混凝土的绿色化
水泥 2007-02-27
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摘要:阐述了混凝土与环境之间的关系,说明了混凝土绿色化的必然性,提出了绿色化的途径,最终期望加快实现混凝土的绿色化,达到混凝土的可持续发展。 关键词:混凝土; 环境影响; 绿色化 中图分类号: TU528. 1 文献标识码: A 文章编号: 1006 - 7329 (2006) 05 - 0129 - 03 21世纪是一个可持续发展的时代,节约能源、保护环境是时代的主题。随着人口的增长和人类物质活动规模的增大已引起了全球性的环境危机。今后人类将面临温室效应、酸雨、臭氧层破坏、气候异常、土地荒漠化、土壤衰竭等严重影响人类生存的环境。对材料科学者来说,有效地利用有限的资源,减少材料对环境的负荷,在材料的生产、使用和废弃过程中保持资源平衡,是一项义不容辞的责任。然而混凝土作为当前最大宗的人造材料,其生产消耗大量的资源和能源,污染环境,更应加强对混凝土的绿色化。混凝土的绿色化就是指混凝土在生产过程和应用过程的绿色化,既在保证混凝土性能的前提下,减少水泥用量;大量利用优质的工业废渣、再生骨料和代用骨料,减少自然资源和能源的消耗;提高混凝土安全使用寿命,减少因修补或拆除造成的浪费和二次污染;大力推广预拌混凝土,减少环境污染。 1 混凝土与环境 1. 1 混凝土对地球环境的影响 混凝土对环境的影响应从前期影响、生产过程影响和后期影响三个方面考虑。前期影响是指混凝土原材料对环境的影响。作为混凝土原材料之一的水泥胶凝材料是影响环境的主要因素,每生产1 t普通硅酸盐水泥要排放1 tCO2、0. 74 kgSO2 和130 kg粉尘[ 4 ] 。据统计我国CO2 排放量1998年为3. 9亿t, 2002年为5. 5亿t; SO2 排放量1997年86万t, 2002年68. 6万t;氮氧化物排放量1997年44～62万t;烟尘和粉尘排放量1997年全国水泥企业烟尘加粉尘总排放量约690～750万t,占全国工业企业烟尘加粉尘总排放量的24. 9%～27. 1% , 1998年约1 000万t,占全国工业粉尘排放量的78%[ 1 ] 。CO2 和SO2 排放量加剧了温室效应和酸雨的产生,严重的污染了大气环境。作为骨料的砂石,全世界每年的混凝土使用量约为20亿m3 ,按每生产1 t混凝土大约需要1 700～2 000 kg砂石骨料计算,则消耗砂石骨料约为34～40亿t。导致耕地和森林的毁坏,严重破坏生态平衡。生产过程影响是指混凝土从加水搅拌到浇注成型过程中的影响。目前全国大部分城市已经采用了预拌混凝土,但是还有相当一部分城市仍然应用传统混凝土现场搅拌工艺。混凝土在搅拌过程中产生很大的噪声和粉尘污染,影响周遍居住环境,产生噪音和粉尘污染。后期影响是指混凝土结构体拆除后对环境的影响。随着基础设施建设的加大,每年有大量的建筑垃圾被堆弃,对环境造成极大的污染和负荷,尤其混凝土作为建筑材料中的一大宗材料占有一定的比重。这些混凝土建筑垃圾的堆弃,占用了大量耕地,破坏了生态环境。 1. 2 地球环境对混凝土的影响 目前地球大气的环境问题主要有大气中CO2 浓度的增长、氟里昂气体引起的臭氧层破坏以及大气污染引起的酸雨等。其中,大气中CO2 浓度的增加会造成气温上升,加速混凝土的碳化过程。从而影响混凝土构件的耐久性,缩短建筑物的寿命。 1. 3 混凝土对人类居住环境的影响 随着外加剂在住宅和公共建筑物工程中广泛应用。混凝土中有一些对人体有害的组分逐渐释放出来,加之现代建筑物的密闭化,造成室内空气污染问题日益突出。