关键词：绿色高性能混凝土，常规混凝土，发展趋势，可持续发展

　　0 引言
　　
　　从有普通混凝土开始至今已有180余年历史，随着科技的发展，人们生活水平的提高，普通混凝土所建的建筑已经远远不能满足人们日益增长的住房和社会发展的需求。至今，我国是世界上使用水泥和混凝土最多的国家，我国水泥的总产量超过全世界水泥总产量的1／2。尽管水泥和混凝土为我国的经济发展和社会进步做出了不可估量的贡献，同时也给环境造成了重大污染，对资源也造成了巨大浪费，严重影响了我国混凝土行业的可持续发展。绿色高性能混凝土的提出者是吴中伟先生，绿色高性能混凝土简称为GHPC(Green High Performance Concrete)。绿色高性能混凝土不仅对建筑的外观有所改善，对混凝土的耐久性和功能也有很大改善，对环境污染较小，节约资源与能源。因此改善普通混凝土被再一次提上日程，21世纪，混凝土技术的发展面临着前所未有的巨大挑战。
　　
　　随着建筑设计与结构设计的发展，各种超大、超高、超长型混凝土构筑物，以及在极端环境下使用的混凝土结构，比如跨海大桥、海底隧道核反应堆等工程的建造量不断增加。这些工程施工难度很大，其所处环境恶劣，维修难度大，因此要求其施工性能好，尽量在浇筑时减少缺陷，耐久性能好，其使用寿命长。由于面临着种种困难，增强混凝土的各种性能已经迫在眉睫。
　　
　　绿色高性能混凝土是近几年才迅速发展起来的一种新型混凝土材料，其性能的设计理念主要考虑到耐久性、节能环保和可持续发展等诸多考虑因素。在我国，吴中伟先生曾指出：未来传统混凝土应该是向着绿色高性能混凝土发展。其绿色代表：1)能源消耗少、对环境的破坏和污染少；2)简化其制作工序，减少二次污染，对废弃物的重新利用，实现可持续发展。
　　
　　1 发展GHPC的意义
　　
　　目前，我国使用的水泥大部分为波特兰水泥(PC-Portland cement)和常规水泥(NC-Normal concrete)，其制造过程中均产生大量温室气体CO₂和其他有害气体，比如CO，SO₃，HCl等和其他重金属物质，比如Pb，Hg等。其中，排放的温室气体CO₂是使全球温度变高的主要元凶。制造1t熟料水泥几乎需要排放1t的二氧化碳，用这样的代价来带动社会经济的发展和社会的进步，已经严重危及到人类的生存和生态环境的破坏，远远达不到我们所倡导的可持续发展、资源节约型社会和环境友好型社会。
　　
　　美国国家标准与技术研究院(NIST)和美国混凝土协会(ASI)在1990年5月召开会议，第一次提出了高性能混凝土(HPC—High Performance Concrete)的概念。HPC是由优质水泥，集料，水和活性细掺料与高效外加剂搭配组合而成，它是一种具有优良耐久性、优良工作性、高强度的优良混凝土。但是各国所定义HPC的概念不同，综合诸多国家的定义，HPC可以定义为一种新型高技术混凝土，大幅度提高普通混凝土性能的前提下，采用现代混凝土科学技术，选取优质材料，在合理的质量管理体系的条件下制作而成的。因此，HPC不仅在性能方面超越NC，在节约资源、能源等方面，特别是在利用工业废渣、环境保护方面有着不可估量的重大意义，是一种可持续发展的建筑材料。
　　
　　作为一种建筑材料，能够节约能源和资源已经为人类的可持续发展做出了不小的贡献，水泥和混凝土是当代产量最高的人造材料，预计到2015年全国水泥产量将超过30亿t，混凝土将超过90m3～100m3(225亿t一250亿t)，对能源资源的消耗和对环境的破坏均十分巨大，混凝土能否成为最主要的建筑材料，其关键因素是能否成为绿色建筑材料。因此，GHPC是到目前为止建筑材料的终极目标和方向。所以，GHPC是混凝土的发展方向也是混凝土的未来。发展GHPC是为了人类的生存和发展，也是为了混凝土和建筑工程材料的可持续、健康的发展。
　　
　　2 GHPC的优化设计
　　
　　2.1 GHPC的材料来源
　　
　　为了使配制出来的混凝土可以满足所使用要求的强度和耐久性，选择适当的材料和配合比是至关重要的。在这里我举一个关于GHPC绿色的例子，维持可持续发展近几十年，我国的建筑行业蓬勃发展，旧建筑的拆除新建筑的兴建成为建筑行业的一种必不可少的趋势。同时，拆除的旧建筑产生了大量的建筑垃圾，据不完全统计，每年产生的建筑垃圾已经远远超过1亿t。处理这些建筑垃圾，不仅需要大量的人力、物力，同时还需要大量的空间来陈放这些垃圾，减少了人类活动的空间，同时也对生态环境造成了不同程度的破坏。如果能把建筑垃圾使用到新建建筑上，就实现了对其绿色的要求。
　　
　　把建筑垃圾捣碎做成混凝土的骨料，其主要成分为废弃的混凝土块和废弃砖石。和传统混凝土骨料相比，捣碎后的建筑垃圾离散性较大、骨料粗细不均、成分复杂、裂缝多、含泥量大等。如何选择可用的再生骨料成为了众多研究者苦恼的问题。
　　
　　2.2 骨料的分类
　　
　　再生骨料按照尺寸分类可以分为再生粗骨料和再生细骨料。一般把尺寸大于4.75 mm的定义为再生粗骨料，4.75 mm以下的定义为再生细骨料。如果用再生骨料完全取代天然砂石作为骨料，则称为全级配再生骨料。本文主要研究的为再生细骨料的基本性能。
　　
　　2.3 再生细骨料的基本性能
　　
　　本试验按照JGJ 52-92普通混凝土用砂质量标准及检验方法执行。实验内容主要包括：压碎指标、颗粒级配、表观密度、含泥量、堆积密度、含水率和吸水率。其骨料为人为筛分而成，其中含70％的废弃混凝土和30％的废弃砖。再生细骨料的尺寸大部分为0.070 mm～4.75 mm。利用筛分法对其进行筛分得到其细度模数为2.5，属于中砂，Ⅱ区级配区，具体如表1所示。

