混凝土的綠色化

摘要:闡述了混凝土與環(huán)境之間的關(guān)系,說(shuō)明了混凝土綠色化的必然性,提出了綠色化的途徑,最終期望加快實(shí)現(xiàn)混凝土的綠色化,達(dá)到混凝土的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞:混凝土; 環(huán)境影響; 綠色化

中圖分類(lèi)號(hào): TU528. 1　　

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A　　

文章編號(hào): 1006 - 7329 (2006) 05 - 0129 - 03

　　21世紀(jì)是一個(gè)可持續(xù)發(fā)展的時(shí)代,節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境是時(shí)代的主題。隨著人口的增長(zhǎng)和人類(lèi)物質(zhì)活動(dòng)規(guī)模的增大已引起了全球性的環(huán)境危機(jī)。今后人類(lèi)將面臨溫室效應(yīng)、酸雨、臭氧層破壞、氣候異常、土地荒漠化、土壤衰竭等嚴(yán)重影響人類(lèi)生存的環(huán)境。對(duì)材料科學(xué)者來(lái)說(shuō),有效地利用有限的資源,減少材料對(duì)環(huán)境的負(fù)荷,在材料的生產(chǎn)、使用和廢棄過(guò)程中保持資源平衡,是一項(xiàng)義不容辭的責(zé)任。然而混凝土作為當(dāng)前最大宗的人造材料,其生產(chǎn)消耗大量的資源和能源,污染環(huán)境,更應(yīng)加強(qiáng)對(duì)混凝土的綠色化?；炷恋木G色化就是指混凝土在生產(chǎn)過(guò)程和應(yīng)用過(guò)程的綠色化,既在保證混凝土性能的前提下,減少水泥用量;大量利用優(yōu)質(zhì)的工業(yè)廢渣、再生骨料和代用骨料,減少自然資源和能源的消耗;提高混凝土安全使用壽命,減少因修補(bǔ)或拆除造成的浪費(fèi)和二次污染;大力推廣預(yù)拌混凝土,減少環(huán)境污染。

1　混凝土與環(huán)境

1. 1　混凝土對(duì)地球環(huán)境的影響

　　混凝土對(duì)環(huán)境的影響應(yīng)從前期影響、生產(chǎn)過(guò)程影響和后期影響三個(gè)方面考慮。前期影響是指混凝土原材料對(duì)環(huán)境的影響。作為混凝土原材料之一的水泥膠凝材料是影響環(huán)境的主要因素,每生產(chǎn)1 t普通硅酸鹽水泥要排放1 tCO2、0. 74 kgSO2 和130 kg粉塵^{[ 4 ]} 。據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)CO2 排放量1998年為3. 9億t, 2002年為5. 5億t; SO2 排放量1997年86萬(wàn)t, 2002年68. 6萬(wàn)t;氮氧化物排放量1997年44～62萬(wàn)t;煙塵和粉塵排放量1997年全國(guó)水泥企業(yè)煙塵加粉塵總排放量約690～750萬(wàn)t,占全國(guó)工業(yè)企業(yè)煙塵加粉塵總排放量的24. 9%～27. 1% , 1998年約1 000萬(wàn)t,占全國(guó)工業(yè)粉塵排放量的78%[ 1 ] 。CO2 和SO2 排放量加劇了溫室效應(yīng)和酸雨的產(chǎn)生,嚴(yán)重的污染了大氣環(huán)境。作為骨料的砂石,全世界每年的混凝土使用量約為20億m3 ,按每生產(chǎn)1 t混凝土大約需要1 700～2 000 kg砂石骨料計(jì)算,則消耗砂石骨料約為34～40億t。導(dǎo)致耕地和森林的毀壞,嚴(yán)重破壞生態(tài)平衡。生產(chǎn)過(guò)程影響是指混凝土從加水?dāng)嚢璧綕沧⒊尚瓦^(guò)程中的影響。目前全國(guó)大部分城市已經(jīng)采用了預(yù)拌混凝土,但是還有相當(dāng)一部分城市仍然應(yīng)用傳統(tǒng)混凝土現(xiàn)場(chǎng)攪拌工藝。混凝土在攪拌過(guò)程中產(chǎn)生很大的噪聲和粉塵污染,影響周遍居住環(huán)境,產(chǎn)生噪音和粉塵污染。后期影響是指混凝土結(jié)構(gòu)體拆除后對(duì)環(huán)境的影響。隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的加大,每年有大量的建筑垃圾被堆棄,對(duì)環(huán)境造成極大的污染和負(fù)荷,尤其混凝土作為建筑材料中的一大宗材料占有一定的比重。這些混凝土建筑垃圾的堆棄,占用了大量耕地,破壞了生態(tài)環(huán)境。

