混凝土的耐久性和可持續(xù)發(fā)展問題述評(píng)

　　1 混凝土的耐久性混凝土的耐久性可定義為“在使用過程中經(jīng)受氣候變化、化學(xué)侵蝕、磨蝕等各種破壞因素的作用而能保持其使用功能的能力”。一般混凝土建筑物的使用壽命要求在50年以上，很多國家對(duì)橋梁、水電站大壩、海底隧道、海上采油平臺(tái)、核反應(yīng)堆等重要結(jié)構(gòu)的混凝土耐久性要求在100年以上。氣候條件適中的陸上建筑物，應(yīng)要求混凝土在200年內(nèi)安全使用。我國GB 50010——2002《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，混凝土的耐久性設(shè)計(jì)應(yīng)按照環(huán)境類別和設(shè)計(jì)使用年限進(jìn)行，分為50年和100年2個(gè)耐久性預(yù)期目標(biāo)，對(duì)于重大、重要工程應(yīng)按照100年壽命來設(shè)計(jì)混凝土。近幾年來，我國已有不少工程的混凝土設(shè)計(jì)壽命達(dá)到100年，這些工程大都結(jié)合環(huán)境條件和特點(diǎn)，采取專門有效的措施，以充分保證混凝土工程的耐久性設(shè)計(jì)要求。比較著名的百年工程有三峽大壩、東海大橋、南京地鐵1號(hào)線、崇明越江通道北港橋梁、重慶朝天門大橋空心橋墩、杭州灣大橋等。

　　但是近幾十年以來，混凝土構(gòu)筑物因材質(zhì)劣化造成失效以至破壞崩塌的事故在國內(nèi)外也是屢見不鮮，并有愈演愈烈之勢(shì)。

　　國際上混凝土的大量使用始于20世紀(jì)30年代，到五六十年代達(dá)到高峰。許多發(fā)達(dá)國家每年用于建筑維修的費(fèi)用都超過新建的費(fèi)用。

　　過去，除了大型水利工程外，我國混凝土工程的耐久性問題長期不受重視，混凝土結(jié)構(gòu)沒有達(dá)到預(yù)期的使用壽命，受環(huán)境作用過早破壞的實(shí)例很多，由此造成的經(jīng)濟(jì)損失也很大。由于許多工程設(shè)計(jì)只滿足荷載要求，而沒有提出耐久性的要求，使已建成的混凝土構(gòu)筑物存在耐久性隱患。我國在50年代興建的水電站大壩有很多已經(jīng)成為“病壩”，我國的混凝土工程量在改革開放30多年來突飛猛進(jìn)，可以預(yù)見，耐久性不佳的混凝土工程的劣化問題將會(huì)日趨嚴(yán)重。因此，混凝土耐久性問題越來越受到人們的重視。

　　1.1 混凝土的耐久性破壞
　　混凝土耐久性涉及到混凝土性能的方方面面，是影響混凝土使用壽命的首要因素。造成混凝土耐久性不佳的原因多種多樣，主要可分為：(1)物理破壞：由溫度變化引起的收縮膨脹裂縫(這是由于混凝土內(nèi)骨料和硬化水泥漿體不同的溫度膨脹系數(shù)而引起)，如凍融循環(huán)、除冰鹽分對(duì)混凝土的剝蝕等：(2)化學(xué)破壞：由混凝土內(nèi)部材料引起的堿骨料反應(yīng)以及外部侵蝕性離子(Gl-)引起的諸如鋼筋銹蝕、硫酸鹽侵蝕以及碳化(CO2)等；(3)機(jī)械破壞：沖擊、磨損、流動(dòng)淡水溶蝕作用、流動(dòng)氣體的磨蝕、沖蝕等(如道路、水利混凝土)。如何有效地預(yù)防和抵抗這些破壞因素的破壞力，是解決混凝土耐久性問題的關(guān)鍵。

