張宇 范建超 黃京勝

北京市建設(shè)工程質(zhì)量第一檢測所有限責(zé)任公司 北京 100039

引言

現(xiàn)階段我國建筑行業(yè)發(fā)展以綠色化、可持續(xù)為主要方向，縱觀當(dāng)前建筑工程建設(shè)，作為影響工程環(huán)保性的主要因素之一，工程材料的選用應(yīng)符合環(huán)保要求，進(jìn)而為建筑工程的生態(tài)環(huán)保建設(shè)提供支撐。其中綠色高性能混凝土的應(yīng)用，可在保證建筑工程施工符合質(zhì)量控制要求的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對施工污染的有效抑制，降低建筑工程對周邊環(huán)境的影響和污染。鑒于此，探討建筑工程材料中綠色高性能混凝土的應(yīng)用與發(fā)展，對助力我國建筑事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有著重要影響。

1 綠色高性能混凝土概述分析

1.1 特性分析

現(xiàn)階段建筑工程建設(shè)中綠色高性能混凝土應(yīng)用愈發(fā)普遍，其主要特性表現(xiàn)為：一是耐久性、穩(wěn)定性強(qiáng)。不同于常規(guī)混凝土材料而言，綠色高性能混凝土能夠通過對礦物質(zhì)超細(xì)粉、減水劑等物質(zhì)的添加，來優(yōu)化混凝土黏結(jié)度與密實度，以保證建筑耐久性、穩(wěn)定性控制符合要求[1]。二是節(jié)能環(huán)保特點。傳統(tǒng)混凝土的制備過程中需要消耗大量的能源，而綠色高性能混凝土采用能源高效的生產(chǎn)工藝，如高爐礦渣混凝土和高性能摻合料等，可實現(xiàn)減少碳排放和能源消耗。同時，綠色高性能混凝土還具備較低的熱傳導(dǎo)性能，能夠提高建筑物的隔熱性能，減少能源在空調(diào)和供暖方面的使用。三是資源可持續(xù)利用。建筑施工中利用綠色高性能混凝土來取代常規(guī)材料，可達(dá)成資源可持續(xù)利用目標(biāo)。在實際生產(chǎn)中，通過優(yōu)化原材料的使用和生產(chǎn)工藝，減少對天然資源的需求，如采用替代材料可以減少對石灰石和石膏等原材料的依賴。另外，還可借助粉煤灰和礦渣等廢棄物來減少對有限資源的消耗[2]。四是延長建筑運行年限。得益于綠色高性能混凝土的應(yīng)用，能夠加強(qiáng)對建筑強(qiáng)度和耐久性的控制，能夠承受更大荷載并適應(yīng)嚴(yán)酷環(huán)境條件，減少建筑物的維修和更換頻率，進(jìn)而在抑制資源消耗和廢棄物產(chǎn)生，實現(xiàn)將建筑維護(hù)成本控制在預(yù)期范圍內(nèi)。

1.2 制備分析

1.2.1 原材料選用。綠色高性能混凝土性能體現(xiàn)受到原材料選用的直接影響，鑒于此，在制備綠色高性能混凝土材料時，需考慮到以下幾點：一是水泥替代材料。即在制備綠色高性能混凝土?xí)r，需考慮對水泥材料的替代，如礦渣、粉煤灰和二氧化硅灰等，以減少對傳統(tǒng)水泥的需求，并達(dá)成降低碳排放和能源消耗目標(biāo)。如利用礦渣制備混凝土來減少廢棄物的產(chǎn)生，并優(yōu)化混凝土耐久性和力學(xué)性能[3]。二是摻合料選用。綠色高性能混凝土效果體現(xiàn)與摻合料選用之間存在密切關(guān)聯(lián)，對此可借助硅灰、粉煤灰和礦渣等摻合料來改善混凝土的流動性、減少水灰比、提高強(qiáng)度和耐久性。同時，摻合料選用還有助于減少對水泥的使用量，降低碳排放，如利用粉煤灰制備混凝土來降低對天然資源的消耗。三是骨料選擇。骨料選擇是否合理關(guān)乎綠色高性能混凝的作用發(fā)揮，對此可使用再生骨料來減少對天然骨料的需求，并改善混凝土的強(qiáng)度、耐久性和抗裂性能。四是化學(xué)控制劑。通過對化學(xué)控制劑的合理應(yīng)用，來實現(xiàn)混凝土性能改善。如依托于減水劑可以提高混凝土的流動性，降低水灰比，提高強(qiáng)度和耐久性，或借助減縮劑來抑制混凝土收縮和開裂現(xiàn)象發(fā)生[4]。

