1、<p>　　新型混凝土技術(shù)與建筑節(jié)能</p><p>　　摘要：本文分別從定義界定、制備方法、特性優(yōu)勢(shì)、潛在應(yīng)用等方面概述性地介紹了5種新型混凝土技術(shù)（材料），并在此基礎(chǔ)上簡(jiǎn)明扼要地闡釋了這一系列新興技術(shù)的開(kāi)發(fā)和推廣對(duì)于促進(jìn)建筑節(jié)能、綠色建筑發(fā)展的意義和價(jià)值。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：混凝土，綠色建筑，再生混凝土 </p><p>　　中圖分類號(hào)：

2、TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： </p><p><b>　　1 前言 </b></p><p>　　為了使建筑物在全壽命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源（包括節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材），保護(hù)環(huán)境和減少污染，作為建筑物有機(jī)構(gòu)成部分的建筑材料的特性與選用至關(guān)重要。一方面，建筑物能效的優(yōu)劣與所選用的建筑材料，尤其是圍護(hù)材料的熱工性質(zhì)密切相關(guān)。如果材料選用不合理，則再完美

3、的節(jié)能技術(shù)和舉措也難有用武之地；另一方面，就建筑物的全壽命周期而言，建筑材料的生產(chǎn)、使用和后續(xù)回收循環(huán)利用的效率、能耗和價(jià)值更值得關(guān)注和重視。如果材料的生產(chǎn)成本和能耗過(guò)高、使用壽命過(guò)短、回收利用率又很低，則這類材料將沒(méi)有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和應(yīng)用前景。 </p><p>　　混凝土作為世界上用量最大、用途最廣的建筑材料，它的改性與優(yōu)化對(duì)于建筑節(jié)能、建筑產(chǎn)業(yè)綠色化具有舉足輕重的作用和意義。傳統(tǒng)混凝土（普通混凝土）的原材料均直

4、接或間接來(lái)自于天然非再生資源，其中尤以水泥的生產(chǎn)能耗最高，且生產(chǎn)過(guò)程排放出巨量溫室氣體（據(jù)統(tǒng)計(jì)平均每生產(chǎn)1噸水泥即產(chǎn)生1噸CO2氣體）[1]，加之廢棄混凝土的再生利用率極低，因此混凝土一貫被視為高能耗低能效高污染的建筑材料。近年來(lái)，隨著混凝土技術(shù)的進(jìn)步和使用要求的多樣化，新型節(jié)能環(huán)保的特殊混凝土材料方興未艾、層出不窮，本文在概述性介紹這類混凝土材料的典型代表的基礎(chǔ)上，闡釋它們的應(yīng)用對(duì)于推動(dòng)建筑節(jié)能、發(fā)展綠色建筑的意義和價(jià)值。 </

5、p><p>　　2 再生混凝土與建筑節(jié)能 </p><p>　　建筑物因達(dá)到使用年限或遭受各種自然災(zāi)害的破壞而被拆除，市政工程的動(dòng)遷和重大基礎(chǔ)設(shè)施的改造，商品混凝土企業(yè)由于生產(chǎn)質(zhì)量、調(diào)度失誤等原因均不可避免地產(chǎn)生巨量廢棄混凝土。對(duì)這些廢棄混凝土的傳統(tǒng)處理方法主要是將其運(yùn)往郊外堆放或填埋，這不僅侵占大量寶貴耕地，而且導(dǎo)致環(huán)境污染和生態(tài)失衡[2]。因此如何有效地對(duì)廢棄混凝土進(jìn)行妥善處理和合理利用是

6、倡導(dǎo)建筑節(jié)能、發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)的重大課題之一。對(duì)廢棄混凝土進(jìn)行再生利用，不僅是妥善處理廢棄混凝土的有效途徑，更是節(jié)約非再生資源、減少全壽命周期內(nèi)建筑能耗的重要舉措。將廢棄混凝土經(jīng)破碎、分級(jí)分離并按一定的比例配合后形成的骨料稱為再生混凝土骨料（簡(jiǎn)稱再生骨料，如圖1所示），根據(jù)顆粒公稱直徑大小區(qū)分為再生細(xì)骨料（粒徑為0.5～5mm）和再生粗骨料（粒徑為5～40mm）。以再生骨料部分或全部替代原生骨料制備而成的混凝土稱為再生骨料混凝土（簡(jiǎn)稱再生混

