混凝土材料的发展与应用前景研究

　　摘要

当今世界各国发展的共识和目标是“绿色环保”，也是社会经济时代发展的基本特征和要求。“技术绿色”是新时代建筑行业不断开发绿色技术的理念和要求，也是现代社会对于建筑的理念和要求。与其他传统的混凝土相比，高性能混凝土被认为是一种新生代的混凝土，它在确保了混凝土的高性能前提下，增加了更多的绿色元素于其生产和使用中，形成了密实、经济、可再生的绿色高性能混凝土。有鉴于此，本文阐述了我国绿色高性能混凝土的主要性能及其特点，分析了我国绿色高性能混凝土在实际工程中的应用及对未来工程技术发展的看法。

　　关键词：绿色高性能；混凝土；环保；应用；发展

　　引言

伴随着科技不断发展进步，我国的工业混凝土领域也在逐步向高性能方向发展，并逐渐应用于工程实践。据行业发展预测，未来一百到两百年内，建筑工程使用的主要材料仍然是混凝土。从长期发展而言，混凝土材料具有很强的耐久性和稳定性。但就目前的建筑态势来看，先前建造的一批建筑已经出现了一些问题，许多工程已逐步呈现老化状态，维修更新会产生很高费用，严重影响人们的正常生活。如何解决混凝土的脆性问题，提高其耐久性，就成了目前人们思考的主要问题。因此，人们开始集中精力研究和开发能达到100年甚至200~300年使用寿命的高性能混凝土，希望能改变目前社会发展的现状[2]。

随着近年来我国建筑工程行业的不断进步，混凝土材料已经成为了建筑工程中最基本的原材料，只有确保其良好的高性能与优良的品质，才会有效保障整个建筑工程的施工质量。但旧型混凝土建筑材料具有消耗砂石等原材料大、环境污染严重等缺陷，使用新型绿色、高性能的建筑材料能够提高建筑的使用周期，有效减少对自然环境的破坏。结合现代高新技术，本文就推动建筑业发展的绿色高性能混凝土材料的概念和具体应用作出分析，并就绿色高性能混凝土材料的发展进行深入研究。

　　一、绿色高性能混凝土概述

　　（一）绿色高性能混凝土材料的含义

绿色高性能混凝土由于其具有普通混凝土特点，对于环境的影响相对较小，是一种耐久性好，强度高的新型建筑材料。由于这种绿色、高性能的混凝土产品具有良好的市场发展空间，它不但能大幅度地降低其在拆卸维修的过程中对于环境造成污染的危害可能性，而且在生产工艺上更加细致，能有效地适应和满足整个建筑的需求，还可以取得一定的经济节能效益。在实际的应用中还可以尽量减少繁杂的生产工序和操作步骤，避免对自然资源的消耗和浪费，逐步地实现整个建筑产品行业的自然资源可持续利用。

　　（二）绿色高性能混凝土材料的种类

建筑工程中使用的绿色高性能混凝土原材料的实际应用范围日益广泛，但是绿色高性能混凝土的品种很多，主要有三种：

一是以工业废渣为原材料加工而成的新型绿色混凝土原材料，以工业废渣为原材料代替配制的水泥混凝土，减少对水泥和自然资源的消耗，同时对水泥废渣的合理再利用可以大大地减少工业废渣，也可以促使整个建筑工程质量优良的混凝土形成本价格可以大幅下降[1]。

二是采用可再生骨料搭配的混凝土，将砂浆和骨料按照绿色骨料的比例进行混合，可以大大降低资源的损失和浪费。

三是采用环境保护材料来搭配混凝土，不仅使其可以覆盖老式混凝土，还具有良好的功能和特点，还可美化环境。

　　（三）绿色高性能混凝土材料的特征

绿色高性能的混凝土的主要用途在于减少和提高建筑工程对自然环境的危害，促进我国绿色文明和社会经济的繁荣与发展，其中绿色高性能的混凝土原材料应该具有极强的施工安全性和耐久性，并且符合当前现代建筑业的发展需求[3]。