　　1.2 混凝土耐久性破壞常見原因
　　我國已故混凝土權(quán)威吳中偉院士早在1991年就指出，近年來混凝土耐久性破壞愈趨嚴(yán)重的原因很多，常見的較重要的主要有：

　　(1)原材料因素：如水泥因?yàn)閺?qiáng)度提高、細(xì)度增大、硬化速度加快等因素，加劇了混凝土結(jié)構(gòu)的開裂問題；優(yōu)質(zhì)合格的骨料資源日趨枯竭，只有采用質(zhì)次或有問題的集料(如海砂、風(fēng)化砂石、堿活性骨料等)，對(duì)集料的質(zhì)量也缺乏必要的重視；

　　(2)施工原因：過于追求施工進(jìn)度，對(duì)混凝土工程的施工質(zhì)量控制不嚴(yán)，也不注意對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的養(yǎng)護(hù)；

　　(3)應(yīng)用原因：現(xiàn)代混凝土的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，使大量混凝土工程所處的環(huán)境與使用條件日益嚴(yán)酷，但未認(rèn)真采取相應(yīng)的對(duì)策以提高其在嚴(yán)酷環(huán)境下的使用壽命；

　　(4)設(shè)計(jì)研究原因：對(duì)混凝土工程耐久性的研究試驗(yàn)工作大部分局限在試驗(yàn)室階段，與實(shí)際使用環(huán)境脫節(jié)，更重要的是混凝土工程在設(shè)計(jì)過程中常常只考慮單一的破壞因素，忽視對(duì)實(shí)際中常發(fā)生的2個(gè)以上破壞因素引起的綜合破壞作用，即對(duì)混凝土耐久性綜合癥缺少認(rèn)識(shí)。

　　1.3  混凝土耐久性研究存在的問題
　　混凝土耐久性問題自20世紀(jì)50年代提出，受到世界各國的廣泛重視，幾十年來各國混凝土行業(yè)工作者進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)試驗(yàn)研究工作，獲得了一定的成果，有些成果對(duì)一些常見的耐久性問題的解決起到了顯著作用：如引氣劑對(duì)提高混凝土抗凍性的作用；限制水泥和混凝土中的堿含量對(duì)堿—集料反應(yīng)的預(yù)防；活性礦物摻合料對(duì)提高抗?jié)B性和對(duì)鹽類侵蝕作用的抵抗以及對(duì)減輕碳化作用、保護(hù)鋼筋以免銹蝕、抑制混凝土中的堿—集料反應(yīng)以及防止淡水溶析作用和表面破壞等均提出了有效的措施。為了得到耐久性良好的混凝土，按耐久性設(shè)計(jì)混凝土和預(yù)測(cè)混凝土的使用壽命成為耐久性研究的主要內(nèi)容和最終目標(biāo)。但是我們也應(yīng)該看到，由于研究內(nèi)容的片面性和理論深入不夠以及研究方法存在的局限性和缺陷性，使得大量基礎(chǔ)的耐久性研究成果對(duì)解決實(shí)際混凝土工程耐久性問題的成效不大，也使當(dāng)前的混凝土耐久性問題呈現(xiàn)越來越嚴(yán)重的趨勢(shì)。主要表現(xiàn)在：(1)針對(duì)單一破壞的因素研究較多，而忽略了常常在建筑物中出現(xiàn)的多因素共同作用的研究；(2)很多試驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)條件下得到的，與混凝土實(shí)際使用環(huán)境相差甚遠(yuǎn)，使試驗(yàn)結(jié)果無法進(jìn)行比對(duì)。典型的如骨料堿活性反應(yīng)快速檢測(cè)法(ASTMCl260，南非快速砂漿棒法等)，該方法是將試件浸泡在80℃1N的NaOH溶液中進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)條件十分嚴(yán)酷，與混凝土實(shí)際環(huán)境條件相差甚遠(yuǎn)；(3)材料因素研究得多，結(jié)構(gòu)因素研究得少，基礎(chǔ)理論的研究更少，缺乏定量研究，更缺少區(qū)分不同體系、不同結(jié)構(gòu)的材料在耐久性能上差別的對(duì)比。