7、凝土，Recycled Concrete）。 </p><p>　　圖1 廢棄混凝土的回收再生 </p><p>　　大力發(fā)展和推廣再生混凝土，不僅能有效解決建筑垃圾的堆放和處理問(wèn)題，而且能大大減少對(duì)天然骨料的開(kāi)采，既保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，又解決了建筑工程對(duì)混凝土骨料的大量需求。當(dāng)然，與原生骨料相比，主要由表面無(wú)水泥漿的顆粒、表面附著水泥漿的顆粒和水泥石顆粒組成的再生骨料具有較小的表觀密度（約為

8、原生骨料的80%～85%）、更高的吸水率（約為原生骨料的4倍～10倍）。再生骨料的這些特征對(duì)于制備再生混凝土而言，意味著拌合用水量的增加和工作性的劣化，從而影響混凝土的澆筑和耐久性[3]。但隨著相關(guān)技術(shù)瓶頸的突破（例如通過(guò)強(qiáng)化措施改善再生骨料的表面狀態(tài)從而降低其吸水率[3]），再生混凝土的應(yīng)用必將大行其道。 </p><p>　　3 大摻量粉煤灰混凝土與建筑節(jié)能 </p><p>　　粉煤

9、灰（Fly Ash）作為火力發(fā)電工業(yè)的主要副產(chǎn)品，由于其較高的火山灰活性和低廉的價(jià)格，被廣泛用作制備高性能混凝土的礦物摻合材料。粉煤灰的摻量從起初建議的15%～20%，進(jìn)而增加到25%～35%，并最終高達(dá)50%以上[4]。以大量的粉煤灰取代硅酸鹽水泥制備混凝土，一方面有效地減少了水泥的消耗量，進(jìn)而大大減少了水泥工業(yè)產(chǎn)生的溫室氣體的排放；另一方面，火力發(fā)電廠排放的大量煙塵得到了妥善處置，避免了直接排放引起的大氣污染。更重要的是，隨著粉煤灰

10、摻量的增加，混凝土的工作性、耐硫酸鹽腐蝕性均得以顯著提高或改善。當(dāng)摻量超過(guò)50%，所制備的混凝土在物理力學(xué)特性和耐久性等方面的突破更是令人難以置信。為區(qū)別起見(jiàn)，Malhotra和Mehta將粉煤灰摻量高于50%的混凝土稱作大摻量粉煤灰混凝土（High Volume Fly Ash Concrete，以下簡(jiǎn)稱HVFAC）[5]。 </p><p>　　由于HVFAC應(yīng)用的日益增多，有關(guān)這種新型混凝土的研究工作也開(kāi)展

11、得越來(lái)越多。目前的研究工作，主要集中于新拌HVFAC的工作性和硬化HVFAC的力學(xué)性質(zhì)，有關(guān)HVFAC的耐久性也較多。另一方面從建筑節(jié)能的角度考慮，研究HVFAC的熱工性質(zhì)（諸如熱容量、導(dǎo)熱性等）對(duì)于評(píng)價(jià)采用這類材料建造的建筑物的潛在保溫隔熱、節(jié)約能耗等特性是極有意義的。例如：由于粉煤灰的密度比水泥小得多，可以預(yù)見(jiàn)HVFAC的導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)比普通混凝土低得多，因此HVFAC的絕熱性更好，故采用HVFAC建造的公共建筑和住宅可以有效減少采暖和

12、制冷所需要的能耗。隨著HVFAC的發(fā)展和應(yīng)用，這類研究工作正在逐步開(kāi)展，例如：Demirboga等人曾通過(guò)測(cè)定HVFAC各組成材料的熱工性質(zhì)來(lái)預(yù)測(cè)硬化HVFAC的熱工性質(zhì)[6]；Gul曾將HVFAC試樣在110℃的條件下干燥至恒重再采用熱線法測(cè)定其導(dǎo)熱系數(shù)和熱傳導(dǎo)系數(shù)，并發(fā)現(xiàn)HVFAC的導(dǎo)熱系數(shù)比普通混凝土大大減小[7]。 </p><p>　　4 泡沫混凝土與建筑節(jié)能 </p><p>

13、　　泡沫混凝土（Foam Concrete）是通過(guò)發(fā)泡機(jī)的發(fā)泡系統(tǒng)將發(fā)泡劑用機(jī)械方式充分發(fā)泡，并將泡沫與水泥漿均勻混合，然后經(jīng)過(guò)發(fā)泡機(jī)的泵送系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)澆施工或模具成型，經(jīng)自然養(yǎng)護(hù)所形成的一種含有大量封閉氣孔的新型輕質(zhì)保溫材料。該混凝土用泡沫劑（發(fā)泡劑、微沫劑）水溶液制備成微小泡沫，再將泡沫引入包含膠凝材料、骨料、摻合料、外加劑和水等制成的料漿中，經(jīng)攪拌、成型、養(yǎng)護(hù)而成的輕質(zhì)多孔材料[8]（如圖2所示）。 </p><

