绿色混凝土要点ppt课件

绿色建筑材料与高性能混凝土绿色建筑材料与高性能混凝土Environmentally Friendly Building Materials and High Performance Concrete绿色建筑材料与高性能混凝土Environmentally1一一绿色建筑材料绿色建筑材料l1建筑材料的历史沿革l2传统建筑材料所带来的问题l3绿色建筑材料的基本特征l4绿色建筑材料与可持续发展l5绿色建筑材料的应用与展望一绿色建筑材料1建筑材料的历史沿革2二二高性能混凝土技术高性能混凝土技术l1混凝土高性能化的必要性l2 什麽是高性能混凝土和绿色高性能混凝土l3高性能混凝土的制备原理及其技术性能l4高性能混凝土的泵送施工技术l5高性能混凝土的工程应用与展望二高性能混凝土技术1混凝土高性能化的必要性3一一绿色建筑材料绿色建筑材料1.建筑材料的历史沿革建筑材料的历史沿革l建筑材料的发展是随着社会生产力的的发展和生产关系的变革而不断进步的。它在历史的发展中经历了3次较大的变革，第一次是从原始社会穴居巢处的天然土石、草泥藤条到封建社会的人工烧制砖瓦；第二次是从漫长的石灰石膏气硬性胶材时代到19世纪水泥的出现；第三次是从钢筋砼的出现到20世纪30年代高分子材料的发明以及随之而来的各种有机无机复合材料的出现。目前正经历着以各种高性能材料和智能材料的出现为标志的第四次重要变革。l人类社会发展的历史证明，材料是人类生存和发展的物质基础，也是人类社会现代文明的重要标志，每一种重要的新材料的发现和应用，都会引起生产技术的革命，加速社会发展的进程，并对社会经济的各方面产生重要影响，材料和能源、信息技术构成了现代科技的的3大支柱。一绿色建筑材料1.建筑材4一一绿色建筑材料绿色建筑材料1.建筑材料的历史沿革建筑材料的历史沿革l建筑材料作为材料领域的重要分支，从原始半坡村落小屋的草泥、椽木、藤条到现代构筑高楼大厦的钢筋、水泥，从本能的燕雀衔泥到人工的纤维增强，从遮风避雨到保温隔热，从远古的石器、青铜器到当今的钢材时代，记载着人类社会所走过的每一个脚印，它的生产和应用不仅直接反映了社会发展进程，而且还在较大程度上影响着矿产资源和能源的利用以及环境问题的产生和解决，因此建筑材料的发展方向就在一定程度上成为决定社会经济能否可持续发展产生重要因素。一绿色建筑材料1.建筑材5一一绿色建筑材料绿色建筑材料2.传统建筑材料所带来的问题传统建筑材料所带来的问题l建筑材料作为经济发展的物质基础和先导，为社会带来巨大财富，推动了人类文明的进程。然而，从资源、能源和环境的角度分析，传统建筑材料（主要指水泥、混凝土、粘土砖及产生污染的化学建材）的生产和使用不仅是矿产资源和能源的主要消耗者，而且也是人类生存空间的主要争夺者，是人居环境污染的重要责任者。据统计，我国建材产品每年消耗粘土、石灰石和砂石资源约50亿吨，消耗能源达2.3亿吨标准煤(约占全国工业能耗的1/6),破坏农田达6700公顷，仅水泥和石灰每年排放CO2就达6亿吨，占全国工业排放CO2量的40%左右，年粉尘、烟尘及SO2排放量超100万吨，废渣排放量达1000万吨。我国的社会总产品只是原料投入的30%，大部分原料变成了废弃物，既浪费了宝贵的资源和能源，又污染了环境。到2010年我国水泥产量从目前的年产6亿吨增至8亿吨，全世界水泥产量从目前的年产15亿吨增至18亿吨，仅水泥工业就将增加大气层中CO2量15亿吨，将严重影响地球环境，使地球温室效应加剧。