绿色混凝土
混凝土的发展方向
中国自改革开放以来，国家建设日新月异，取得了举世瞩目的成就。

但经济高速发展是一把双刃剑，我们为经济发展而欢呼的同时，也要看到它所带来的一系列问题。

资源短缺与环境污染日益成为制约我国经济发展的瓶颈。

水泥工业亦是如此：水泥生产过程中资源和能源消耗量大,对环境的污染严重。

我国是世界水泥生产第一大国,每年排出CO2近4亿t、SO260万t、NOx100万t、粉尘2000万t左右，严重的破坏了生态环境。

进入21世纪以来，国家政府提出坚持科学发展观，构建和谐社会。

为了实现水泥工业的可持续发展, 许多学者做了大量的科学研究：
为了实现城市垃圾的再次利用，有学者对生态混凝土进行了研究，并认为是以后混凝土的发展方向。

冯乃谦教授指出生态水泥(Eco-cement)是以生态环境(Ecology)与水泥(Cement)的合成语而命名的，它是一种新型的波特兰水泥。

这种水泥以城市垃圾烧却灰和下水道污泥为主要原料，经过处理、配料，并通过严格的生产管理而制成的工业制品，从而把生活垃圾和工业废弃物变成了一种有用的建设资源。

再生利用是生态水泥的特征。

为了更好的处理废弃混凝土，实现混凝土的循环利用。

有学者提出了再生混凝土的概念：再生混凝土是将废弃混凝土经过清洗、破碎、分级和按一定比例相互配合后得到的“再生骨料”作为部分或全部骨料配制的混凝土。

随着经济的发展，人们的环保意识逐渐增强。

环境混凝土、环保型混凝土等概念先后出现。

吴中伟院士提出绿色高性能混凝土是混凝土（GHPC）的发展方向。

国外学者Aitcin提出21世纪水泥工业应改名为水硬性胶凝材料工业，他预言21世纪的混凝土发展方向是绿色高性能混凝土。

绿色混凝土的基本概念
世界环境组织提出广义“绿色”概念，其三大含义为：节约资源、能源；不破坏环境，更应有利于环境；可持续发展，既可满足当代人的需求，又不危害后代人满足其需要的能力。

最早提出绿色高性能混凝土概念的是吴中伟院士，他指出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。

GHPC是混凝土的发展方向，以后混凝土都应成为GHPC，亦即都将是绿色混凝土。

同济大学孙振平等学者提出符合以下条件的HPC才真正能称得上是GHPC：
所使用的水泥必须为绿色水泥(简称GC)；砂石料的开采应以十分有序且不过分破坏环境为前提；最大限量地节约水泥用量，从而减少水泥生产中的“副产品”—－CO2,SO2和NO x等气体，以保护环境；更多地掺加经加工处理的工农业废渣，如磨细矿渣、优质粉煤灰、硅灰和稻壳灰等作为活性掺合料，以节约水泥，保护环境，并改善混凝土耐久性；大量应用以工业废液，尤其是黑色纸浆废液为原料改性制造的减水剂，以及在此基础上研制的其它复合外加剂，帮助其它工业消化处理难以处治的液体排放物；集中搅拌混凝土，消除现场搅拌混凝土所产生的废料、粉尘和废水,并加强对废料、废水的循环使用；发挥HPC的优势，通过提高强度，减小结构截面积或结构体体积，减少混凝土用量，从而节约水泥和砂、石的用量；通过改善施工性来减小浇筑密实能耗，降低噪音；通过大幅度提高混凝土耐久性，延长结构物的使用寿命，进一步节约维修和重建费用，减少对自然资源无节制的使用；对大量拆除废弃的混凝土进行循环利用，发展再生混凝土。

绿色高性能混凝土的优越性能
绿色高性能混凝土作为21世纪混凝土的发展方向具有以下优异性能：
（1）免振自密实
日本学者认为，为了提高混凝土结构物的可靠性，不受混凝土浇注时施工工艺的影响，必须发展免振自密实混凝土。

这种混凝土在施工浇注时不仅节省人力，而且不需要振动成型，既解决了过密配筋、薄壁、复杂形体、大体积混凝土施工的问题，又解决了高、深施工、水下施工等特殊要求混凝土浇注技术难题，同时消除了噪音，提高了施工速度和质量。

免振自密实GHPC拌合物具有很高的流动性，可以自流平而充满模型，并且不泌水、不离析，成型后质量均匀，不会产生普通混凝土那样由于振捣不当而造成的蜂窝、麻面和内部空洞等质量缺陷。

（2）优良的工作性
GHPC因其原材料颗粒级配良好，加水量适宜，配合比合理，使用了高效外加剂(减水率高达20%-30%)，掺加了足够量矿物细掺料(如粉煤灰等)来改善粒子级配，从而具有以下的优良性能：良好的流动性，有利于输送和播料(以坍落度计可高到20cm以上)；良好的充填性，能填充密布的钢筋间隙和模板的角隅；良好的黏聚性，各组分不分离、不泌水，并能粘裹钢筋和预埋件。