　　1.4 常見的耐久性綜合癥
　　實(shí)際混凝土工程中的耐久性問題相對(duì)比較復(fù)雜，常常不是單一出現(xiàn)的，而是多種因素共同作用的結(jié)果，因此，有必要充分了解混凝土中的耐久性綜合作用因素?；炷凉こ讨谐霈F(xiàn)的常見耐久性綜合癥如下：

　　(1)碳化與鋼筋銹蝕：
　　(2)凍融循環(huán)(包括海水凍融)與鋼筋銹蝕；
　　(3)鹽類腐蝕與鋼筋銹蝕；
　　(4)鹽類腐蝕與凍融循環(huán)、機(jī)械力破壞；
　　(5)鹽類腐蝕中SO42-、Mg2+、Cl-作用的綜合疊加效應(yīng)引起混凝土的快速破壞；
　　(6)緩慢延續(xù)的堿—集料反應(yīng)與其它破壞作用的綜合和疊加。

　　研究防治混凝土耐久性綜合癥，必須弄清楚破壞作用的主次和先后，并對(duì)幾種因素的共同作用，尤其是疊加效應(yīng)加以研究。疊加效應(yīng)相對(duì)比較復(fù)雜，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)負(fù)疊加，即互相抵消的特殊現(xiàn)象。

　　混凝土中以堿—集料反應(yīng)為主因及導(dǎo)因的耐久性綜合癥現(xiàn)象十分普遍，具體表現(xiàn)在：

　　(1)堿—集料反應(yīng)十鋼筋銹蝕：前者是導(dǎo)因，堿—集料反應(yīng)引起開裂導(dǎo)致鋼筋銹蝕，造成嚴(yán)重破壞；
　　(2)堿—集料反應(yīng)+凍融循環(huán)：我國北方有幾處機(jī)場跑道因堿—集料反應(yīng)而開裂，加速了凍融破壞；
　　(3)堿—集料反應(yīng)+海水腐蝕：如日本沖繩島海港的混凝土結(jié)構(gòu)破壞：
　　(4)堿—集料反應(yīng)+機(jī)械力(包括沖擊、磨損、疲勞等)破壞：如日本阪神高速公路梁、柱、橋面等；
　　(5)堿—集料反應(yīng)+除冰鹽+鋼筋銹蝕：如北京、天津等地的立交橋破壞等。

　　因此，在對(duì)混凝土按耐久性進(jìn)行設(shè)計(jì)和壽命預(yù)測(cè)方面，應(yīng)綜合考慮各種不同的破壞因素，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、同類材料的性能、快速試驗(yàn)結(jié)果以及混凝土工程暴露的環(huán)境條件等，對(duì)所設(shè)計(jì)的混凝土工程的耐久性進(jìn)行預(yù)測(cè)。

　　1.5  提高混凝土耐久性的途徑
　　混凝土的耐久性是一個(gè)十分復(fù)雜的綜合性問題，不僅與所使用的材料本身有關(guān)，還與混凝土結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境條件(包括溫濕度、結(jié)構(gòu)物周圍的水和土壤中的侵蝕性離子、空氣中的侵蝕性成分等)緊密相連，因此要系統(tǒng)提高混凝土的耐久性，必須先將環(huán)境條件調(diào)查清楚，再結(jié)合混凝土所采用的材料進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)。

　　(1)修訂現(xiàn)行的設(shè)計(jì)及施工規(guī)范，將對(duì)工程結(jié)構(gòu)的耐久性要求納入相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)程中。這方面的工作最近幾年已經(jīng)開展，已將一般混凝土結(jié)構(gòu)的50年和100年的耐久性要求列入了相應(yīng)的建筑設(shè)計(jì)及驗(yàn)收規(guī)范中，如GB/T 50362——2005《住宅性能評(píng)定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》、GB 50010——2002《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》以及GB 50003——2001《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》等。