1.2.2 生產(chǎn)工藝與技術(shù)。綠色高性能混凝土植被是否符合要求，與生產(chǎn)工藝技術(shù)應(yīng)用之間存在密切關(guān)聯(lián)，鑒于此，需在結(jié)合相關(guān)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)、條件的分析，借助有效工藝技術(shù)來提升混凝土制備水平。首先，優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計。綠色高性能混凝土制備成效受到配合比設(shè)計的直接影響。對此需提高對設(shè)計配合比控制的重視度，以確?；炷恋膹?qiáng)度、流動性和耐久性，在實際設(shè)計過程中，要求相關(guān)人員充分考慮到水灰比、水膠比、摻合料的比例和骨料的粒徑分布等因素，以期混凝土性能控制符合要求。其次，攪拌與混合作業(yè)高效開展。為保證混凝土生產(chǎn)符合預(yù)期要求，可視情況借助高效攪拌與混合技術(shù)來加強(qiáng)混凝土均勻性、穩(wěn)定性控制。當(dāng)前綠色高性能混凝土拌制中，常用攪拌設(shè)備涉及強(qiáng)制式攪拌機(jī)和攪拌車。在攪拌過程中，需要控制攪拌時間、攪拌速度和攪拌順序，以確?；炷恋木鶆蛐院土鲃有?。再次，優(yōu)化控制固化過程。為進(jìn)一步加強(qiáng)綠色高性能混凝土的制備水平，需要控制適當(dāng)?shù)臐穸群蜏囟?，以確?；炷恋膹?qiáng)度和耐久性[5]。對此可結(jié)合生產(chǎn)需求的分析，借助常規(guī)濕養(yǎng)護(hù)、蒸汽養(yǎng)護(hù)和化學(xué)養(yǎng)護(hù)措施來提升其固化效果。最后，質(zhì)量控制與檢測 綠色高性能混凝土的制備過程中，質(zhì)量控制和檢測是必不可少的環(huán)節(jié)。通過嚴(yán)格的質(zhì)量控制和檢測，可以確?；炷恋男阅芎鸵恢滦浴３Ｓ玫馁|(zhì)量控制和檢測方法包括原材料檢測、混凝土抗壓強(qiáng)度測試、流動性測試和耐久性測試等。

2 綠色高性能混凝土在建筑工程的應(yīng)用

2.1 結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用

得益于綠色高性能混凝土的有效應(yīng)用，能夠在加強(qiáng)結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量控制的同時，促進(jìn)其工程效益的最大化體現(xiàn)，具體包括：

2.1.1 高層建筑結(jié)構(gòu)。因綠色高性能混凝土的強(qiáng)度和耐久性較高，可以滿足高層建筑對結(jié)構(gòu)材料的高要求。在實際施工中，可借助綠色高性能混凝土來增加結(jié)構(gòu)的承載能力和抗震性能，提高建筑的安全性和穩(wěn)定性[6]。

2.1.2 橋梁和隧道工程。作為當(dāng)前橋梁和隧道工程中主要材料之一，綠色高性能混凝土具備的耐久性、抗腐蝕性能可延長橋梁和隧道的使用壽命。同時，綠色高性能混凝土的高強(qiáng)度和抗裂性能，可以滿足橋梁和隧道對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性的要求。