传统的建材工业已经成为资源用量最多、能源消耗最多、大气污染最为严重的产业之一。一绿色建筑材料2.传统建6一一绿色建筑材料绿色建筑材料2.传统建筑材料所带来的问题传统建筑材料所带来的问题l另一方面，人们为改善居住条件一直在进行着不懈的努力，人们对居室的要求不再是遮风避雨、维持生存，而是追求更为舒适和有利于身心健康，从传统的砖瓦灰砂石到如今令人眼花缭乱的各种新型建材就是很好的证明。然而，由于传统装修材料散发出大量的有害物质和有毒气体，致使出现了很多装修病，轻则使人气喘、胸闷，重则感染、发烧、呕吐甚至诱发病变。人造板及107胶中的甲醛，油漆中的苯、二甲苯及氯乙烯已被国际癌症研究中心定为人的致癌物。这些物质在表干后仍缓慢释放，在室内通风不良的情况下浓度较高，且往往得不到重视，危害很大。铅及铬等重金属盐类或氧化物是颜料、油漆、涂料的重要成份，它们对神经系统、心血管系统尤其对婴幼儿的智力影响很大。花岗岩等石材及新拌砼可使居室氡浓度增加，氡及其仔体是形成肺癌的重要原因。凡此种种不一而足。科技发展到今天，人们在享受现代物质文明的同时，也意识到了建筑及装饰材料对人居环境所产生的负面效果，认识到美化居室决不能以牺牲环境和健康作代价，健康意识渐浓的现代人，正急切地期待绿色材料进入家庭。一绿色建筑材料2.7一一绿色建筑材料绿色建筑材料3.绿色建材的基本绿色建材的基本特征特征l到目前为止，人们尚未对绿色建材的定义加以准确表述，但与传统建材相比,我认为它应具有以下几方面的基本特征：l（1）在生产过程中，以高新技术为基础，尽可能少地使用天然资源和能源，大量采用尾矿、废渣和废液等废弃物；不产生过量的有毒有害物质或废料；不得使用甲醛、卤化物或芳香族碳氢化合物，产品中不得含有汞、铅、铬及其化合物。l（2）在使用过程中，应最大程度地满足人居所要求的健康、舒适、卫生、安全、环保与美观，且应具有灭菌、除臭、防火、调温、调湿等多种功能和良好的耐久性能。l（3）在完成使用寿命后，可再生循环利用或易于转化为对环境无显著影响的物质。一绿色建筑材料3.绿色建材的基本特8一一绿色建筑材料绿色建筑材料3.绿色建材的基本绿色建材的基本特征特征l由绿色建材的基本特征可以看出，传统建材主要追求的是材料的使用性能，而绿色建筑材料追求的不仅仅是良好的使用性能，它在材料的生产、使用、废弃到再生的整个生命周期中特别强调与人居环境协调共存，实际上它是一种对资源、能源消耗少，对环境影响小，再生资源利用率高的具有优异使用性能的新型建筑材料。绿色建材不仅仅是指某一具体的产品，它主要指对环境的贡献和功能。比如粉煤灰、矿渣的资源化既可以解决占用农田、污染环境的问题，又能够解决土木工程资源短缺的问题，因而它具备绿色建材的特征。一绿色建筑材料39一一绿色建筑材料绿色建筑材料4.绿色建筑材料与可持续发展绿色建筑材料与可持续发展l首先，从资源的开发利用与再生及对环境影响的角度来看，绿色建材不仅可以充分利用传统建材较少利用的低品位矿石，有效地节约了宝贵的矿产资源，而且还可以大量利用矿渣、粉煤灰、磷渣、碱渣、酸渣等工业废渣与副产品，以及生活中的废弃物及其它可再生资源为原料，从而既解决了可持续性生产中的资源不足的问题，又减少了因煅烧天然矿物所消耗的能源及其过程中所产生的大量CO2、SO2对环境造成新的污染。