　　(2)從設(shè)計(jì)階段入手，混凝土工程結(jié)構(gòu)除了按強(qiáng)度設(shè)計(jì)，保證受力安全外，還必須根據(jù)結(jié)構(gòu)物使用環(huán)境按耐久性設(shè)計(jì)，以保證工程的使用壽命。這是混凝土耐久性研究的發(fā)展趨勢(shì)，已經(jīng)成為當(dāng)前最活躍的混凝土技術(shù)研究方向之一。

　　日本是最早對(duì)混凝土耐久性設(shè)計(jì)和預(yù)測(cè)進(jìn)行研究的國家，已有系統(tǒng)的設(shè)計(jì)綱目和預(yù)測(cè)參數(shù)。根據(jù)日本專家調(diào)查得出的各類混凝土的實(shí)際使用壽命為田：一般混凝土制品20年、橋梁工程壽命50年、混凝土壩壽命100年，并以此制定了鋼筋混凝土建筑物的設(shè)計(jì)壽命。系統(tǒng)的耐久性設(shè)計(jì)綱目基本內(nèi)容包括：(1)按照建筑物的劣化狀態(tài)將耐久性設(shè)計(jì)目標(biāo)分為100、65、30年3個(gè)等級(jí)；(2)劣化外力分為一般劣化外力和特殊劣化外力；(3)相應(yīng)的設(shè)計(jì)施工標(biāo)準(zhǔn)方法。

　　英國在20世紀(jì)80年代修訂的混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范中增加了大量的耐久性條款，根據(jù)暴露環(huán)境條件的嚴(yán)酷程度對(duì)最小保護(hù)層厚度、混凝土強(qiáng)度、抗凍性、最大水灰比、水泥品種、最小水泥用量、最大膠結(jié)材料用量(水泥+礦物摻合料)、引氣量、集料要求等等都作了具體規(guī)定，對(duì)按照耐久性要求設(shè)計(jì)混凝土結(jié)構(gòu)工程起到了很好的指導(dǎo)作用。

　　我國的黃士元、劉崇熙等專家于20世紀(jì)90年代初就提出了“按耐久性設(shè)計(jì)混凝土”的思想，經(jīng)過10多年的發(fā)展，越來越為建筑工程界和材料界所認(rèn)識(shí)。但是總的說來，我國在按耐久性設(shè)計(jì)混凝土方面還有大量的工作和實(shí)際問題需要不斷研究和解決。

　　(3)在政府的領(lǐng)導(dǎo)下，建立地方混凝土耐久性專家組，系統(tǒng)研究對(duì)本地區(qū)混凝土耐久性有重大影響的各種因素，并提出指導(dǎo)性意見，混凝土耐久性研究涉及因素繁多，既包括材料科學(xué)的基礎(chǔ)研究，也涉及惡劣環(huán)境對(duì)混凝土的侵蝕作用，而且我國幅員遼闊，各地原材料性能差異很大，制定全國統(tǒng)一的指導(dǎo)性文件，各地在實(shí)施過程中難免會(huì)遇到種種困難。因此，有必要在地方政府的領(lǐng)導(dǎo)和扶持下，集中有限的人力、物力和財(cái)力，成立一個(gè)以混凝土耐久性專家小組為核心的地方科研基地，這個(gè)科研基地可以依托科研院所或高等院校，結(jié)合本地實(shí)際，對(duì)本地區(qū)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展影響較大的重要混凝土結(jié)構(gòu)工程進(jìn)行全面調(diào)查，并對(duì)原材料進(jìn)行試驗(yàn)研究，為本地區(qū)混凝土工程的耐久性設(shè)計(jì)從材料篩選到工程施工提供指南。這方面英國有著十分成功的先例：英國混凝土協(xié)會(huì)依托BRE(土木工程研究機(jī)構(gòu))，組成各個(gè)專家小組，對(duì)混凝土技術(shù)的方方面面都做了詳盡的調(diào)查研究和試驗(yàn)工作，發(fā)布了很多技術(shù)報(bào)告，如“TR30-堿骨料反應(yīng)：如何降低其對(duì)混凝土的危害”，“TR40—?；郀t礦渣和粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用”等。