其主要特征有以下几点：

（1）可以把优质建筑在绿色工业生产中全部使用完毕后所可能产生的大量建筑废料直接通过加工压制成优质的新型绿色这种高性能优质混凝土，提高了建筑资源的综合利用率，减少了对自然环境的直接污染和自然破坏。

（2）同时这种新型绿色优质高性能的优质混凝土建筑材料还可以具有良好的使用耐久性，可以有效延长整个绿色建筑物的正常使用寿命和安全度，满足了现代人们对于各种经济舒适的生活需求。

（3）与其他各种传统的优质混凝土建筑材料产品相比，绿色高性能的优质混凝土建筑材料不仅可以使其拥有一种更好的天然性和交融性，最大限度更好地有效减轻了绿色建筑工程在自然环境中所可能产生的不良影响，符合了当前我国XX促进发展绿色建筑经济社会发展的政策思想。

　　二、绿色高性能混凝土的性能研究

由于混凝土自身或外部的一些环境因素，使混凝土的微观结构发生变化，造成混凝土开裂甚至受到破坏，从而严重影响到混凝土的质量和性能。要实现绿色高性能可以通过配合剂优化混凝土配合比及外加的内料来实现此目标，并且通过添加剂可以改善其内部结构来提高它们的耐久性及其工作稳定。

　　（一）高耐久性

绿色高性能混凝土的结构决定了它的高耐久性，它包含抗渗、抗冻、抗腐蚀、抗碳化等诸多方面的内容。因而能有效地抵抗机械破坏，如淡水溶蚀、冻融循环和钢筋锈蚀等。

(1)抗渗性。选择合适的级别组合和水胶比，进行充分的振捣和养护，并在其中掺加一定量的引气剂，可以达到绿色、高性能混凝土的防水和抗渗特点。实验结果表明，当w/c大于0.55时，防水渗透性能相对较差：当w/c小于0.50时，防水渗透性能更佳；此外，引气剂还能够使微小的气泡切断混凝土中毛细孔路，应控制其含气量为3%~5%，若其含气量太高，超过6%，则导致混凝土的强度反而降低[6]。

(2)抗冻性。是指混凝土在水饱和状态下，经过多次冷却和冻融的循环之后，仍能保持自能力。提高混凝土抗冻性的关键是减少混凝土中的空隙量，这种方法不仅能提高混凝土的强度，还能起到冻融循环的作用，可以减少混凝土内部的水分含量，从而减少混凝土的破坏。通过降低绿色高强混凝土的水胶比和孔隙率，添加4%~5%的引气剂时，能够达到绿色高强混凝土的高抗冻性能[8]。

　　（二）免振自密实

绿色材料混凝土的材料流动性高，可以自由地上下流动，充填任何模具，无任何的分离析开裂现象，成型后的绿色材料整体质量良好，表面光滑而且无任何细小裂缝，基本完全杜绝了任何蜂窝和芝麻面的开裂现象[9]。普通混凝土的浇筑需要人工振捣，而绿色高性能的混凝土不仅不需要人工振捣和浇筑，解决钢筋间距太大而且不能直接插入钢筋的问题，同时也使某些形体复杂的结构、薄壁或者是大体积的混凝土结构在施工过程中得到有效地解决，此外，对一些具有特殊要求的混凝土施工难题，如高、深施工和水下施工等也得到有效解决。与此同时，它对消除噪声，加快施工速度，保证工程质量也有很大的帮助。

　　（三）工作性能

环保优质高性能混凝土既具有良好的运输和工作性能，良好的流动性和防渗保水性，使得混凝土在钢筋运输、浇筑的过程中都不会因为塌落度小而对钢筋造成不便，可否在不经钢筋振捣的条件下自动流平或填充，这样既可以有效地解决由于钢筋间距太紧导致的振捣棒无法直接插入到钢筋上等作业问题，又可以大幅度地加快钢筋的施工速度，减轻了振捣带来的噪声，广泛地应用于各种高层建筑的施工。同时采用绿色高性能的混凝土具有很好的强度和体积稳定性，在硬化后很少发生开裂，收缩小、变形小，结构紧实细密，不会产生蜂窝状变形。同时也特别适合于一些专业具有特殊施工技术质量要求的钢筋混凝土基础工程，如浅水型基坑的基底施工或水下养护作业，既有效地充分保证了整个建筑物的整体结构和劳动强度，又大大地有效减少了对周围环境的自然破坏，达到了广义的“绿色”要求。