特别是冬季施工的防冻剂散发出的氨气,已经受到社会各界的普遍关注。防冻剂产品的研究开发使得在寒冷气候下的混凝土冬季施工不必暂停,由此给建筑业创造了可观的经济效益。早期的防冻剂多以氯化钠为主,在人们意识到氯离子对钢筋的锈蚀作用后,开始以尿素作为防冻剂的有效成分。尿素在混凝土中水解,生成氨气和二氧化碳,氨气的挥发造成了建筑物室内的空气污染。由防冻剂中尿素引起的混凝土中氨气的释放是一个漫长的过程,如果没有有效的治理措施,氨的污染将伴随这类建筑物的使用者十几年甚至几十年[ 1 ] 。所以要注意混凝土对人类居住环境的影响。 2 混凝土绿色化的必然性 2. 1 环境污染的必然性 2. 1. 1 酸雨问题 酸雨是指pH值小于5. 6的降水,是排入大气中的二氧化碳、二氧化硫,特别是二氧化硫,遇氧气和水蒸气,而形成酸。酸雨可导致人和动植物伤亡、土壤水体酸化、混凝土结构破坏。 2. 1. 2 温室效应和全球变暖 空气中含有CO2 ,其含量为0. 03%。但近些年,大气中CO2 含量逐年增加,年增长率约0. 4%,他好象一层日益加厚的透明薄膜。太阳短波辐射可以透过大气层射入地面,而地面增温以后所放出的热辐射,却被大气中的CO2 等气体所抑制和吸收,难以逸出高空,使大气增温,日积月累,全球气候变暖,犹如花房效应一样,故称为温室效应[ 2 ] 。其危害表现为:第一、气候变暖,冰川冰帽和极地冻土消融,海平面上升,沿海的一些城市、城镇和乡村有可能被淹没。第二、森林湿地和极地冻土的破坏,会导致__生存在其中的许多动物加速灭绝。第三、气候变化会影响粮食生产。 从以上几个方面可以看出,作为混凝土胶凝材料的水泥生产,产生大量的CO2、SO2 气体严重的污染大气环境,如果不加以解决,造成的环境负荷问题将是灾难性的。 2. 2 资源和能源消耗的必然性 混凝土材料所使用的主要矿产资源包括:粘土、石灰石、石膏(前三者用于水泥生产) 、砂、石、水。具有关资料统计我国2003年水泥产量已达8. 63亿t。假设全部应用到混凝土中,水泥以每立方米用量260 kg计,则混凝土方量达到33亿m3。若以每立方米混凝土中水泥∶水∶砂石= 12∶7∶80 (质量比)计,则用水量达5. 03亿t,砂石材料57. 53亿t。混凝土生产过程中使用的主要能源在于混凝土搅拌、运输、泵送、震动等方面需要使用一些机械设备,这些机械设备需要消耗大量的电能,以及北方一些地区混凝土在冬季施工采用保温措施所消耗的热能。因此,对于水资源并不丰富,砂石材料在很多地方都出现紧缺的情况下,节约资源和能源问题就显得特别突出。 3 混凝土的绿色化途径 3. 1 降低水泥用量,大量利用工业废渣,减少资源和能源的消耗近年来,我国水泥产量增长速度十分惊人。2003年我国水泥的产量达到8. 63亿t,到2010年预计水泥产量将增至10亿t。1 t水泥,消耗石灰石0. 98 t,粘土0. 18 t,标准煤0. 15 t,电110 度[ 5 ] 。按此计算,我国2003年消耗石灰石8. 46亿t,粘土1. 55亿t,标准煤129亿t,电949. 3亿度。到2010年预计将消耗石灰石98亿t,粘土18亿t,标准煤15亿t,电1 100亿度,其资源和能源消耗可想而知。然而工业废渣的利用在建筑业占主导作用,如:粉煤灰、高炉矿渣、固硫渣等工业废渣具有潜在的火山灰活性和物理特性。如果把这些工业废渣大量的应用到水泥混凝土中代替一部分水泥,是一项可以在很大程度上减少资源和能源消耗的有效途径。 由此可以看出降低水泥用量,大量利用工业废渣,将大大减少由于混凝土越来越大需求带来的资源和能源的消耗,利于环保和可持续发展。 3. 