　　BRE對(duì)堿骨料反應(yīng)也做了深入的研究，制作了50cmx50cmx50sm的大型混凝土試件放置在室外大氣環(huán)境下，對(duì)潛在堿活性骨料和礦物摻合料對(duì)堿骨料反應(yīng)的抑制作用進(jìn)行長期的監(jiān)測(cè)，已經(jīng)歷時(shí)20余年。這些長期試驗(yàn)的數(shù)據(jù)具有很高的實(shí)用價(jià)值，可與實(shí)驗(yàn)室快速法試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，進(jìn)而科學(xué)預(yù)測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。

　　2 混凝土技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展
　　可持續(xù)發(fā)展的本質(zhì)是努力應(yīng)用科學(xué)的、技術(shù)的和經(jīng)濟(jì)的知識(shí)，去糾正由于無節(jié)制的技術(shù)激增所造成的負(fù)面后果?？沙掷m(xù)發(fā)展的主要方面是通過保護(hù)和減少浪費(fèi)來更有效地利用能源和材料的更大循環(huán)利用m，由此可見，混凝土技術(shù)可持續(xù)發(fā)展的出路就是利用現(xiàn)代混凝土科學(xué)技術(shù)增加混凝土的使用壽命，盡量減少造成修補(bǔ)或拆除的浪費(fèi)和建筑垃圾，大量利用優(yōu)質(zhì)的工業(yè)廢棄物和礦石，盡量減少自然資源和能源的消耗，減少對(duì)環(huán)境的污染。可持續(xù)發(fā)展的根本出路是混凝土的高性能化和綠色化。

　　2.1 高性能混凝土(HPC)
　　2.1.1 高性能混凝土概念
　　HPC是1990年由美國學(xué)者首先提出的，由于其具有良好的耐久性和優(yōu)異的工作性和物理力學(xué)性能，一問世就廣泛受到工程界的高度重視和關(guān)注，美、法、日、加拿大等發(fā)達(dá)國家都把HPC作為跨世紀(jì)的新材料而投入大量的人力、資金進(jìn)行研究，西方學(xué)者更是將HPC稱為21世紀(jì)的混凝土。

　　HPC與普通混凝土的不同之處是普通混凝土的設(shè)計(jì)是以強(qiáng)度作為主要控制指標(biāo)，而HPC則是以耐久性作為主要控制指標(biāo)，強(qiáng)度只起從屬的作用。高強(qiáng)度不一定高性能，而高性能必須要求混凝土具有較高的密實(shí)度和抗?jié)B能力，因此其強(qiáng)度也不會(huì)太低。國內(nèi)外研究資料表明，HPC具有優(yōu)良的抗?jié)B、抗凍性，并能抑制堿—骨料反應(yīng)，抗碳化能力、抗Cl^-滲透性及耐蝕性均有大幅度提高，徐變和干縮性能也有較大改善。但是HPC也存在著自收縮問題，其對(duì)混凝土長期性能的影響，尚待進(jìn)一步研究，而且HPC的強(qiáng)度越高，脆性越大也面臨著摻入纖維改性的問題。