　　三、绿色高性能混凝土的发展现状及应用

　　（一）绿色高性能混凝土的现状及应用分析

绿色高性能混凝土既具有效地节约资源、能耗再利用、又可以提高水泥、砼的凝结剂使用率等诸多优点，同时还可以极大地增强钢筋混凝土的抗震耐久性，又可以极大地减少对环境的破坏和空气污染。根据当前我国绿色高性能混凝土的应用发展情况和现状，目前我国XX和相关部门己经开始引起高度重视使用绿色混凝土，并将其推动我国发展成为目前全球绿色高性能混凝土生产技术先进的大国，在此表明，国家已经把绿色混凝土的应用领域确立为重要的战略导向。此外，国内学者还针对绿色混凝土的技术问题进行了一系列重点课题的探索与研究，而国内重庆大学的蒲心诚教授正是在用普通的生产工艺原理和材料继续对于绿色混凝土技术进行深入研究，也就是有很多学者针对于绿色混凝土的生产工艺性能问题进行了深入的理论分析与研究开发，最终使得绿色混凝土的生产工艺性能和其技术获得了较好发展。

　　（二）再生骨料混凝土的现状及应用分析

把废弃的混凝土板块、瓷砖、砂浆等作为骨料，再次加入其他水泥砂浆进行搅拌而制成的新型混凝土。它彻底打破了我国传统建筑工程管理模式的技术局限，实现了工业废弃物的重复利用。据国内外有关资料调查，全球范围内，每年由于世界各地区范围内的废旧钢筋混凝土和高层建筑工程施工中产生的各种废弃钢筋混凝土和高层建筑材料的试件均会产生大量的建筑垃圾，外加钢筋混凝土和高层建筑结构具有一定的年限和利用范围的限制，因此，当这些被遗弃的建筑材料遭到严重破坏时，将这些被遗弃的建筑材料再次加以回收和利用，通过特殊的施工工艺来研究和制作可筑物材料，促进生态环境的可持续发展。

　　（三）环保型凝土的透水凝土现状及应用分析

与其他传统的混凝土相比，透水砼的最主要特点之一就是具有很强的渗透力和防水性。而且渗透砼这类物质在我的日常生活中也可以说是最为常见的，如街道、广场、建筑工地等。透水砼的出现使得我们可以有效增加整个城市的透气力，因为它既可以对整个城市中室内空气温度与湿度都进行有效的控制与调节，而且在建筑施工中的应用价值也很大。例如，施工的场地一般使用的所需建筑材料主要有骨料、石材、水泥、水、透水凝土等,将这几种材料进行混合后，可以大大增加砼的黏性，而透水凝土还能够保持30%的透水率，其中的抗压强度甚至达到了普通砼的3倍。因此，在建筑施工中采用透水性砼的方法既可以明显改善水泥的质量，又能够很好地发挥透水砼的实用性与稳定作用。

　　（四）机敏型混凝土的现状及应用分析

机敏混凝土最大的特点是具有预见性和修复性，而我国在这一领域的发展和研究还处于起步阶段，目前还没有大规模应用。国内目前主要应用于大型的土木设施，以及桥梁、地震、台风等自然灾害的评估等领域，这对于保护我们的人民群众生命财产安全和健康有着非常重要的作用和意义，敏感型钢筋混凝土的应用发展方向主要是在一些对室内环境温湿性有较高标准要求的建筑中，如图书馆、博物院等，尤其像某些极其珍贵的图书收藏，需要适宜的温度才能实现。保证了这些文化遗址不受温度和空气湿度侵蚀，机敏混凝土也将成为我国今后主要的研究应用方向之一。