同时它在完成使用寿命后还能够再生利用或易于降解为对环境无污染的物质，比如可将废弃的建筑物及构件进行分捡、破碎、筛分处理，不仅可为砼提供丰富的人造骨料资源，也将大大改变过度开山或挖取河床以及由此引起的破坏自然景观、造成水土流失的状况，从而直接或间接地改善了自然环境和生态平衡，大大减轻了可持续发展的资源压力和环境负荷，为可持续性发展创造了充分的物质条件。绿色建筑材料4.绿色建筑材料与可持续发展10一一绿色建筑材料绿色建筑材料4.绿色建筑材料与可持续发展绿色建筑材料与可持续发展l其次，从技术和经济角度看，绿色建材是在传统建材基础之上应用现代科学技术发展起来的高技术产品，它采用大量的工业副产品及废弃物为原料，其生产成本比使用天然资源会有所降低，因而会取得比生产传统建材更好的经济效益，这是在市场经济条件下可持续发展的源动力。如普通硅酸盐水泥烧成温度在1450以上，它不仅要求高品位的石灰石原料、消耗更多能源和资源，而且排放更多的有害气体，而采用高新技术研究开发节能环保型的高性能贝利特水泥，其烧成温度仅为1200-1250，预计每年可节省1000万吨标准煤，可减少CO2总排放量25%以上，并且可利用低品位矿石和工业废渣为原料，这种水泥不仅具有良好的强度、耐久性和抗化学侵蚀性，而且所产生的经济和社会效益也十分显著。再如我国的火力发电厂每年产生粉煤灰约1.5亿吨，要将这些粉煤灰排入灰场需增加占地约1000公顷，由此造成的经济损失每年高达300亿元，如将这些粉煤灰转化为可利用的资源，所取得的正反两方面的经济效益将十分可观。绿色建筑材料4.绿色建筑材料与可持续发展其次11一一绿色建筑材料绿色建筑材料4.绿色建筑材料与可持续发展绿色建筑材料与可持续发展l第三，从人类的生存与发展条件看，良好的人居环境、洁净的水源、无污染的食品是人体健康的基本条件，而人体健康是对社会资源的最大节约，也是人类社会可持续发展的根本保证。绿色建材避免使用了对人体十分有害的甲醛、芳香族碳氢化合物及含有汞、铅、铬化合物等物质，可有效减少居室环境中至癌物出现的可能。使用绿色建材减少了CO2、SO2的排放量，可有效减轻大气环境的恶化，减少大范围酸雨发生的可能、全球温室化效应的加剧以及由此产生的气候异常。反之，这些问题如不加以解决，任其发展和蔓延，将对人类自身的生存与发展构成严重威胁。没有了良好的人居环境，没有了人类赖以生存的能源和资源，也就没有了人类自身，人类社会的可持续发展也就无从谈起。绿色建筑材料4.绿色建筑材料与可持续发展12一一绿色建筑材料绿色建筑材料4.绿色建筑材料与可持续发展绿色建筑材料与可持续发展l可持续发展的含义十分广泛，涉及到政治、经济、社会、自然、技术、文化等各个方面，但总的来讲它一般包括三种生产即物质生产、人的生产和环境生产，物质生产指人从环境中索取生产资源并将它转化为生活资料的总过程，该过程产生生活资料满足人的需要，同时产生废弃物返回环境；人的生产指人生存和繁衍的总过程，该过程消费物质生产产出的生活资料和环境生产所提供的生活资料，同时产生废弃物返回环境；环境生产是指在自然力和人力共同作用下环境对其自然结构和状态的维持，包括消纳污染和产生资源。人和环境的系统通畅和谐与否取决于三种生产的关系，因此只有三种生产维持相对的动态平衡才能实现可持续发展。所以从这个意义讲可持续发展本质上是应用科学技术及经济管理知识，纠正由于无节制的技术激增所造成的负面后果，其主要方面就是通过保护和减少浪费来更有效地利用资源以及对材料更好地循环利用。