绿色混凝土技术在建筑工程的创新与应用

2019-05-13

建筑工程要求保证建筑物在寿命周期内安全使用,同时应尽可能节约建筑材料,保护环境和减少资源消耗;所以在建筑过程对材料性质的选用至关重要。一方面,建筑物材料性能的优劣将影响建筑工程质量,如果材料选择不合理,那么建筑物的节能环保技术无法发挥作用;另一方面,材料性能的优劣也决定着建筑物的使用寿命周期。建筑材料的选择和使用,以及建筑物建成后的保养、能耗以及拆毁后的回收利用等因素应加强重视。混凝土是建筑的必备材料,它的改良优化对建筑工程具有重大意义。随着新材料技术的发展,混凝土技术也随之发展,新型绿色混凝土在建筑工程得到不断的发展与应用。

绿色混凝土的定义

吴中伟院士提出建筑工程应坚持“以人为本,走可持续发展之路”这一中心思想,亦即中国必须走“绿色混凝土道路”。此中绿色的定义为:(1)节约资源、能源;(2)不破坏环境,更应有利于环境;(3)可持续发展,既要满足当代人的需求,又不危害后代人满足其需求的能力。绿色混凝土技术是节约、环保、可持续发展利用的新型建筑材料,坚持能源资源的可持续发展。

绿色混凝土与建筑工程

建筑物因濒临使用年限、损毁或者市政拆迁等原因,不可避免要产生大量废弃混凝土,传统废弃混凝土处理方法就是占大量土地集中堆放和填埋。绿色混凝土技术能将废弃混凝土破碎、分级和组配,成为再生骨料。同时绿色混凝土技术优化生产工艺,提高煅烧技术,循环利用煅烧的余热,节约成本。混凝土的耐久性越高,建筑物的安全性能和使用性能也将得到一定的提高。混凝土的耐久性是影响建筑材料使用寿命的关键因素,在建筑过程中可以通过绿色混凝土技术有效地减少建筑材料的生产和使用。绿色混凝土技术应支持“开源节流”理念,唯有坚持“开源”与“节流”并行的理念,才能从真正意义上实现可持续发展。

绿色混凝土发展创新应用

1. 再生骨料混凝土

再生骨料利用废弃的混凝土,经破碎、清洗、筛选分级等流程,再按一定的比例配制而得到再生骨料,利用再生骨料制备的混凝土称为再生骨料混凝土。再生骨料混凝土技术的发展和应用减少了混凝土工业对自然石灰石的开采需求,同时也加强了对废弃混凝土的循环利用,因此降低了生产成本,从源头上解决了天然骨料日益匮乏困境和大量矿石开采导致生态环境问题等,即保护了人类赖以生存的生态环境,又保证了人类社会的可持续发展,对社会、经济发展具有重要意义。

再生骨料混凝土

再生骨料混凝土技术主要研究内容如下:

(1)通过对再生骨料的抗压强度、压碎指标和孔隙率等力学性能进行研究,成功发明各种强度等级的大坍落度高性能再生骨料混凝土。

(2)再生混凝土的抗硫酸盐侵蚀性。由于再生骨料孔隙率及渗透性比普通混凝土较高,导致再生混凝土的抗硫酸盐和抗酸侵蚀性稍差。但掺加粉煤灰后,能减少硫酸盐的渗透性,提高其抗硫酸盐侵蚀性。

(3)运用现代微观测试设备手段,进行电镜和岩相分析等观测,分析高强度再生骨料混凝土的遇水后的产物以及水泥与骨料结构面接触部位的形貌等微观结构,并与普通混凝土进行对比研究,发现再生骨料混凝土在新旧水泥石界面处会形成一个由原天然骨料与旧水泥石界面和新旧水泥石界面的双层界面。

(4)通过单轴抗压试验获得高性能再生骨料混凝土的应力一应变曲线,确定高强度再生骨料混凝土的应力一应变本构模型。

(5)在高性能再生骨料混凝土的抗氯离子渗透性测试基础之上,将再生骨料混凝土与普通天然骨料混凝土的抗氯离子渗透性测试结果进行对比分析,对比研究发现:再生骨料配制的混凝土抗氯离子渗透性能较天然骨料差,但是仍具有较好的抗氯离子渗透性能。

(6)高性能再生混凝土的抗冻融性比普通混凝土差,但是通过高性能再生骨料与普通骨料混合使用以降低水灰比方法可提高再生混凝土的抗冻融性。

2.轻骨料混凝土

轻骨料混凝土采用轻粗制骨料、普通砂调配而层的混凝土,其密度一般比普通混凝土密度小30%左右,可以显著节约建筑工程的运输成本。轻骨料混凝土的技术主要特点如下。

轻骨料混凝土

(1)其使用的骨料主要来源于页岩、粉煤灰、淤泥等工业废料,并经煅烧工艺处理。在煅烧过程中,内部会产生很多空隙,因此密度较小,在新拌混凝土的水泥浆中容易上浮,使混凝土离析、分层,匀质性变差,密度越小表现越明显。如图1所示:

(2)其多孔的特性导致泥浆泵送过程中吸入水分导致可泵性变差,泵送施工不容易实现,特别是超高层施工泵送。

(3)因为轻型骨料强度远低于普通骨料,所以不容易配制出高强度混凝土,这阻碍了轻骨料混凝土进一步推广。

轻骨料混凝土技术主要研究内容及成果如下:

(1)通过研究轻骨料混凝土的里外分层现象,通过大量试验研究的基础上根据流体力学原理确定轻骨料在混凝土中的流动方程,探讨如何保持轻骨料混凝土保持匀质性的机理和方法。

(2)基于轻骨料的高吸水率,在普通砂石材料进行了LC7.5~LC50强度等级混凝土的配比试验研究,研制出一套完整的轻骨料混凝土加工技术;并且配套外加剂的发明成功地解决了全轻混凝土的高层施工泵送难题;新型全套技术加工的轻砂混凝土的抗压强度达到55MPa,并且泵送高度达到181.4m,成功地解决了超高层建筑轻砂混凝土的泵送施工技术难题。

结语

我国正处于经济建设快速发展时期,矿石资源消耗量不断增大,也给环境带来恶劣影响。通过大力发展绿色混凝土技术,工业废弃料回收利用、混凝土高性能研发、提高混凝土耐久性、减低成本,节约资源、保护生态环境,走可持续发展之路。