2.1.3 堤壩和水利工程。相較于常規(guī)混凝土的應(yīng)用，綠色高性能混凝土的強(qiáng)度和抗?jié)B性能效果顯著，可有助于增強(qiáng)堤壩的穩(wěn)定性和抗沖刷能力。同時，綠色高性能混凝土的耐久性和抗腐蝕性能可以適應(yīng)水利工程中惡劣的環(huán)境條件，延長工程的使用壽命。

2.1.4 節(jié)能建筑結(jié)構(gòu)。得益于綠色高性能混凝土應(yīng)用，可利用其隔熱性能來降低建筑物的能耗，減少對空調(diào)和供暖系統(tǒng)的依賴。此外，綠色高性能混凝土的高強(qiáng)度和耐久性可以實現(xiàn)更輕薄的結(jié)構(gòu)設(shè)計，減少建筑材料的使用量，降低對資源的消耗。

2.2 基礎(chǔ)設(shè)施工程應(yīng)用

當(dāng)前基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)中綠色高性能混凝土應(yīng)用較為常見，可憑借其優(yōu)異性能與環(huán)保特點，來增大基礎(chǔ)設(shè)施工程社會、生態(tài)效益創(chuàng)造?？v觀當(dāng)前綠色高性能混凝土在基礎(chǔ)設(shè)施工程中的應(yīng)用，具體表現(xiàn)為。

2.2.1 道路和橋梁?？v觀當(dāng)前道路和橋梁工程建設(shè)，綠色高性能混凝土多應(yīng)用于路面和橋梁的結(jié)構(gòu)，因其強(qiáng)度和耐久性能顯著，可滿足道路和橋梁對承載能力和抗沖刷能力的要求。同時，綠色高性能混凝土的抗裂性能和抗?jié)B性能可以延長路面和橋梁的使用壽命，減少維護(hù)和修復(fù)成本。

2.2.2 港口和碼頭設(shè)施。在港口和碼頭設(shè)施的建設(shè)中，防波堤、碼頭墩、堆場地面等結(jié)構(gòu)施工均涉及對綠色高性能混凝土的有效應(yīng)用，憑借其優(yōu)異的耐蝕性和耐久性能來應(yīng)對海水侵蝕和惡劣環(huán)境的挑戰(zhàn)。同時，借助該材料的高強(qiáng)度和穩(wěn)定性能可保證港口和碼頭設(shè)施的安全、可靠運行。

2.2.3 隧道和地下工程。在隧道和地下工程中，綠色高性能混凝土的應(yīng)用可滿足隧道和地下結(jié)構(gòu)對承載能力的要求，可保證工程結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性能和耐久性能可應(yīng)對地下水壓力和化學(xué)侵蝕，保證隧道和地下工程的穩(wěn)定性和安全性。

2.2.4 鐵路和軌道交通。在鐵路和軌道交通建設(shè)中，鐵路道床、軌道基底和站臺等結(jié)構(gòu)的施工可加大對綠色高性能混凝土的應(yīng)用力度，可保證工程結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐久性能控制符合預(yù)期要求，憑借其材料的抗裂性能和抗沖刷性能來降低列車振動和沖擊荷載的影響，以促進(jìn)鐵路和軌道交通的可持續(xù)發(fā)展。

3 建筑工程材料中綠色高性能混凝土的可持續(xù)發(fā)展

3.1 技術(shù)創(chuàng)新與改進(jìn)

隨著環(huán)保理念在我國建筑工程領(lǐng)域的全面滲透，綠色高性能混凝土的持續(xù)創(chuàng)新與改進(jìn)，已然是推動建筑事業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。鑒于此，需結(jié)合以下幾點來促進(jìn)混凝土材料的創(chuàng)新、改進(jìn)發(fā)展。