1. 2　地球環(huán)境對(duì)混凝土的影響

　　目前地球大氣的環(huán)境問(wèn)題主要有大氣中CO2 濃度的增長(zhǎng)、氟里昂氣體引起的臭氧層破壞以及大氣污染引起的酸雨等。其中,大氣中CO2 濃度的增加會(huì)造成氣溫上升,加速混凝土的碳化過(guò)程。從而影響混凝土構(gòu)件的耐久性,縮短建筑物的壽命。

1. 3　混凝土對(duì)人類(lèi)居住環(huán)境的影響

　　隨著外加劑在住宅和公共建筑物工程中廣泛應(yīng)用。混凝土中有一些對(duì)人體有害的組分逐漸釋放出來(lái),加之現(xiàn)代建筑物的密閉化,造成室內(nèi)空氣污染問(wèn)題日益突出。特別是冬季施工的防凍劑散發(fā)出的氨氣,已經(jīng)受到社會(huì)各界的普遍關(guān)注。防凍劑產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)使得在寒冷氣候下的混凝土冬季施工不必暫停,由此給建筑業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。早期的防凍劑多以氯化鈉為主,在人們意識(shí)到氯離子對(duì)鋼筋的銹蝕作用后,開(kāi)始以尿素作為防凍劑的有效成分。尿素在混凝土中水解,生成氨氣和二氧化碳,氨氣的揮發(fā)造成了建筑物室內(nèi)的空氣污染。由防凍劑中尿素引起的混凝土中氨氣的釋放是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程,如果沒(méi)有有效的治理措施,氨的污染將伴隨這類(lèi)建筑物的使用者十幾年甚至幾十年^{[ 1 ]} 。所以要注意混凝土對(duì)人類(lèi)居住環(huán)境的影響。

2　混凝土綠色化的必然性

2. 1　環(huán)境污染的必然性

　　2. 1. 1　酸雨問(wèn)題　酸雨是指pH值小于5. 6的降水,是排入大氣中的二氧化碳、二氧化硫,特別是二氧化硫,遇氧氣和水蒸氣,而形成酸。酸雨可導(dǎo)致人和動(dòng)植物傷亡、土壤水體酸化、混凝土結(jié)構(gòu)破壞。

　　2. 1. 2　溫室效應(yīng)和全球變暖　空氣中含有CO2 ,其含量為0. 03%。但近些年,大氣中CO2 含量逐年增加,年增長(zhǎng)率約0. 4%,他好象一層日益加厚的透明薄膜。太陽(yáng)短波輻射可以透過(guò)大氣層射入地面,而地面增溫以后所放出的熱輻射,卻被大氣中的CO2 等氣體所抑制和吸收,難以逸出高空,使大氣增溫,日積月累,全球氣候變暖,猶如花房效應(yīng)一樣,故稱(chēng)為溫室效應(yīng)^{[ 2 ]} 。其危害表現(xiàn)為:第一、氣候變暖,冰川冰帽和極地凍土消融,海平面上升,沿海的一些城市、城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村有可能被淹沒(méi)。第二、森林濕地和極地凍土的破壞,會(huì)導(dǎo)致__生存在其中的許多動(dòng)物加速滅絕。第三、氣候變化會(huì)影響糧食生產(chǎn)。