由此我们可以看出，绿色建材符合可持续发展战略要求，与可持续发展在本质上是一致的。一绿色建筑材料4.绿色建筑材料与可持续发展13一一绿色建筑材料绿色建筑材料5.绿色建筑材料的应用与展望绿色建筑材料的应用与展望l绿色建材在一些发达国家早已得到研制开发。近20年来，国际上主要工业发达国家和地区对绿色建材发展非常重视，如美国、加拿大、日本、西欧、北欧等已就建筑材料对室内空气的影响进行了全面、系统的基础研究工作，并制定了严格的法规。国际标准化机构ISO也讨论制订了环境协调和制品的标准，大大推动着国外绿色建材的发展。l美国是较早提出环境标志的国家，如美国环保局（EPA）设置了室内空气部，正在开展应用于室内的空气质量控制的研究计划。加州大学设置了室内空气系，研究和制订了评价建筑材料释放挥发性有机化合物（VOC）的理论基础；确定了测试建筑材料释放挥发性有机化合物的体系和方法；提出了预测建筑材料影响室内空气质量的数学模型。一绿色建筑材料5.绿色建筑材料的应用与展望绿14一一绿色建筑材料绿色建筑材料5.绿色建筑材料的应用与展望绿色建筑材料的应用与展望l丹麦、挪威为了促进绿色建材的发展，推出了“健康建材”标准，国家法律规定对于出售的涂料等建材产品在使用说明书上除了标出产品质量标准外，还必须标出健康指标。瑞典已正式实施新的建筑法规，规定用于室内的建筑材料必须实行安全标签制，制订了有机化合物室内空气浓度指标限值。德国是世界上最早推行环境标志的国家，自发布了第一个环境标志“蓝天使”后，至今实施“蓝天使”的产品已达7500多种，占全国商品的30%。英国也是研究开发绿色建材较早的欧洲国家之一。另外，芬兰、冰岛等国家于1989年实施了统一的北欧环境标志。日本对绿色建材的发展非常重视。日本于1988年开展环境标志工作，至今已经有2500多种环保产品。一绿色建筑材料5.绿色建筑材料的应用与展望丹麦15一一绿色建筑材料绿色建筑材料5.绿色建筑材料的应用与展望绿色建筑材料的应用与展望l近年来，绿色建材在中国也得到了较大的发展，建筑装饰业对绿色建材开始给以重视，特别是城市居民对于绿色建材给予了的极大关注，建设部已明令禁止使用含较多游离甲醛的107胶等多年使用过的材料，北京市已明令禁止在砼中使用尿素等可产生氨气的防冻剂，此外一系列相关的标准已经或即将出台。我国也成立了相应的环境标志产品认证委员会，水性涂料（乳胶漆）是建材第一批首先实行环境标志的产品，乳胶漆的推广和应用是对过去使用油漆等传统的内墙装饰材料的重要变革。l我国也先后从美国、加拿大、澳大利亚等国家引进了一些绿色建材，同时在引进的基础上开发出环保型、健康型的壁纸、涂料、地毯、复合地板、纤维增强石膏板等绿色装饰材料，一些防毒、消毒、灭菌等绿色材料也正在走进千家万户。一绿色建筑材料5.绿色建筑材料的应用与展望近年16一一绿色建筑材料绿色建筑材料5.绿色建筑材料的应用与展望绿色建筑材料的应用与展望l人类已经跨入了21世纪，在过去的岁月中，传统建筑材料为人类的物质文明作出了巨大贡献，同时也给人类带来了生态环境和资源、能源短缺等严重问题。随着时代的进步，人类要寻求与自然和谐相处，走可持续发展之路。发展绿色建筑材料，净化环境、消除污染、开发资源、节约能源，为人类创造更加美好舒适的生存空间，这是时代的要求，也是21世纪可持续发展的必然选择，人们有理由相信21世纪将是绿色材料的世纪。