2 使用海砂、再生骨料等多种代用骨料,保护自然资源 地球上的资源是有限的,许多资源是不可以再生的。工程建设是消耗资源和能源最大的活动,全世界每年混凝土用量达到20亿m3 ,大量材料的生产和使用,消耗大量资源和能源。用海砂取代山砂和河砂作混凝土的细骨料,是解决混凝土细骨料资源问题的有效办法。 全国每年从旧建筑物上拆下来的建筑垃圾的废混凝土就有1 360万t,加上每年新建房屋产生4 000万t的建筑垃圾所产生的废混凝土。如果把这些废混凝土应用到新拌混凝土中作为再生骨料,将是减少环境负荷的有效方法。我国上海市建筑构件制品公司1997年开始利用建筑工地爆破拆除的基坑支护等废弃混凝土制作混凝土空心砌块,其产品各项技术指标完全符合上海市标准《混凝土小型空心砌块工程及验收工程》(DBJ08 - 203 - 93) [ 3 ] 。因此,大力开发新的资源作为混凝土的骨料,实现资源的循环利用。 3. 3 使用绿色混凝土外加剂,防止室内环境污染,保护人体健康 混凝土外加剂在现代混凝土材料和技术中起着重要作用,提高混凝土强度、改善混凝土性能、节省生产能耗等。但是由于某些早强剂、防冻剂等外加剂中存在着一部分有毒的物质,将在混凝土搅拌成型直到建筑物的使用过程中被释放,污染环境、损害人体健康。 因此要严禁使用对人体可能产生危害或环境产生污染的物质的外加剂,使用绿色混凝土外加剂是混凝土绿色化的重要途径。 3. 4 提高混凝土结构的安全使用寿命,减少因修补或拆除旧混凝土结构物造成的浪费 由于混凝土建筑物因各种原因产生早期破坏时有发生。随着经济的发展和环保意识的提高,使人们逐渐认识到延长混凝土建筑物的安全使用寿命不仅是最经济的措施,也是减少环境污染的有效途径。于是提高混凝土的安全使用寿命,将会减少大量建筑垃圾的产生,实现环境保护。 3. 5 大力推广预拌混凝土,减少环境污染 预拌混凝土是一种在工厂将所有原材料配比混合好的作为商品出售的混凝土,它采用集中生产和统一供应,能为采用新技术与新材料,实行严格质量控制,改进施工方法,保证工程质量创造有利条件,在质量、效率、需求、能耗、环保等方面,具有无可比拟的合理性,与可持续发展有着密切的联系。采用商品混凝土一般可以提高劳动生产率一倍以上,节约水泥,降低工程成本,同时可以保证工程质量,节约施工用地,减少粉尘污染,实现文明施工。因此大力推广商品混凝土是减少环境污染的一项重要举措。 4 结语 随着科学技术的发展,可持续发展成为时代的主题。建筑领域为了达到可持续与环保,部分地区开始建设绿色生态住宅小区,营造与自然资源生态环境相协调、资源节约型、安全舒适、健康卫生、科学文明的居住环境。然而混凝土作为建筑物结构材料在建筑工程中发挥着重要作用。今后依然成为建筑工程中的主导材料。所以更应该加大对混凝土的绿色化,以达到节约资源、减少环境污染,保护环境的目的,最终实现混凝土的可持续发展。 参考文献: [1] 中国建筑材料科学研究院. 绿色建材与建材绿色化〔M〕北京:化学工业出版社, 2003. [2] 王天明. 生态环境材料〔M〕. 天津: 天津大学出版社,2000. [3] 杜婷,李惠强. 再生混凝土—一种绿色的建材〔J〕. 福建建材, 2002, (1) : 23 - 25. [4] 王华. 水泥我国可持续发展的双刃剑〔J 〕. 建筑, 2005,(3) : 51 - 53. [5] 和春梅,胡易明. 水泥及混凝土绿色化与外加剂应用〔J〕.建材发展导向, 2005, 3 (1) : 57 - 60 |
| 原作者： 汪发红 王智 王沁芳 |
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