　　從以上幾個(gè)方面可以看出,作為混凝土膠凝材料的水泥生產(chǎn),產(chǎn)生大量的CO2、SO2 氣體嚴(yán)重的污染大氣環(huán)境,如果不加以解決,造成的環(huán)境負(fù)荷問(wèn)題將是災(zāi)難性的。

2. 2　資源和能源消耗的必然性

　　混凝土材料所使用的主要礦產(chǎn)資源包括:粘土、石灰石、石膏(前三者用于水泥生產(chǎn)) 、砂、石、水。具有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)我國(guó)2003年水泥產(chǎn)量已達(dá)8. 63億t。假設(shè)全部應(yīng)用到混凝土中,水泥以每立方米用量260 kg計(jì),則混凝土方量達(dá)到33億m3。若以每立方米混凝土中水泥∶水∶砂石= 12∶7∶80 (質(zhì)量比)計(jì),則用水量達(dá)5. 03億t,砂石材料57. 53億t。混凝土生產(chǎn)過(guò)程中使用的主要能源在于混凝土攪拌、運(yùn)輸、泵送、震動(dòng)等方面需要使用一些機(jī)械設(shè)備,這些機(jī)械設(shè)備需要消耗大量的電能,以及北方一些地區(qū)混凝土在冬季施工采用保溫措施所消耗的熱能。因此,對(duì)于水資源并不豐富,砂石材料在很多地方都出現(xiàn)緊缺的情況下,節(jié)約資源和能源問(wèn)題就顯得特別突出。

3　混凝土的綠色化途徑

　　3. 1　降低水泥用量,大量利用工業(yè)廢渣,減少資源和能源的消耗近年來(lái),我國(guó)水泥產(chǎn)量增長(zhǎng)速度十分驚人。2003年我國(guó)水泥的產(chǎn)量達(dá)到8. 63億t,到2010年預(yù)計(jì)水泥產(chǎn)量將增至10億t。1 t水泥,消耗石灰石0. 98 t,粘土0. 18 t,標(biāo)準(zhǔn)煤0. 15 t,電110 度[ 5 ] 。按此計(jì)算,我國(guó)2003年消耗石灰石8. 46億t,粘土1. 55億t,標(biāo)準(zhǔn)煤129億t,電949. 3億度。到2010年預(yù)計(jì)將消耗石灰石98億t,粘土18億t,標(biāo)準(zhǔn)煤15億t,電1 100億度,其資源和能源消耗可想而知。然而工業(yè)廢渣的利用在建筑業(yè)占主導(dǎo)作用,如:粉煤灰、高爐礦渣、固硫渣等工業(yè)廢渣具有潛在的火山灰活性和物理特性。如果把這些工業(yè)廢渣大量的應(yīng)用到水泥混凝土中代替一部分水泥,是一項(xiàng)可以在很大程度上減少資源和能源消耗的有效途徑。

　　由此可以看出降低水泥用量,大量利用工業(yè)廢渣,將大大減少由于混凝土越來(lái)越大需求帶來(lái)的資源和能源的消耗,利于環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展。

3. 2　使用海砂、再生骨料等多種代用骨料,保護(hù)自然資源

　　地球上的資源是有限的,許多資源是不可以再生的。工程建設(shè)是消耗資源和能源最大的活動(dòng),全世界每年混凝土用量達(dá)到20億m3 ,大量材料的生產(chǎn)和使用,消耗大量資源和能源。用海砂取代山砂和河砂作混凝土的細(xì)骨料,是解決混凝土細(xì)骨料資源問(wèn)題的有效辦法。