　　在我國，HPC目前己在上海、北京、廣東等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的不少重要工程中被采用，并在高層建筑、大跨度橋梁、海上建筑、漂浮結(jié)構(gòu)等工程中顯示出其獨(dú)特的優(yōu)越性。在工程安全使用期、經(jīng)濟(jì)合理性、環(huán)境條件的適應(yīng)性等方面具有明顯的效益。2006年3月1日實(shí)施的GB/T50362——2005《住宅性能評(píng)定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)中的經(jīng)濟(jì)性能評(píng)定把高強(qiáng)高性能混凝土的使用列入了建筑設(shè)計(jì)施工新技術(shù)嚴(yán)節(jié)材”方面)的一項(xiàng)重要的評(píng)定內(nèi)容。2006年6月1日實(shí)施的GB/T50378——2006((綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中的節(jié)材與材料資源利用也要求建筑結(jié)構(gòu)材料合理采用高性能混凝土。因此，研究開發(fā)及應(yīng)用高性能混凝土對(duì)提升建筑技術(shù)的整體水平，確?；炷凉こ痰哪途眯允直匾?，且具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　2.1.2 混凝土高性能化的技術(shù)途徑
　　HPC根據(jù)不同用途要求，應(yīng)保證混凝土的耐久性、工作性、適用性、強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)合理性等”。要實(shí)現(xiàn)其所具有的多種性能，就必須嚴(yán)格控制混凝土生產(chǎn)過程的各環(huán)節(jié)，控制水膠比、選用優(yōu)質(zhì)原材料，并必須摻加一定數(shù)量的礦物細(xì)摻料和高效減水劑。

　　正確選擇原材料：除選用優(yōu)質(zhì)的硅酸鹽水泥和骨料外，還必須添加超細(xì)礦物質(zhì)摻合料和新型高效減水劑，后兩者的綜合作用強(qiáng)化了混凝土中的水泥漿體與骨料之間的過度區(qū)，改善了水泥石的孔結(jié)構(gòu)，提高了水泥石的密實(shí)度，從而賦予混凝土高性能。
合理的工藝參數(shù)：控制水灰比小于0.4；粗骨料體積分?jǐn)?shù)0.4左右、最大粒徑不大于25mm：砂率34%—39%；膠凝材料(水泥+礦物細(xì)摻料)用量不超過500-600kg/m3；摻加0.8%—1.4%的高效減水劑。

　　適宜的施工工藝及控制：采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)、泵送施工、高頻振動(dòng)、控制塌落度損失，并對(duì)混凝土進(jìn)行嚴(yán)格養(yǎng)護(hù)。

　　2.1.3 HPC實(shí)際工程應(yīng)用情況及施工應(yīng)注意的問題
　　(1)HPC的應(yīng)用：10多年來HPC得到了廣泛應(yīng)用，其代表工程有：上海金茂大廈C60混凝土、深圳地王C60混凝土、上海東方明珠電視塔C60混凝土、首都機(jī)場新航站樓C50-C60混凝土、廣州虎門大橋C50混凝土、美國西雅圖雙聯(lián)廣場C135混凝土以及美國芝加哥311瓦克大廈C85混凝土等。

　　(2)施工注意問題：HPC的施工質(zhì)量控制比普通混凝土要嚴(yán)格得多，在施工過程中特別要嚴(yán)格控制混凝土中的用水量，因?yàn)镠PC水灰比小、用水量少，用水量的微小變化會(huì)影響其強(qiáng)度及工作性。還有就是養(yǎng)護(hù)問題，HPC必須盡早進(jìn)行潮濕養(yǎng)護(hù)，直至其抗拉強(qiáng)度足以抵抗開裂為止。養(yǎng)護(hù)過程中還必須從外界補(bǔ)充水分，當(dāng)水化反應(yīng)進(jìn)行到一定的程度時(shí)，必須灑水養(yǎng)護(hù)，可采用濕麻袋或濕紡織袋覆蓋混凝土表面，其上壓塑料塊，塑料板下鋪設(shè)打孔軟管，注入水以保持麻袋長期的濕潤。