（3）高耐久性
GHPC的结构决定了其高耐久性，能有效地抵抗如下因素引起的破坏力：冻融循环作用、钢筋锈蚀作用、碳酸盐化的作用、淡水溶蚀作用、盐类侵蚀作用、碱集料反应、酸碱腐蚀作用、冲击，磨损等机械破坏作用等。

（4）体积稳定性
保证大体积混凝土稳定性的关键因素是具有高的弹性模量，低的干缩、徐变与温度变形。

用天然材料虽然不难生产出强度60－100Mpa的混凝土，但弹性模量不能与强度成比例增加。

常规混凝土的弹性模量是20－25GPa，而采用适宜材料与配合比的GHPC弹性模量可以达到40－45 GPa。

一般混凝土的徐变与干缩变形常高达0. 08%，而GHPC通过降低混凝土中水泥浆的含量，采用高弹性模量、高强度粗骨料以及合理的配合比，可使混凝土干缩值低于0. 04%。

（5）长久的使用寿命
据清华大学赵铁军、童良等学者的研究成果显示，GHPC可保证下列安全使用期(以混凝土材质变化为主要因素)：
正常环境中：200年；重要建筑物在不利环境中：100年(英国海港―油田平台、明石大桥)；特殊用途：300年(法国核废料贮罐设计)；钢筋混凝土预期可能：500年(日本正在研究中，完全可能)。

（6）显著的经济效益、环保效益、社会效益
更多地节约熟料水泥,减少环境污染
更多地掺加以工业废渣为主的活性细掺料
更多地掺加以工业废渣为主的活性细掺料对改善环境，节约土地与石灰石资源，节约能源，效果十分明显。

更大地发挥高性能优势,减少水泥和混凝土的用量
利用HPC的高强早强来减小截面，降低自重，节省模板与工时，在高层建筑与大跨桥梁中已收到很大效益；减少材料生产与运输能耗，保证和延长安全使用期，经济效益更大；减少水泥与混凝土的用量是从根本上减少环境负担。

绿色混凝土的实现途径
发展绿色水泥应采取的几个措施：
为尽快使我国水泥生产迈上“绿色化”轨道,应从以下几个方面着手:
1开源节流
降低水泥用量, 进一步开拓原材料资源，加大原材料资源地质勘探工作的力度，摸清原
料资源的储量、品位和分布情况，与此同时，还要研究开发除石灰石和粘土以外的其它钙质和硅质原料，使用海砂、再生骨料等多种代用骨料，保护自然资源。

2减少能耗
采取一切技术措施，尽可能节约水泥生产中的能耗。

目前我国每生产1 t水泥熟料平均约消耗152 kg标准煤，而世界先进水平为105 kg。

如果我国的节能技术提高到世界先进水平，按年产3亿t水泥熟料计算，则每年仅水泥生产中就可节约标准煤1310万t。

实现这一目标,必须创建新型干法生产线，提高煤炭利用效率并完善现有的粉磨设备。

3.加大对其它工农业排放废物循环利用的力度
用可燃废物作燃料
在垃圾焚烧厂焚烧工业垃圾不仅污染环境，而且浪费了热能，如果将可燃垃圾用作水泥熟料的有效燃料，将十分有益。

将活性硅含量较高的废渣用作混合材
可作为水泥混合材的工农业固体废物除了熟知的粒化高炉矿渣、粉煤灰、硅灰和稻壳灰外，还有其它如磷渣、电石渣和钢渣等，石灰石、沸石和烧粘土等也常被用作掺合料。

.更严格地限制粉尘的排放
我国目前水泥工业控制粉尘排放量的水平还相当低，只相当于发达国家五六十年代的水平，情况十分令人担忧。

应尽快加装有效的吸尘设备并加强操作管理，将粉尘排放量降低到50 mg/m3以下甚至接近于零。

大力推广散装水泥
散装水泥避免使用包装纸袋或塑料袋，防止了水泥袋拆用后造成的废弃物对环境的二次污染；采用散装水泥同时也为混凝土生产中采用机械化自动上料、自动称量、减少浪费和污染提供了一定保证。

使用绿色混凝土外加剂，防止室内环境污染，保护人体健康
提高混凝土结构的安全使用寿命，减少因修补或拆除旧混凝土结构物造成的浪费
大力推广预拌混凝土，减少环境污染
因此，水泥生产企业应尽快转化观念，在现存立窑的基础上加快窑体改型，从燃料、收尘、工业废渣利用、废气循环利用等几个方面找突破口，生产出绿色含量高、品种齐全、质量上乘的水泥，这是对GHPC在原材料方面的重要保证之一。

绿色高性能混凝土的发展过程中，还存在着这样或者那样的问题需要我们解决。

我们必须有正确的科学思想来指导，不断进行科技创新，实践、积累、再创新,并不断取得实效。

宏观的环境性能与粗观的物理力学性能以及应用中取得的各种功能，都已证明GHPC必须加速发展,它是水泥基材料的未来。

亚微观微观研究将为GHPC的发展与提高提供依据。

目前亚微观与微观研究，己为HPC的高性能提供了科学解释。

水泥基材料科学研究是整体论与分解论的结合。

我们需要认真采用整体论与还原论综合集成的正确科学思维方式，迅速提高水泥基材料科学与工程的科技水平。