　　全國(guó)每年從舊建筑物上拆下來(lái)的建筑垃圾的廢混凝土就有1 360萬(wàn)t,加上每年新建房屋產(chǎn)生4 000萬(wàn)t的建筑垃圾所產(chǎn)生的廢混凝土。如果把這些廢混凝土應(yīng)用到新拌混凝土中作為再生骨料,將是減少環(huán)境負(fù)荷的有效方法。我國(guó)上海市建筑構(gòu)件制品公司1997年開(kāi)始利用建筑工地爆破拆除的基坑支護(hù)等廢棄混凝土制作混凝土空心砌塊,其產(chǎn)品各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)完全符合上海市標(biāo)準(zhǔn)《混凝土小型空心砌塊工程及驗(yàn)收工程》(DBJ08 - 203 - 93) ^{[ 3 ]} 。因此,大力開(kāi)發(fā)新的資源作為混凝土的骨料,實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用。

3. 3　使用綠色混凝土外加劑,防止室內(nèi)環(huán)境污染,保護(hù)人體健康

　　混凝土外加劑在現(xiàn)代混凝土材料和技術(shù)中起著重要作用,提高混凝土強(qiáng)度、改善混凝土性能、節(jié)省生產(chǎn)能耗等。但是由于某些早強(qiáng)劑、防凍劑等外加劑中存在著一部分有毒的物質(zhì),將在混凝土攪拌成型直到建筑物的使用過(guò)程中被釋放,污染環(huán)境、損害人體健康。

　　因此要嚴(yán)禁使用對(duì)人體可能產(chǎn)生危害或環(huán)境產(chǎn)生污染的物質(zhì)的外加劑,使用綠色混凝土外加劑是混凝土綠色化的重要途徑。

3. 4　提高混凝土結(jié)構(gòu)的安全使用壽命,減少因修補(bǔ)或拆除舊混凝土結(jié)構(gòu)物造成的浪費(fèi)

　　由于混凝土建筑物因各種原因產(chǎn)生早期破壞時(shí)有發(fā)生。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)保意識(shí)的提高,使人們逐漸認(rèn)識(shí)到延長(zhǎng)混凝土建筑物的安全使用壽命不僅是最經(jīng)濟(jì)的措施,也是減少環(huán)境污染的有效途徑。于是提高混凝土的安全使用壽命,將會(huì)減少大量建筑垃圾的產(chǎn)生,實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)。

3. 5　大力推廣預(yù)拌混凝土,減少環(huán)境污染

　　預(yù)拌混凝土是一種在工廠將所有原材料配比混合好的作為商品出售的混凝土,它采用集中生產(chǎn)和統(tǒng)一供應(yīng),能為采用新技術(shù)與新材料,實(shí)行嚴(yán)格質(zhì)量控制,改進(jìn)施工方法,保證工程質(zhì)量創(chuàng)造有利條件,在質(zhì)量、效率、需求、能耗、環(huán)保等方面,具有無(wú)可比擬的合理性,與可持續(xù)發(fā)展有著密切的聯(lián)系。采用商品混凝土一般可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率一倍以上,節(jié)約水泥,降低工程成本,同時(shí)可以保證工程質(zhì)量,節(jié)約施工用地,減少粉塵污染,實(shí)現(xiàn)文明施工。因此大力推廣商品混凝土是減少環(huán)境污染的一項(xiàng)重要舉措。

4　結(jié)語(yǔ)

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,可持續(xù)發(fā)展成為時(shí)代的主題。建筑領(lǐng)域?yàn)榱诉_(dá)到可持續(xù)與環(huán)保,部分地區(qū)開(kāi)始建設(shè)綠色生態(tài)住宅小區(qū),營(yíng)造與自然資源生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)、資源節(jié)約型、安全舒適、健康衛(wèi)生、科學(xué)文明的居住環(huán)境。然而混凝土作為建筑物結(jié)構(gòu)材料在建筑工程中發(fā)揮著重要作用。今后依然成為建筑工程中的主導(dǎo)材料。所以更應(yīng)該加大對(duì)混凝土的綠色化,以達(dá)到節(jié)約資源、減少環(huán)境污染,保護(hù)環(huán)境的目的,最終實(shí)現(xiàn)混凝土的可持續(xù)發(fā)展。

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