　　2.2 綠色混凝土
　　綠色混凝土概念是由吳中偉院士在1997年提出的，它具有比傳統(tǒng)混凝土更高的強(qiáng)度和耐久性，可以實(shí)現(xiàn)非再生性資源的可循環(huán)利用和有害物質(zhì)的最低排放，既能減少環(huán)境污染，又能與自然生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)共生。綠色混凝土的環(huán)境協(xié)調(diào)性是指對(duì)資源和能源的消耗少、對(duì)環(huán)境污染小和循環(huán)再生利用率高。此外，綠色混凝土還具有自適應(yīng)性，也即具有滿意的使用性能，又能夠改善環(huán)境，具有感知、調(diào)節(jié)和修復(fù)等機(jī)敏特性。

　　綠色混凝土的主要特點(diǎn)有：(1)最大限度地降低水泥用量，大量利用工業(yè)廢料；(2)與傳統(tǒng)混凝土相比，具有更加良好的力學(xué)性能和耐久性；(3)具有與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)性，減輕對(duì)環(huán)境的負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)非再生資源的可循環(huán)使用，節(jié)省能源及還物質(zhì)的“零排放”；(4)能夠?yàn)槿祟愄峁睾?、舒適、便捷和安全的生存環(huán)境。

　　2.2.1 綠色混凝土的發(fā)展方向
　　綠色混凝土作為綠色建材的一個(gè)分支，自20世紀(jì)90年代以來，國內(nèi)外對(duì)此開展了廣泛深入的研究，主要包括綠色高性能混凝土、再生骨料混凝土、環(huán)保型混凝土和機(jī)敏混凝土等。

　　(1)綠色高性能混凝土(Green High Performance Con-crete，GHPC)。其發(fā)展方向是研制推廣中低強(qiáng)度(如C30~C50)的綠色高性能混凝土(HPC通常的強(qiáng)度下限為C50)，可以大量使用包括粉煤灰、礦渣等的礦物摻合料，既有效利用了固體廢棄物，又大大減少水泥用量，符合改善和保護(hù)環(huán)境的需要。

　　(2)再生骨料混凝土。該類混凝土可綜合利用各種固體廢棄物生產(chǎn)混凝土用的集料，減少天然砂、石資源的大量消耗，作為骨料的固體廢棄物包括建筑固體廢棄物、回收的碎玻璃骨料、回收的廢棄輪胎，還有各種爐渣、煤矸石、礦渣等，目前再生骨料專指解體混凝土塊經(jīng)破碎、清洗、分級(jí)而成的骨料。

　　(3)生態(tài)環(huán)保型混凝土是指能夠改善、美化環(huán)境，對(duì)人類與自然的協(xié)調(diào)具有積極作用的混凝土材料，該類混凝土的研究和開發(fā)剛剛起步，目前所研制和開發(fā)的主要品種有透水混凝土、綠化植被混凝土和海洋生物適應(yīng)性混凝土等。

　　2.2.2 綠色混凝土的摻合料
　　綠色混凝土中大量使用了礦物摻合料(大都為工業(yè)廢渣)作輔助膠凝材料，一方面可利廢、節(jié)材(減少水泥使用量)，同時(shí)還可以改善新拌混凝土的工作性、提高硬化混凝土的耐久性。

　　摻合料是混凝土中除水泥、水、砂、石及外加劑以外的第6組分，主要作用是改善新拌和混凝土的物理力學(xué)性能。常用的摻合料可分為活性和非活性2類，非活性摻合料在混凝土中一般不產(chǎn)生火山灰反應(yīng)，或反應(yīng)十分緩慢，如磨細(xì)石英砂、石灰石和硬礦渣等；活性礦物摻合料本身不硬化或硬化速度很慢，但能與水泥水化生成的氫氧化鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有水硬性的膠凝材料。綠色高性能混凝土所采用的摻合料通常選用活性礦物摻合料，且多為工業(yè)廢料，如粉煤灰、粒化高爐礦渣、硅灰、偏高嶺土或它們的復(fù)合物。

