標主要著重于五大方面^〔2〕：

    a. 最大限度地綜合利用自然資源和能源；

    b. 盡可能地提高生產(chǎn)效率，降低能耗，降低各項消耗；

    c. 極力保護環(huán)境，維護生態(tài)平衡，消除或盡量減少環(huán)境污染；

    d. 消除或最低限度地產(chǎn)生廢渣、廢料、廢水、廢氣；

    e. 組織無廢生產(chǎn)，實現(xiàn)生態(tài)工業(yè)系統(tǒng)，在各工業(yè)部門完成環(huán)保內(nèi)循環(huán)和三廢自凈的基礎(chǔ)上，建立跨行業(yè)的區(qū)域性仿生群樂體，解決全社會的環(huán)保和生態(tài)平衡系統(tǒng)問題。

    我國建筑業(yè)是一個非常大的產(chǎn)業(yè)，在國民經(jīng)濟五個生產(chǎn)部門中據(jù)第三位。建筑業(yè)所耗用的鋼材、水泥和木材分別約占全國總耗用量的25％、70％和22％，化學建材作為新型建材正異軍突起，成為第四大建材。我國正處于發(fā)展時期，正從一個農(nóng)業(yè)大國向工業(yè)國家轉(zhuǎn)變，今后若干我們都將致力于解決逐步城市化人口的住房問題和大量的城鎮(zhèn)建設(shè)問題，還將面臨城市交通、城市大型公用設(shè)施和國家重點建設(shè)工程等重大項目。任務(wù)之重, 必將加大對建筑工程材料的需求量和加速推動建筑工程材料工業(yè)的發(fā)展。

    水泥混凝土作為一種最大宗的傳統(tǒng)的建筑工程材料，其發(fā)展已有一百七十多年歷史了。水泥混凝土在各種工程中的應(yīng)用，打破了只有傳統(tǒng)的秦磚漢瓦才能創(chuàng)造建筑文明的歷史格局。一百多年來，以水泥混凝土為主要建筑材料的各種建筑物（構(gòu)筑物）不斷標新立意，代表和反映著各時代、各地域的文化背景、建筑風格和建筑水平?？梢院敛豢鋸埖卣f，沒有高技術(shù)的水泥混凝土，標志著現(xiàn)代文明的各種建筑物（構(gòu)筑物）是無法建成的。

    混凝土在建筑、市政、橋梁、地下、水利、海洋、核工業(yè)、軍事等眾多工程領(lǐng)域都發(fā)揮著其它材料所無法替代的作用和功能。多年來混凝土也一直被人們當作是一種相對于鋼材、木材等建筑材料來說，適用范圍廣，價格便宜，易澆注成型，力學性能較穩(wěn)定，比較耐久，有時還可以有效地利用一些工業(yè)固體廢料的節(jié)能型建筑材料。據(jù)統(tǒng)計，每噸混凝土消耗的能量僅為磚的1/6, 鋼材的1/20, 玻璃的1/28, 鋁材的1/170, 因此, 作為節(jié)能材料, 混凝土一直受到人們更多的重視。但自從以水泥混凝土為主要建筑材料的建筑物及構(gòu)筑物開始出現(xiàn)人們所未曾預(yù)料到的破壞，尤其是當人們開始意識到人類毫無節(jié)制地濫用地球資源和能源，以致開始出現(xiàn)危急時，當發(fā)展與環(huán)境保護、發(fā)展與能源節(jié)約、發(fā)展與資源節(jié)省放在一起綜合考慮（也即可持續(xù)發(fā)展），力求協(xié)調(diào)發(fā)展之時，混凝土材料科學界也開始進行反思。那么，混凝土材料究竟如何走可持續(xù)發(fā)展之路呢？筆者認為，單單建立一個“高性能混凝土”的概念是不夠的，必須提出和深化“綠色”概念，搞“綠色高性能混凝土”。本文主要討論綠色高性能混凝土的涵義，開發(fā)使用綠色高性能混凝土的社會意義，開發(fā)綠色高性能混凝土對水泥工業(yè)、混凝土設(shè)計方法、材料選擇、施工工藝和質(zhì)量評定等方面的要求，以及今后尚需盡快解決的其它幾個問題。

 

    綠色高性能混凝土是混凝土材料科學發(fā)展到今天, 并且當人們將材料性能的獲得與廢物利用、減少污染和保護環(huán)境等問題綜合考慮時的必然趨勢。

    混凝土是由水泥、細集料、粗集料和水以及必要時摻入的外加劑按一定比例混合拌勻，經(jīng)澆注成型并凝結(jié)硬化后形成一種呈堆聚結(jié)構(gòu)且具有一定強度的結(jié)構(gòu)材料?；炷恋母拍钕喈攺V泛。經(jīng)過幾代科學家的不懈努力，混凝土科學已逐漸被納入材料科學軌道。

    自1824年英國的Aspdin首次獲得Portland水泥專利時起，水泥品種、標號、產(chǎn)量和水泥混凝土用量一直以很大的速度上升，1995年，全世界水泥年產(chǎn)量達到13億噸，混凝土方量為35億立方米，其中我國水泥產(chǎn)量為4.3億噸，混凝土方量為12億立方米；1997年，我國水泥產(chǎn)量預(yù)計將達到4.8億噸?？梢哉f，混凝土的大量應(yīng)用，對推動國民經(jīng)濟起到了很大作用。

    至今, 混凝土的發(fā)展已經(jīng)歷了幾個階段：（1）普通混凝土；（2）鋼筋混凝土；（3）預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土；（4）外加劑混凝土；（5）聚合物水泥混凝土、纖維增強混凝土等。在這些階段，混凝土的原材料都基本以水泥、砂、石和水為主。

 

 

 

    HPC是在1990年5月美國國家標準與技術(shù)研究院（NIST）和美國混凝土協(xié)會（ACI）召開的會議上首次提出的概念。盡管各國學者都一直在對HPC的具體定義展開著熱烈討論，但至今似乎仍未達成一致，主要分歧在于所謂的高性能是否是一個十分全面的概念?？v觀各個國家及學者定義HPC時的背景，筆者認為，HPC應(yīng)根據(jù)各個時代、地區(qū)和工程實際、科研水平來定義。對于混凝土這樣一個大系統(tǒng)，人們對它的研究或者說改性只能從某幾個方面入手，另外，全球各個國家地域不同，混凝土技術(shù)發(fā)展的歷史更不相同，工程上對混凝土各種性能的要求也不盡相同。基于這些原因，我們認為應(yīng)把HPC的“高性能”理解為是“與一定歷史階段和工程實際最相適應(yīng)的性能”^〔3〕。那么, 可以定義高性能混凝土為: 凡具有人們所期望的但用傳統(tǒng)材料或傳統(tǒng)設(shè)計思想較難達到的性能的混凝土即為高性能混凝土。高性能混凝土具有相對性和時代性。

    因此，筆者認為只要具有以下某些優(yōu)良性能或全部性能的混凝土均可認為是高性能混凝土：

    1）優(yōu)良的施工性。如高流動性、免振自密實性或者滿足某種特定工程的施工性（如滑模攤鋪路面混凝土、水下施工混凝土、快速注漿材料等）；

    2）強度高。目的是盡量減少肥梁胖柱，但必須要同時考慮建筑的美學效果和結(jié)構(gòu)撓度和功能等方面的要求，也即，并不是每項工程都需要高強混凝土；

    3）盡可能地提高耐久性，這一項不管是中低強度混凝土還是高強度混凝土都必須十分注重；

    4）具有下列某些特殊功能，如超早強、低脆性、高耐磨性、吸聲、自呼吸性等。