绿色生态混凝土的现状及展望

第10卷第10期中国水运Vol.10No.102010年10月ChinaWaterTransportOctober2010 收稿日期：2010-07-15作者简介：祝叶（1976-），女，武汉职业技术学院建筑工程学院讲师，硕士，研究方向为结构工程。摘要：绿色生态混凝土是减轻环境负荷、与生态体系协调发展、改善环境的混凝土材料。通过对绿色生态混凝土进行分类，论述了其研究现状并对其未来进行展望。绿色生态混凝土是传统混凝土材料走可持续发展之路，保护生态环境与可持续发展观在建筑材料方面的具体体现和必然选择。关键词：绿色生态混凝土；环境负荷；可持续发展中图分类号：TU528.01文献标识码：A文章编号：1006-7973（2010）10-0251-02 21世纪，人口膨胀、资源短缺和日益恶化的生态环境给人类发展敲响了警钟。城乡建筑迅速增加，建筑耗能的问题日益突出。资料显示：建筑行业能耗占到了全社会总能耗的40%~50%。因而建筑节能问题已越来越被政府和社会各界所重视，“建设节约型社会”已成为当今社会广泛关注的一个重要主题，我国政府适时制定了中长期节能规划，在规划中建筑业被列为节能与环保的重点行业。而建材行业作为消耗自然资源和能源高，破坏土地多，废气、粉尘排放量大，对大气污染严重的行业，节能问题更是重中之重。其中混凝土作为目前使用最为广泛的建筑人造材料，在给人类提供便利的同时，也给全球生态环境带来了巨大的挑战与危害。据统计，我国每年要开采50×109t包括粘土、石灰石和砂石等天然矿物资源用于生产水泥和混凝土。巨量地开山、采石与挖取河砂、卵石，将破坏山体的自然景观与绿色植被，改变河床位置及形状，造成水土流失或河流改道等严重后果。CO2的大量排放直接导致地球的“温室效应，促使地球升温。[1]为此，必须发展一种新型的混凝土，是以节约资源和能源、减少污染以及保护环境为特征的“绿色生态混凝土”；在以实现材料整个生命过程的低能耗、少污染，并能充分减量化利用资源理论基础上。绿色生态混凝土的发展重点，就是要把混凝土技术和人类生存环境紧密结合，减少非再生资源、能源的消耗，生产、应用完全再生循环的混凝土产品，同时提高混凝士的性能、延长混凝土结构的使用寿命。一、绿色生态混凝土的定义我国混凝土科学技术的先驱与奠基人吴中伟院士认为：混凝土能否长期作为最大宗的建筑结构材料，关键在于能否成为绿色材料，并于1997年首次提出了绿色高性能混凝土的概念（GreenHighPerformanceConcrete，简称GHPC）。他认为，GHPC应具有下列特征：（1）更多地节约熟料水泥，减少环境污染。GHPC中，磨细工业废渣，而不是熟料水泥将成为最大的胶凝组分；（2）更多地掺加工业废渣为主的细掺料；（3）更大地发挥高性能的优势，减少水泥与混凝土用量；（4）扩大GHPC的应用范围。将现行HPC的强度低限从C50-C60降到C30左右。[2]GHPC强调的是混凝土的绿色含量，着眼于混凝土的可持续发展。绿色高性能混凝土由于具有良好的性能与环境协调性，已成为混凝土产业未来发展的方向。加快发展绿色高性能混凝土，满足工程建设需要是建筑业贯彻实施可持续发展战略的重要途径。生态混凝土其概念最早由日本混凝土协会与生态混凝土研究委员会于1995年首先提出（Ecologicalconcrete／EnvironmentallyFriendlyConcrete）[3]。生态混凝土是一类特种混凝土，具有特殊的结构与表面特性，能减少环境负荷，并能与生态环境相协调，从而能为环保做出贡献。生态混凝土的出现，标志着人类在处理混凝土材料与环境的关系过程中采取了更加积极、主动的态度。混凝土不仅仅是作为建筑材料，为人类构筑所需要的结构物或建筑物，而且它是与自然融合的，对自然环境和生态平衡具有积极的保护作用的材料。“绿色”混凝土和“生态”混凝土具有相似的概念，，但是“绿色”的涵义可理解为：节约资源、能源；不破坏环境，更有利于环境；可持续发展，既满足当代人的需求，又不危害子孙后代，且能满足其需要。而“生态”更强调的是混凝土材料本身直接“有益”于生态环境。[4]绿色生态混凝土可以定义为：这是一类特种混凝土，是通过材料研选、采用特殊工艺制造出来的具有特殊结构与表面特性的混凝土，对资源和能源消耗少；与自然生态系统相协调，对环境的负荷小，能够主动改善环境；非再生资源的循环再利用率高；具有满意的使用性能，包括力学性能、耐久性能和功能性。