　四、绿色高性能混凝土的应用研究

　　（一）应用条件分析

绿色高性能混凝土应在我国当前得到发展和应用，其中以植被混凝土、高耐久性混凝土、自密实混凝土为主。植物性混凝土的应用，在我国荒漠化程度较高的地区，可以提高其防风固沙能力，有效地制止水土流失，其基本原理是：采用特殊的混凝土配合，既可以满足植物正常生长的需要，又可以通过化学技术的应用，为植物提供良好的生存空间。植物油混凝土的主要成分是植物、土壤、肥料和保水材料等，一般用于城市绿化工程中，可以提升城市环境的整体美感，美化城市。渗透混凝土的主要特点是具有高的渗透性能，其内部有较多的连通孔隙，并能降低噪声，更好的调节城市内部环境，多数用于城市的行人通道。依据工程需要选择合适的混凝土施工材料，能够较好地实现建筑物的协调统一，符合我国建筑规范的要求，是构建和谐城市环境的基础。日本明石海峡大桥(悬索桥)是工程上比较典型的应用实例，它采用自密实混凝土锚固硫化。在施工现场旁边的搅拌站进行搅拌混凝土，然后由管道泵送到距搅拌站200米处的浇注场，由等间距的阀门控制浇注场的输出量[3]。

该工程采用自密实混凝土，粗集料最大粒径为40mm，落差为3m，虽然粗集料的粒径较大，但不存在分离现象。试验结果表明，采用自密实钢筋混凝土后，锚固硫材料施工时间从2.5年左右缩短为2年，施工周期降低20%。

目前，我国绿色高性能混凝土技术已随着时代的发展在工程实践中得到广泛应用，其主要特点是水泥用量少，水胶比低，同时还掺加了大量的掺合料。如国家游泳馆项目，整个工程造价超过1亿美元，主楼采用C40级混凝土梁体结构，梁板部分采用C30级混凝土，支撑结构采用C50级混凝土。其中，8根浇注预应力混凝土梁由于体积大，水泥含量高时，其水化热反应大，容易发生严重的收缩和温度变化，从而产生开裂问题。

　　（二）工程应用

1、在道路工程中的应用

绿色高性能的混凝土不但要求其必须具有较高的工作效果和性能，而且必须在其耐久性、资源再生利用率、施工经济性等各个环节均能够完全满足工程建设的需求。在现代化的桥梁工程中，绿色高性能的混凝土必须具有更高的早期强度、力学性能和更大的体积稳定性，能够使桥梁在恶劣的环境下也能确保足够的使用寿命。在当今社会经济现代化的道路工程中，绿色高性能混凝土因具有较高的早期强度、力学性能和体积的稳定性，可以广泛应用来减少和消除对路基地质或者是自然病害造成的影响。另外，对于道路工程而言，时常发生路基下沉问题，并且道路外露与表面，通过长期风吹、日晒、雨淋等影响，乃至在受到车辆冲击、损耗的影响，令路基混凝土性能产生转变。高性能混凝土除却具备较大的强度、体积稳定性良好、承载力较高且耐久性较强的特征，还具备有利的施工操作优势，且对于道路工程而言，运用高性能混凝土可以良好免除路基下沉问题，确保路面品质及安全。

2、在护坡工程中的应用

由于我国传统护坡工程中的防护层技术大都是采用被动式防护，堤体和其他环境之间均处于物质和外界能量相互隔离的状态，变形和协调性较弱，抗震、耐久性能不高，施工过程时需要铺装反滤层，工序繁琐。以绿色高性能混凝土护坡工程为主要载体，大量相互连通的水隙可使自然水、空气等都有能够自由地进出，起到了净化水质、协调动物链的作用。混凝土具有凝固快、保水性好、强度高、耐久性好等特点，能在一定程度上防止坡面滑坡，减轻混凝土对环境的破坏[7]。