一绿色建筑材料5.绿色建筑材料的应用与展望17二二高性能混凝土技术高性能混凝土技术1.混凝土高性能化的必要性混凝土高性能化的必要性1.1混凝土在耐久性方面存在很多问题混凝土在耐久性方面存在很多问题l砼是当今世界上应用最广泛、用量最大的工程材料，然而在许多国家中砼面临着耐久性不良的严重问题，甚至一些发达国家的重要砼结构如大坝、轨枕和桥梁在没有达到使用寿命前就已严重劣化，不得不花巨资进行维修或重建，仅美国每年用于砼的维修或重建费用就高达几百亿美元。因材质劣化引起混凝土结构开裂破坏甚至崩塌事故屡屡发生，其中水工、海工建筑与桥梁尤为多见。1980年3月27日北海Stavanger近海钻井平台AlexanderKjell号突然破坏，导致123人死亡。切尔诺贝利核电站的泄漏造成大面积发射性污染，生态环境遭受了严重破坏。在日本海沿岸，许多港湾建筑、桥梁建成后不到10年便见砼表面开裂、剥落、钢筋外露，其主要原因是碱骨料反应。在北京三元里立交桥桥墩建成后不到两年就发生“人字形”裂纹，许多专家认为是碱骨料反应所至。在天津也有类似的情况发生。更严重的是在1987年山西大同的砼水塔突然破坏，水如山洪暴发一样冲下，造成很大的人员伤亡和财产破坏。二高性能混凝土技术1.混凝土高性能化的必要性118二二高性能混凝土技术高性能混凝土技术1.混凝土高性能化的必要性混凝土高性能化的必要性1.1混凝土在耐久性方面存在很多问题混凝土在耐久性方面存在很多问题l种种事件告诉我们作为主要的结构材料，混凝土耐久性的重要性不亚于强度，我们的设计人员只重视强度而忽视耐久性的状况是该改变的时候了。我国正处于经济高速发展时期，许多耗资巨大的重要建筑如大量高层超高层建筑、各类大坝以及海洋钻井平台、跨海大桥、压力容器等对耐久性有更高的要求，如何保证这些重大结构工程耐久性砼工程界普遍关注的焦点。二高性能混凝土技术1.混凝土高性能化的必要性119二二高性能混凝土技术高性能混凝土技术1.混凝土高性能化的必要性混凝土高性能化的必要性1.2混凝土在特种结构中将获得更多应用混凝土在特种结构中将获得更多应用 在未来的几十年里，海底隧道、海上采油平台、核反应堆外壳、有害化学物的容器等恶劣环境下的结构物，对砼要求的使用寿命将为几百年，而不是普通砼的50年，对砼的性能提出了更高的要求。二高性能混凝土技术1.混凝土高性能化的必要性120二二高性能混凝土技术高性能混凝土技术1.混凝土高性能化的必要性混凝土高性能化的必要性1.3混凝土已进入高科技时代混凝土已进入高科技时代 过去认为砼材料不论从原材料的选择与配制还是施工工艺都比较简单，是一种经验性的东西。但是从80年代初期砼技术已有很大进展，特别是自90年代以来砼的强度已远远超出了工程所要求的范围，对砼的要求已远不是停留在对结构设计强度的满足，而是包括与施工相适应的和易性和与使用环境相适应的耐久性等诸多方面，商品砼的飞速发展和对其质量进行严格控制的要求、各种工程裂缝的出现和防治以及各种大桥、大坝及海洋、海岸工程的日益增多的需求，使得砼技术比以往任何一个时期都复杂的多；在原材料方面球形水泥、活化水泥的出现使得相同流动性的砼需水量大幅降低，各种超细矿物粉体和高性能减水剂的出现，为从根本上改善和提高砼的性能提供了关键性材料，使砼的性能设计和控制达到了更高的水准，砼技术进入了一个高科技时代。二高性能混凝土技术1.