　　
　　天然细骨料的表观密度比再生细骨料的要大，而吸水率则比再生细骨料的要少很多，其再生细骨料的物理性能见表2。

　　
　　2.4 掺入粉煤灰对GHPC性能的影响
　　
　　1)坍落度
　　
　　水泥用量固定在286 kg／m³的情况下，胶凝材料中粉煤灰的含量越高，坍落度会出现一定的波动，在胶凝材料中粉煤灰的含量为39％时，其扩展度和坍落度均达到最大，扩展度为600 mm，坍落度为240 mm，保水性和粘聚性均良好。在GHPC中掺入粉煤灰可以提高其和易性。
　　
　　2)强度
　　
　　固定水泥用量为286 ks／m³不变，随着粉煤灰的含量越高，其28 d的强度在26.2 MPa～33.0 MPa变化，总的来说，GHPC 7 d的强度在28 d强度的70％以内，早期强度增加的较慢。
　　
　　3)抗氯离子渗透性
　　
　　随着粉煤灰含量的增加，其抗氯离子渗透性变化不明显，因此，其高空隙率是决定混凝土密实度的最主要因素。
　　
　　4)抗碳化性
　　
　　随着粉煤灰含量的增加，其抗碳化深度变化不大，碳化的深度仅为10 mm～13 mm，虽然抗碳化能力弱，但是可以满足规定要求。
　　
　　5)抗冻性
　
　　随着粉煤灰含量的增加，抗冻性能并没有得到明显的改善。
　　
　　3 GHPC的工程应用
　　
　　近些年，以低水泥用量、低用水量、低水胶比、大比例的加入矿物掺合料的GHPC技术在国内外得到广泛的应用。
　　
　　比如，国家游泳中心总建筑面积为6.5万m²—8万m²，总造价为1亿美元左右。它是北京奥运会三个主要场馆的第一个动工项目。其梁结构主要为预应力混凝土梁，大梁的混凝土强度等级为C40，梁板的混凝土强度为C30，其支撑的强度为C50。其中，浇筑的8根预应力混凝土大梁，就属于大体积混凝土，因为结构面积大，增加水泥用量其放出的水化热产生的较大温度变化和收缩作用，因此会产生温度梯度造成大体积混凝土出现裂缝。为避免出现裂缝并且符合强度要求，不仅需要改进施工技术，改变混凝土的配方比，同时还要加入适量的外加剂，因此采取了GHPC，有效的避免了裂缝的产生，并且可以完全达到其强度的需求。
　　
　　4 结语
　　
　　GHPC是未来混凝土的发展方向，也是我国建设资源节约型社会和环境友好型社会的具体体现。我国的GHPC发展还很不成熟，与西方发达国家和日本等国的研究还有些差距，在他们研究的基础之上我们再深入研究。因此，在发展和普及GHPC上，我们还有很长的路要走，为我国的发展和混凝土行业的发展做出一份贡献，使GHPC为我国带来更大的社会效益和经济效益。
　　
　　参考文献：
　　
　　[1] 吴中伟．绿色高性能混凝土与科技创新[J]．建筑材料学报，1998(1)：97-99．
　　
　　[2] 吴中伟．绿色高性能混凝土——混凝土的发展方向[A]．土木工程学会高强与高性能委员会高强与高性能混凝土研讨会[C]．1997．
　　
　　[3] 覃维祖．大力发展绿色高性能混凝土[J]．建筑技术，2005(1)：12．

编辑：金哲