　　五、绿色高性能混凝土的发展前景

尽管我国绿色高性能混凝土在工程中对于原材料、掺和物、助剂等选用技术要求很严格，安全再生技术优于一般的混凝土，但从长期来看，绿色高性能混凝土对于工业技术研究与应用仍任重道远。针对于我国的绿色高性能混凝土在建筑中的工程实际应用，建议：

(1)研究开发新型复合材料，使其具有多种性能。如：粘结剂与外加剂复合，可同时发挥粘结剂与外加剂的双重作用；无机与有机物复合，可提高有机纤维对结构的抗拉性；重金属矿物与辐射复合，可提高复合性能[5]

(2)制备适合植物生长的低碱混凝土。由于我国低碱水泥储量较少，在生态环境下大多采用硅酸盐混凝土来抑制其正常生长，而目前硅酸盐水泥还处在碱性环境中，不利于植物的正常生长。所以对低碱混凝土的研究还有待进一步深入。

随着现代人类生活方式对于环境的认识越来越多，环境的污染与自然资源利用和开采之间矛盾日益凸显，严重威胁到了社会经济发展及其带给人们健康的生存环境，如何研究和开发一种绿色、环保的材料正在逐渐成为我们实现其可持续发展的目标之一。

目前，我国建筑工程领域对材料的耐久性和稳定性要求越来越高。绿色建筑和高性能混凝土材料在建筑领域得到广泛应用，已逐渐成为必然趋势。绿色建筑和高性能混凝土材料是整个建筑领域的基础材料，能够充分满足现代人对环境保护的需求，对促进我国建筑业的健康发展和环境保护也具有十分重要的意义[10]。高科技与绿色材料紧密结合，在当今绿色发展理念的指导下，有效地推动了我国社会经济的健康稳定增长。绿色高性能混凝土材料在节能、环保、材料等方面显示出良好的发展前景，体现了我国科学发展观的未来方向。

　　总结

综上所述，绿色混凝土和传统混凝土相比，它具有更加稳定的性能，且在制作过程中也可以把工业废弃物当成原材料进行二次利用，减少资源消耗、环境污染等情况。可以说绿色混凝土是保障我国建筑行业稳定发展的重要推动力，XX及相关机构都要在绿色混凝土技术上加强开发和研究，也要对所存在的问题进行及时的解决。除此之外，绿色混凝土的应用范围也应该继续扩大，因为它可以改善人们负面的生活环境、提高工程质量，它的研究和发展必将会成为整个建筑行业重要的推动力。

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　　致谢

行文至此，我的几年大学生活也即将结束，从怀揣着对大学美好生活的向往，那时候刚高中毕业的懵懵懂懂样子，到即将步入社会、体验人间百味、更成熟一点的青年；从2018秋季，到2022盛夏，几年种种，皆于眼前、于脑海中呈现。又一年夏，蝉鸣的季节，又是一年说分别、说再见的时候，纵有千般不舍与留恋，也该与过去告别，迈向新的开始。

感谢往昔，所经历的一切。

于人，在这几年中，我遇到了各种各样的人，有热心帮助的朋友；有分享技术竞赛的朋友；有分享快乐与倾诉的朋友；有乐于互相比拼共同努力的朋友。回忆起，有苦涩，也有快色。当然，还有我的家人们，从刚开始把我送入大学的不舍与挂念，到之后对我的逐渐理解虽途中总有争吵，但让我们更能够交流彼此之间的想法，更能够互相体谅彼此，也已足够。

于事，在这几年中，我总是不断的尝试和挑战，从最初加入的志愿者团队一呆就是两年，到后来与朋友们组织参加的竞赛；从最初对于专业的硬件嵌入式方向，到后来更感兴趣的数据分析与挖掘方向；从最初尝试的弹吉他、手工的制作、摄影，到后来对于每一事物的热爱，总能不经意间发现些不起眼的小美好，那也足矣。

一路走来，千言万语于口中，说不尽道不明。最后，再次感谢遇到的所有人，以及一些在我失意时鼓励我的朋友们，惟愿平安喜乐，万事顺意，我们终会再相遇。