一是型摻合料的研發(fā)。為實現(xiàn)對碳排放和資源消耗的優(yōu)化控制，研發(fā)新型的水泥替代材料是實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新的重要前提。鑒于此，應(yīng)盡可能利用工業(yè)廢棄物、粉煤灰、礦渣等作為摻合料，以降低對天然資源的依賴，并實現(xiàn)對混凝土性能的有效改善。

二是納米技術(shù)的應(yīng)用。要想進(jìn)一步推動綠色高性能混凝土的創(chuàng)新，可通過添加納米顆粒來改善混凝土的力學(xué)性能、耐久性和抗裂性能。同時，納米材料還可以提高混凝土的自潔性和抗污染性能，使其更適用于城市環(huán)境。

三是混凝土的自修復(fù)能力。即以自修復(fù)為方向，加大對綠色高性能混凝土的研發(fā)力度，通過添加微膠囊、纖維和微生物等物質(zhì)，可實現(xiàn)混凝土在受損后自動修復(fù)的功能，繼而在延長混凝土使用壽命的同時，減少維修和更換的成本。

四是數(shù)字化設(shè)計和施工技術(shù)?？纱龠M(jìn)數(shù)字化設(shè)計和施工技術(shù)與綠色高性能混凝土的融合發(fā)展，以建模和仿真軟件為前提，優(yōu)化混凝土的配合比設(shè)計，提高結(jié)構(gòu)的性能和耐久性。

3.2 可持續(xù)發(fā)展趨勢需求

環(huán)境可持續(xù)發(fā)展背景下，綠色高性能混凝土要想達(dá)成可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，需明確界定自身發(fā)展趨勢與需求，具體為：①碳排放和能源消耗的減少。即將碳排放和能源消耗控制作為可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)之一，未來發(fā)展過程中，需提高對低碳材料研發(fā)和應(yīng)用的重視度，如采用水泥替代材料和高效能源利用的混凝土施工工藝，以降低碳足跡和減少能源消耗。②廢棄物管理和資源回收利用。在多方面因素的影響下，使得混凝土制備不可避免的產(chǎn)生一定數(shù)量廢棄物。鑒于此，需在研究、創(chuàng)新過程中更加關(guān)注廢棄物的管理和資源的回收利用。并致力于開發(fā)新的工藝，將廢棄物轉(zhuǎn)化為可再生的混凝土摻合料，以實現(xiàn)對天然資源的有效取代。③混凝土的耐久性和維護(hù)成本。可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實現(xiàn)，需以建筑材料長壽命、低維護(hù)成本為前提。所以需將混凝土耐久性和抗老化性能的提升作為研究重點，減少維修和更換的頻率和成本，可通過改進(jìn)材料配比、添加耐久性摻合料和自修復(fù)技術(shù)等手段實現(xiàn)。④綠色認(rèn)證和標(biāo)準(zhǔn)的推廣。為推動可持續(xù)發(fā)展，綠色認(rèn)證體系和標(biāo)準(zhǔn)將在綠色高性能混凝土發(fā)展中發(fā)揮重要作用。鑒于此，需在混凝土的生產(chǎn)、應(yīng)用中依托于綠色認(rèn)證與標(biāo)準(zhǔn)，來強(qiáng)化監(jiān)管和評估工作開展，以鼓勵企業(yè)采用環(huán)保的生產(chǎn)工藝和材料，確保綠色高性能混凝土的質(zhì)量和可持續(xù)性。

4 結(jié)束語

綜上所述，綠色高性能混凝土已然成為現(xiàn)階段建筑工程建設(shè)的關(guān)鍵材料之一，是助力我國建筑領(lǐng)域環(huán)保化、可持續(xù)發(fā)展的重要支撐。鑒于此，需在明確綠色高性能混凝土特性的基礎(chǔ)上，做到對混凝土制備與應(yīng)用的深度剖析，并立足可持續(xù)發(fā)展視角加大對綠色高性能混凝土的研發(fā)力度，進(jìn)而為建筑工程的高品質(zhì)、高效益建設(shè)提供保障。