14、p>　　圖2 泡沫混凝土的孔隙特征和泡沫劑 </p><p>　　由于所形成的孔隙微小封閉、分布均勻，使得泡沫混凝土具有比普通混凝土低得多的導(dǎo)熱系數(shù)、高得多的比熱容和熱阻，因此特別適宜用作建筑物的圍護(hù)構(gòu)件（如墻體、屋面板），可大大改善建筑物的節(jié)能效果。采用加強(qiáng)材料（如各種纖維、鋼筋）對(duì)泡沫混凝土進(jìn)行強(qiáng)化，還可以獲得結(jié)構(gòu)自保溫材料。隨著高度的不斷攀升和突破，建筑物的地基承載力和抗震性能往往難以滿足要求，此時(shí)泡

15、沫混凝土制品又可發(fā)揮其質(zhì)輕的優(yōu)勢(shì)，從而大大減小建筑物的自重并提高其抗震性能。 </p><p>　　在眾多的泡沫混凝土類型中，使用最多、用量最大的是水泥基泡沫混凝土。水泥基泡沫混凝土是指以水泥為主要膠凝材料的泡沫混凝土，通常所說(shuō)的泡沫混凝土實(shí)際上指的就是水泥基泡沫混凝土。泡沫混凝土在我國(guó)起步較晚，但近年來(lái)發(fā)展迅速，目前主要被應(yīng)用于墻體和屋面保溫、地板輻射采暖的隔熱層。 </p><p>　

16、　5 透光混凝土與建筑節(jié)能 </p><p>　　何謂透光混凝土（Light-transmitting Concrete）？難道像玻璃那樣能讓光線穿透嗎？且看圖3，我們能清晰地從該圖中隔墻的正面看到站在背面的人。 </p><p>　　圖3 透光混凝土隔墻的透光性 </p><p>　　砌筑這面隔墻的材料并非玻璃磚，正是透光混凝土。這種令人耳目一新的混凝土材料由匈牙

17、利&Aacute;ron Losonczi教授發(fā)明，并被命名為L(zhǎng)itracon。這種混凝土材料內(nèi)含特殊方式排列的光導(dǎo)纖維，其體積含量約為4%。由于光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)光線的能力超強(qiáng)，可達(dá)20m之遠(yuǎn)而不發(fā)生損失。因此用Litracon砌塊砌筑的墻體可達(dá)數(shù)米厚而不削弱其透光能力。光導(dǎo)纖維的存在對(duì)這種特殊材料的強(qiáng)度并無(wú)負(fù)面影響，因此其抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度分別可高達(dá)50MPa和7MPa。因此，Litracon砌塊不僅可用于砌筑非承重隔墻，更可用于

18、砌筑承重墻體，而且可以根據(jù)使用需要，制作成不同的形狀、尺寸和色澤[9]。 </p><p>　　由于可見(jiàn)光能從透光混凝土內(nèi)部透射，使得建筑物室內(nèi)的光環(huán)境得以大大改善，從而可以有效減少人工照明的能耗。與玻璃幕墻不同，透光混凝土圍護(hù)墻體盡管具有卓越的透光效果，但由于大部分太陽(yáng)光輻射熱量均被其自身吸收，所以尚能基本維持室內(nèi)熱環(huán)境。此外，透光混凝土對(duì)于美化建筑物外立面，創(chuàng)造建筑物與周圍環(huán)境共生融合的效果也發(fā)揮積極作用。

19、</p><p>　　6 綠色混凝土與建筑節(jié)能 </p><p>　　與其說(shuō)綠色混凝土（Green Concrete）是一個(gè)混凝土品種，不如說(shuō)它是一個(gè)理念，一個(gè)代表混凝土未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)和方向的理念。從這層意義上講，綠色混凝土是可持續(xù)發(fā)展思想和戰(zhàn)略在混凝土技術(shù)上的體現(xiàn)。因此綠色混凝土這一理念的內(nèi)涵極為豐富，主要體現(xiàn)為： </p><p>　?。?）地方特色材料、工業(yè)副產(chǎn)

20、品和廢料的利用。粉煤灰、水淬高爐礦渣微粉、硅粉、偏高嶺土等材料部分取代水泥用作膠凝材料已大行其道。這些材料用于混凝土工業(yè)都屬于廢物利用，甚至變廢為寶，既解決了這些廢料可能帶來(lái)的潛在環(huán)境問(wèn)題，又有效提高了混凝土的使用性能和降低了生產(chǎn)成本。 </p><p>　?。?）廢棄混凝土的回收再生。習(xí)慣上，從廢舊建筑物拆除的混凝土絕大多數(shù)被作為建筑垃圾堆放和填埋，這樣做既侵占了大量寶貴耕地，又破壞了生態(tài)平衡。目前，以這些廢棄