混凝土高性能化的必要性121二二高性能混凝土技术高性能混凝土技术1.混凝土高性能化的必要性混凝土高性能化的必要性1.3混凝土已进入高科技时代混凝土已进入高科技时代 令人欣慰的是我国土木工程界近十余年来在借鉴国际先进经验的基础上在砼技术上也取得了重要进展，尤其是高性能砼（HPC）的开发应用以及商品砼生产技术的成熟标志着我国砼技术水平进入了一个崭新阶段，为在各种条件下的砼工程的施工和保证工程结构的耐久性创造了条件，同时泵送砼施工技术的进步和对结构混凝土均匀性要求的提高，工作性也成为新拌砼的重要性能指标，此外体积稳定性、抗冲击、耐磨、耐疲劳、耐化学腐蚀等性能也受到特别重视,。特别是随着粉体加工技术的日益成熟，人们已认识到将工业废料如水淬矿渣、粉煤灰、天然沸石等制造超细粉后掺入混凝土中，不仅对提高砼工作性、改善体积稳定性、耐久性和降低绝热温升减少温度裂缝、抑制碱集料反应起着重要的作用，而且可以大幅度降低水泥用量，在提高经济效益的同时还能达到节约资源和能源、改善劳动条件、尤其在环境保护等方面有着十分重大的意义，砼的高性能化已成为土木工程界的共同呼声。二高性能混凝土技术1.混凝土高性能化的必要性122二二高性能混凝土技术高性能混凝土技术2.什麽是高性能混凝土和绿色高性能混凝土什麽是高性能混凝土和绿色高性能混凝土2.1高性能混凝土（高性能混凝土（HPC）l高性能混凝土（HighPerformanceConcrete）的研究是当今土木工程界最热门的课题之一。1990年5月美国国家标准与技术研究院（NIST）与美国混凝土协会（ACI）召开会议，首先提出高性能混凝土（HPC）这个名词，认为HPC是同时具有某些性能的匀质混凝土，必须采用严格的施工工艺与优质原材料，配制成便于浇捣、不离析、力学性能稳定、早期强度高，并具有韧性和体积稳定性的混凝土；特别适合于高层建筑、桥梁以及暴露在严酷环境下的建筑物。二高性能混凝土技术2.什麽是高性能混凝土和绿色高23二二高性能混凝土技术高性能混凝土技术2.什麽是高性能混凝土和绿色高性能混凝土什麽是高性能混凝土和绿色高性能混凝土2.1高性能混凝土（高性能混凝土（HPC）l自高性能混凝土一词提出以来，至今对它没有统一的解释或定义。以美国的Mehta为代表的美加学派认为高性能混凝土应该是高耐久性，而不仅仅是高强度。Mehta认为对于近年来建造的暴露于腐蚀性环境下的砼结构物其受腐蚀的速度之快表明抗压强度已不足以保证其长期耐久性，而耐久性应放在HPC的首位，此外还应该包括高的体积稳定性（收缩和徐变小）、低渗透性和高工作性；法国规定高性能混凝土的圆柱体强度应该在50MPa以上；以东京大学冈村为代表的日本学者认为高流态、免振自密实混凝土就是高性能混凝土，他们认为高性能混凝土不仅具有良好的工作性能，而且应该有良好的体积稳定性。例如新建的明石海峡大桥，其缆索锚基混凝土52万方，要求高耐久性、高流动性、高体积稳定性与低水化热温升，强度指标则为91天圆柱体50MPA；其桥墩混凝土约为50万方，要求高耐久性、高流动性、高抗冲刷性、低温升，强度要求20MPA。两者都是掺加复合细掺料、复合外加剂的HPC。二高性能混凝土技术2.什麽是高性能混凝土和绿色高24二二高性能混凝土技术高性能混凝土技术2.什麽是高性能混凝土和绿色高性能混凝土什麽是高性能混凝土和绿色高性能混凝土2.1高性能混凝土（高性能混凝土（HPC）l由此可知，不同的学者或技术人员对高性能混凝土的定义与理解有所不同。