生態(tài)混凝土的研究及應用
1 引言
進入21世紀,人類社會面臨前所未有的三大嚴重問題,即人口急劇增長、資源和能源過度消耗、環(huán)境日益惡化,嚴重威脅著社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展和人類自身的生存。走可持續(xù)發(fā)展道路已成為全世界的共識??沙掷m(xù)發(fā)展的主要方面是:在減少對環(huán)境污染的同時,通過保護和減少浪費來更有效地利用能源和材料。
作為21世紀用量最大的建筑材料——混凝土,與上述的資源、環(huán)境問題密切相關(guān): (1)混凝土的生產(chǎn)要消耗大量能源和資源。據(jù)統(tǒng)計我國每年要開采50億t以上的礦物質(zhì)材料來生產(chǎn)水泥和混凝土,為此將破壞自然景觀,改變河床位置及形狀,造成水土流失或河流改道等嚴重后果。另外,生產(chǎn)水泥和砂石的開采、破碎及運輸過程也都需要耗費大量能量。(2)生產(chǎn)水泥時,會排放出CO2等有害物質(zhì)。目前全世界每年CO2的排放量大約為100億t,其中由于生產(chǎn)水泥而產(chǎn)生的CO2氣體約占10% ,是產(chǎn)生溫室效應的主要原因。(3)舊混凝土的循環(huán)利用難度大。與金屬材料、高分子材料相比,混凝土解體再循環(huán)利用難度大,循環(huán)利用成本較高。(4)傳統(tǒng)混凝土材料的密實性使各類混凝土結(jié)構(gòu)缺乏透氣性和透水性,調(diào)節(jié)空氣溫度和濕度的能力差,產(chǎn)生“熱島現(xiàn)象”,地溫升高等,使氣候惡化。降雨時不透水的混凝土道路表面容易積水,雨水長期不能下滲,使地下水位下降,土壤中水分不足、缺氧,影響植物生長,造成生態(tài)系統(tǒng)失調(diào)。
由上可見,混凝土工業(yè)要實現(xiàn)健康可持續(xù)發(fā)展必須節(jié)約資源、能源、減少對環(huán)境的污染,發(fā)展生態(tài)混凝土;也就是說,不僅要提高混凝土的使用壽命,使其具有優(yōu)良的環(huán)境協(xié)調(diào)性,降低對環(huán)境的負荷,還要考慮自然循環(huán)、生物保護和景觀保護等生態(tài)問題。
2 生態(tài)混凝土的概念
生態(tài)混凝土的概念是日本混凝土工學協(xié)會于1995年提出的。所謂生態(tài)混凝土是通過材料研選、采用特殊工藝制造出來的具有特殊結(jié)構(gòu)與表面特性的混凝土,既能減少環(huán)境負荷,與生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào),又能為環(huán)保作出貢獻。
生態(tài)混凝土實質(zhì)上就是把混凝土技術(shù)與自然環(huán)境相結(jié)合,使混凝土生態(tài)材料化。就是從過去對混凝土的強度和耐久性要求,進一步與環(huán)境問題結(jié)合起來,降低環(huán)境負荷,與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào),提高與保存環(huán)境景觀。所以,生態(tài)混凝土的特征可歸納如下:(1)具有比傳統(tǒng)混凝土更高的強度和耐久性,能滿足結(jié)構(gòu)物力學性能、使用功能以及使用年限的要求; (2)具有與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)性,減輕對地球和生態(tài)環(huán)境的負荷,實現(xiàn)非再生型資源的循環(huán)利用;(3)具有良好的使用功能,能為人類構(gòu)筑溫和、舒適、便捷的生活環(huán)境。
生態(tài)混凝土可分為環(huán)境友好型和生物相容型兩類。環(huán)境友好型是指在生產(chǎn)和使用過程中可降低對環(huán)境負荷的混凝土;生物相容型是指能與動物、植物等生物和諧共存的混凝土。
3 生態(tài)混凝土的應用
3.1 減輕環(huán)境負荷型生態(tài)混凝土
減輕環(huán)境負荷型混凝土,是指在生產(chǎn)、使用直到解體過程中,能夠降低環(huán)境負擔或通過改善其性能來降低環(huán)境負擔的混凝土。從利用高爐礦渣、粉煤灰等工業(yè)廢渣作為水泥的混合材料、混凝土的摻合料,到開發(fā)利用高流態(tài)、自密性、高強度、高性能混凝土,從生態(tài)水泥、再生骨料混凝土到具有吸音性、調(diào)溫功能、能夠吸收有害氣體以及能儲蓄熱量的混凝土,均屬于減輕環(huán)境負荷型混凝土。下面僅介紹幾種。
3.1.1 生態(tài)水泥
生態(tài)水泥(ECO2Cement)是指采用城市垃圾焚燒灰、下水道污泥和工業(yè)廢棄物作原料,經(jīng)過處理、配料、燒成、粉磨等工藝,制成的一種新型水泥。這種水泥有利于解決廢棄物處理、石灰石資源和減少CO2排放量等問題。例如,生產(chǎn)1t生態(tài)水泥熟料時,需要垃圾焚燒灰0.5t (城市垃圾5.5t燒成后產(chǎn)品) 、脫水后的下水道污泥0.3t、補充石灰石等天然原料0.3t。
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