[5]笔者认为作为绿色生态混凝土应具有以下几个特征：（1）来自其他行业的副产品、建筑废料、混凝土的再生利用品等，将成为生产混凝土的主要组分材料；（2）人造或生物基材料，将成为生产混凝土的常用材料；（3）采用生物模拟加工法，或自然模拟机理加工法，生产混凝土；252中国水运第10卷 （4）生产水泥的能耗将更低，所释放的气体，诸如NO2和CO2将更少，同时大大降低生产水泥的副产品一水泥窑粉尘。二、绿色生态混凝土的分类根据混凝土对环境的作用方式不同，绿色生态混凝土可以分为环境友好型混凝土和生物相容型混凝土。环境友好型混凝土，主要指在混凝土的生产、使用直至废弃全过程中，能够减轻环境负荷的混凝土。其实现的主要技术途径包括：（1）降低混凝土生产过程中的的环境负荷。这种技术途径主要是通过利用来自其他行业的副产品、建筑废料、混凝土的再生利用品等来生产利废环保型混凝土；大量采用人造材料和生物基材料作为混凝土的组分。（2）降低混凝土在使用过程中的环境负荷。这种技术途径主要通过使用技术和方法来降低混凝土的环境负担，例如免振自密实混凝土、高耐久性混凝土等。（3）通过提高性能来改善混凝土的环境负荷。这种技术途径主要是通过增多和强化混凝土的功能来降低其环境负担。例如透水混凝土、绿化混凝土、吸音混凝土等。生物相容型生态混凝土是指能与动植物等生物和谐共存、对调节生态平衡、美化环境景观、实现人类与自然协调具有积极作用的混凝土。根据用途，这类混凝土可分为：（1）植物相容型混凝土。利用多孔混凝土空隙部位的透气、透水等性能，渗透植物所需营养，生长植物根系这一特点来种植小草、低灌木等植物，用于河川护堤的绿化，美化环境。（2）海洋生物、淡水生物相容型混凝土。是将多孔混凝土设置在河、湖和海滨等水域，让陆生和水生小动物附着栖息在其凹凸不平的表面或连续空隙内，通过相互作用或共生作用，形成食物链，为海洋生物和淡水生物生长提供良好条件，保护生态环境。（3）净化水质型生态混凝土等。是利用多孔混凝土外表面对各种微生物的吸附，通过生物层的作用产生间接净化功能，将其制成浮体结构或浮岛设置在富营养化的湖河内净化水质，使草类、藻类生长更加繁茂，通过定期采割，利用生物循环过程消耗污水的富营养成分，从而保护生态环境。三、展望绿色生态混凝土是传统混凝土材料走可持续发展之路，保护生态环境与可持续发展观在建筑材料方面的具体体现和必然选择。展望绿色混凝土：（1）在加工制作工艺方面，将发生巨大的进步来自其他行业多种多样的副产品，以及混凝土的再生利用品，将成为生产混凝土的组分材料；人造或生物基材料，将成为生产混凝土的常用材料；采用生物模拟加工法，或自然模拟机理加工法，生产混凝土；混凝土组分材料将达到最佳的颗粒规格分布；生产水泥的能耗将更低，所释放的气体，诸如NO2和CO2将更少，同时大大降低生产水泥的副产品一水泥窑粉尘；混凝土行业采用先进的系统模型，预测用户所需混凝土的性能；混凝土的运输系统得到改善；混凝土的浇筑将采用标准的自动化作业法。（2）大幅提高混凝土的强度，改善混凝土的性能混凝土行业将采用有效统一的质量保证体系和质量控制标准；在合理的应用环境下，将普遍采用自密实和自找平混凝土；将充分利用无破损检测方法，传感技术，智能型养护技术，以及其他先进的技术，对混凝土的性能进行连续性监测，并确保混凝土的耐久性。（3）在混凝土整个使用寿命周期的各个阶段中，充分有效的利用能源，大幅降低对能源的消耗混凝土行业将采用生物型原材料作为水泥生产的燃料资源；采用仿生材料生产混凝土；采用低能耗型的集料生产混凝土；采用先进的技术，提高水泥生产时的加热工艺；采用只需低加热工艺和产生更少释放物的胶凝材料；一步利用工业和民用废料副产品，大大节省能源。（4）大大降低对环境的负荷，改善环境性能混凝土行业消除利用再生废水的障碍，从而使水泥和混凝土生产不产生废水；技术的发展将消除颗粒和气体的释放，从而消除临近居民对混凝土和水泥生产的疑虑；水泥工业开发出先进的，能把水泥窑粉尘完全重新利用的再生技术；水泥和混凝土的生产和使用不产生环境废料；拆除的混凝土，一般均能在新的混凝土生产中重新利用。四、结语混凝土材料的绿色生态化是人类对混凝土这一传统建筑材料的迫切需求，也是未来混凝土材料的可持续发展目标。为了实现人类社会可持续发展的目标，将混凝土对环境造成的负荷控制在最小限度内，并对生态环境起到相应的协调和改善作用，是新型混凝土材料的发展方向。随着人类生活水平的不断提高和环境保护意识的不断增强，绿色生态混凝土必将具有巨大的应用前景。同时，我们在思考与规划我国混凝土发展战略时，一定要从整个国民经济的重大需求和紧迫问题出发，力求获得最大的经济、社会效益，特别要注意资源和环境的保护，达到经济、社会和环境的协调发展。参考文献.............