但大多数认为HPC的强度应该不低于5060MPa。我国的吴中伟院士认为，应该根据用途和经济合理等条件对性能有所侧重，现阶段HPC强度低限可向中等强度（30MPa）适当延伸，但以不损害混凝土内部结构（孔结构、界面结构、水化物结构等）的发展与耐久性为度，并据此提出了HPC的定义为：HPC是一种新型的高技术混凝土，是在大幅度提高常规混凝土性能的基础上，采用现代混凝土技术，选用优质原材料，采用低水胶比和掺加足够数量的矿物细掺料与高效外加剂，在妥善的质量控制下制成的；HPC应同时保证下列性能：耐久性、工作性、各种力学性能、适用性、体积稳定性和经济合理性。二高性能混凝土技术2.什麽是高性能混凝土和绿色高25二二高性能混凝土技术高性能混凝土技术2.什麽是高性能混凝土和绿色高性能混凝土什麽是高性能混凝土和绿色高性能混凝土2.1高性能混凝土（高性能混凝土（HPC）l根据不同的理解还可以提出其它方面的要求和定义，但是很难给出一个使大家都认可并且满意的定义，而且也不应该设置一个大而全的框框，甚至设定具体的下限数值去限制高性能混凝土。高性能混凝土应该成为努力的方向，而不是教条。况且，每一个特定的工程与其工作环境都存在对混凝土某些方面性能的特殊要求，而对另一些方面的性能要求则可能不需要太高，期望设计出一种任何方面都具有优异性能的混凝土是不切实际的，也是为经济所不能允许的。二高性能混凝土技术2.什麽是高性能混凝土和绿色高26二二高性能混凝土技术高性能混凝土技术2.什麽是高性能混凝土和绿色高性能混凝土什麽是高性能混凝土和绿色高性能混凝土2.2绿色高性能混凝土（绿色高性能混凝土（GHPC）l前面提到，绿色材料的涵义主要可概括为：（1）节约资源、能源；（2）不破坏环境，更应有利于环境；（3）可持续发展，保证人类后代能健康、幸福地生存下去。水泥混凝土作为最大宗的一种材料或一种产业，2000年世界水泥产量15亿吨，混凝土超过50亿方（120亿吨），对资源、能源的需求和对环境的影响十分巨大。混凝土能否长期维持作为最主要的建筑结构材料，关键在于能否成为绿色材料，因此提出“绿色高性能混凝土”（GHPC），它是混凝土的发展方向，也是混凝土的未来。l最早提出绿色高性能混凝土（GHPC）的是吴中伟教授。绿色高性能混凝土的提出在于加强人们对资源、能源和环境的重视，要求混凝土工作者更加自觉地提高HPC的绿色含量或者加大其绿色度，节约更多的资源、能源，将对环境的影响减到最少，这不仅为了混凝土和建筑工程的持续健康发展，更是人类的生存和发展所必需的。一般认为真正的绿色高性能混凝土应符合以下条件：二高性能混凝土技术2.什麽是高性能混凝土和绿色高27二二高性能混凝土技术高性能混凝土技术2.什麽是高性能混凝土和绿色高性能混凝土什麽是高性能混凝土和绿色高性能混凝土2.2绿色高性能混凝土（绿色高性能混凝土（GHPC）l（1）所使用的水泥必须为绿色水泥；此处的“绿色水泥”是针对“绿色”水泥工业来说的。绿色水泥工业是指将资源利用率和二次能源回收率均提高到最高水平，并能够循环利用其它工业的废渣和废料；技术装备上更加强化了环境保护的技术和措施；粉尘、废渣和废气等的排放几乎接近于零，真正做到不仅自身实现零污染、无公害，又因循环利用其它工业的废料、废渣，而帮助其它工业进行三废消化，最大限度地改善环境。二高性能混凝土技术2.