21、混凝土經(jīng)破碎、分級(jí)和組配而成的再生骨料部分或全部替代原生骨料配制再生混凝土的技術(shù)方興未艾。這樣做不僅能有效解決建筑垃圾的堆放和處理問(wèn)題，而且能大大減少對(duì)天然骨料的開(kāi)采，既保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，又解決了建筑工程對(duì)混凝土骨料的大量需求。 </p><p>　　（3）水泥生產(chǎn)成本的降低。優(yōu)化水泥的生產(chǎn)工藝，采用更好的煅燒技術(shù)，循環(huán)利用煅燒余熱等措施或手段都可用于降低水泥生產(chǎn)成本。 </p><p>　

22、?。?）水泥和混凝土工業(yè)中溫室氣體的減排。水泥和混凝土工業(yè)不僅是高能耗產(chǎn)業(yè)（每噸水泥的生產(chǎn)耗能約為1GJ），同時(shí)也是CO2高排放量產(chǎn)業(yè)（大氣中約7%的CO2來(lái)自于水泥工業(yè)）。因此如何采取有效措施，減少水泥生產(chǎn)過(guò)程中CO2的排放量，對(duì)于改善全球氣候劇變的現(xiàn)狀具有不容忽視的意義。 </p><p>　?。?）水泥替代材料的開(kāi)發(fā)?！皼](méi)有水泥就無(wú)所謂混凝土”這個(gè)命題是否值得質(zhì)疑？既然水泥的生產(chǎn)成本之高和所帶來(lái)對(duì)人類生存環(huán)

23、境的威脅之大，是不是應(yīng)該尋找和開(kāi)發(fā)水泥這種傳統(tǒng)材料的替代品呢？為了我們賴以生存的地球，這些都是全人類應(yīng)該關(guān)注和解決的問(wèn)題。 </p><p>　　（6）混凝土耐久性的提高。對(duì)于建筑物和建筑材料而言，耐久性是一個(gè)永恒的話題。建筑物和構(gòu)成它的建筑材料的使用壽命延長(zhǎng)，就可以有效減少建筑物的重建和建筑材料的生產(chǎn)和使用。如果將建筑物的建造和建筑材料的生產(chǎn)視為“開(kāi)源”，那么建筑物和建筑材料耐久性的提高就屬于“節(jié)流”?！伴_(kāi)源”

24、與“節(jié)流”并行，才是真正意義上的可持續(xù)發(fā)展。這些規(guī)律和論斷對(duì)于混凝土這一特定的建筑材料同樣適用。 </p><p><b>　　7 結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，混凝土還將繼續(xù)扮演建筑材料的絕對(duì)主角，其地位將難以撼動(dòng)。如何開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)出既滿足工程應(yīng)用的多樣性、多元化的要求，又符合可持續(xù)發(fā)展和綠色節(jié)能戰(zhàn)略的混凝土材料是亟待解決的問(wèn)題。上文所介

25、紹的幾種特殊混凝土只是當(dāng)今混凝土技術(shù)發(fā)展的冰山一角，為滿足建筑節(jié)能之需求而開(kāi)發(fā)的混凝土材料也將日益增多，我們不妨一起拭目以待。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]P.K.Mehta,P.J.M.Monteiro.Concrete:microstructure,properties,and materials[M].New Yo

26、rk:McGraw-Hill,2006:633-644. </p><p>　　[2]中國(guó)建筑科學(xué)研究院.GB/T 50378—2006 綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2006. </p><p>　　[3]中國(guó)建筑科學(xué)研究院.JC/T 1062—2007 泡沫混凝土砌塊行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2007. </p><p>　　

27、[4]劉子全,王波,李兆海等.泡沫混凝土的研究開(kāi)發(fā)進(jìn)展[J],混凝土,2008(12):24-26. </p><p>　　[5]張敏,江晨暉.建筑材料[M].北京:建筑工業(yè)出版社,2011:100-111. </p><p>　　[6]Buck, A. D.. Recycled Concrete as a Source of Aggregate[J]. Journal of the Am

28、erican Concrete Institute, 1977(5): 212-219. </p><p>　　[7]Mauricio Lopez, Lawrence F. Kahn, Kimberly E. Kurtis. Effect of Internally Stored Water on Creep of High-Performance Concrete[J]. ACI Materials Journ