　　(1)粉煤灰
　　全國每年粉煤灰的排放量約為2億t，不僅造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，且占用大量土地進(jìn)行堆放和填埋。對(duì)于粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用，國內(nèi)外已進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，其應(yīng)用技術(shù)己比較成熟，比較一致的在混凝土中粉煤灰的作用主要有：可控制大體積混凝土的溫升；可廣泛應(yīng)用與隧道工程、對(duì)耐久性要求較高的地下及海洋環(huán)境以及水電工程中，摻量可達(dá)25％-40％；可抑制混凝土的堿骨料反應(yīng)，但要注意其使用的適宜摻量和對(duì)其細(xì)度的要求。在水工混凝土生產(chǎn)中均大量使用粉煤灰抑制潛在的堿骨料反應(yīng)，如三峽工程建設(shè)中普遍采用I級(jí)粉煤灰作為摻合料。

　　(2)?；郀t礦渣
　　粒化高爐礦渣是以硅鋁酸鈣為主要成分的熔融物，經(jīng)淬冷成粒后得到的副產(chǎn)品。?；郀t礦渣具有潛在水硬性，是水泥和混凝土的優(yōu)質(zhì)摻合料，在水泥混凝土中的應(yīng)用技術(shù)也比較成熟，其在混凝土中的摻量一般比粉煤灰大，既可用于混凝土中，也可以用來生產(chǎn)礦渣水泥。

　　英國生產(chǎn)的礦渣水泥中礦渣的摻量是0-65%，低熱礦渣硅酸鹽水泥中的礦渣用量為50%-90%。在英國，礦渣在混凝土中的最大摻量已達(dá)到60%-70%，摻量為70%時(shí)可配制C30-C45標(biāo)號(hào)的各種混凝土，且混凝土的工作性良好。目前摻礦渣的混凝土占全英預(yù)拌混凝土產(chǎn)量的20%。

　　國內(nèi)自20世紀(jì)90年代開始對(duì)高爐礦渣及其配制的混凝土進(jìn)行研究，并于2000年頒布了GB/T18046—2000《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》。磨細(xì)的?；郀t礦渣性能優(yōu)異，作為混凝土的礦物摻合料可等量替代水泥，并能顯著改善混凝土的綜合性能，如改善混凝土拌合物的和易性、降低混凝土中水泥的水化熱溫升、提高混凝土的抗腐蝕性能和耐久性、提高混凝土的后期強(qiáng)度等等。

　　(3)硅灰
　　硅灰是生產(chǎn)硅和硅合金時(shí)的副產(chǎn)品，色呈淺灰到深灰，顆粒平均粒徑在0.1µm左右，是水泥平均粒徑的1%-2%。由于其超細(xì)特征和高硅含量(90%以上)，因此，具有顯著的火山灰活性材料特征，主要用于配置高強(qiáng)、高抗化學(xué)侵蝕性以及高抗沖磨性能的混凝土，摻量一般為水泥用量的5%-15%。由于硅灰的比表面積大，因此，其需水量較大，作為混凝土摻合料使用時(shí)，一般需同時(shí)使用高效減水劑，以保證混凝土的和易性?；炷林袚饺牍杌液螅梢愿纳苹炷涟韬衔锏恼尘坌院捅Ｋ?；顯著提高混凝土強(qiáng)度，適宜配制高強(qiáng)、超高強(qiáng)度混凝土：改善混凝土中的孔結(jié)構(gòu)，提高混凝土的抗?jié)B、抗凍及抗腐蝕性；抑制混凝土的堿骨料反應(yīng)。

　　(4)其它
　　上述常用的混凝土礦物摻合料不僅可以單獨(dú)使用，還可以2種或多種復(fù)合使用，以獲得早期和長期強(qiáng)度的增長以及良好的耐久性。此外，還有沸石粉、偏高嶺土、城市垃圾焚燒爐底渣(灰)、磨細(xì)回收的廢棄玻璃粉等也可作為摻合料使用于混凝土中。