什麽是高性能混凝土和绿色高28二二高性能混凝土技术高性能混凝土技术2.什麽是高性能混凝土和绿色高性能混凝土什麽是高性能混凝土和绿色高性能混凝土2.2绿色高性能混凝土（绿色高性能混凝土（GHPC）l（2）最大限度地节约水泥熟料用量，从而减少水泥生产中的“副产品”二氧化碳、二氧化硫、氧化氮等气体，以减少环境污染保护环境。我国水泥产量世界第一，如全世界水泥产量从现在15亿吨增加到2010年的18亿吨，则世界水泥工业将增加大气层中CO2量高达150亿吨。各国已规定CO2排放限量，水泥工业的发展必将受到限制，水泥产量不能再增加了！必须积极改变品种和工艺以降低能耗。GHPC中最多可达60%80%磨细工业废渣而不是水泥熟料成为最大的胶凝组分，既能满足HPC的全部性能要求，又能大幅度减少熟料用量，这将是一条主要出路。二高性能混凝土技术2.什麽是高性能混凝土和绿色高29二二高性能混凝土技术高性能混凝土技术2.什麽是高性能混凝土和绿色高性能混凝土什麽是高性能混凝土和绿色高性能混凝土2.2绿色高性能混凝土（绿色高性能混凝土（GHPC）l（3）更多地掺加经过加工处理的工业废渣，如磨细矿渣、优质粉煤灰、硅灰和稻壳灰等作为活性掺合料，以节约水泥，保护环境，并改善混凝土耐久性。用于砼的工业废渣主要有3类：（a）水淬矿渣(slag)：我国年产矿渣约8000万吨，巳大部用作水泥混合材，但细度粗，活性未充分利用，因而造成水泥强度低、矿渣掺量小。近年来日本对超细磨矿渣用于砼进行了较系统的研究，代替水泥可高达50%80%，并取得流动性、耐久性、后期强度等性能的明显改善，已成为HPC的有效组分。（b）优质粉煤灰(flyash)：1985年加拿大能源矿产部开发的高掺量粉煤灰混凝土（HFCC），也包括用于结构中的HPC，其中粉煤灰占胶凝材料总量的55%60%，改变了几十年以来的粉煤灰代替水泥掺量不超过25%的传统作法（目前我国一些规范标准还都有此限制）。我国粉煤灰排量增加迅速，1995年已超过1.25亿吨，其中不少优质粉煤灰适于制作HPC，例如内蒙古赤峰元宝山电厂优质灰超过我国1级灰标准，已大量用于北京首都国际机场航站楼等重要结构工程。二高性能混凝土技术2.什麽是高性能混凝土和绿色高30二二高性能混凝土技术高性能混凝土技术2.什麽是高性能混凝土和绿色高性能混凝土什麽是高性能混凝土和绿色高性能混凝土2.2绿色高性能混凝土（绿色高性能混凝土（GHPC）l（c）硅粉（silicafume）：硅粉是硅铁合金厂在冶炼硅铁合金时从烟层中收集的飞灰。我国硅灰产量约30004000吨/年，其细度极高，对砼的增强效果极好，但因量少而价高，故一般只用于有特殊要求的工程中。但是用少量硅粉与矿渣或粉煤灰复合，不仅能够增加复合细掺料的取代水泥量，增加GHPC的早期强度与多种性能，还具有提高工作性、体积稳定性、耐久性、降低温升等效果，这种因复合带来的超叠加效应，值得特别重视。l（4）大量应用以工业废液尤其是黑色纸浆废液为原料制造的减水剂，以及在此基础上研制的其它复合外加剂，帮助造纸工业消化处理难以治理的废液排放污染江河的问题。l（5）集中搅拌混凝土和大力发展预拌商品混凝土，消除现场搅拌混凝土所产生的废料、粉尘和废水，并加强对废料和废水的循环使用。二高性能混凝土技术2.什麽是高性能混凝土和绿色高31二二高性能混凝土技术高性能混凝土技术2.什麽是高性能混凝土和绿色高性能混凝土什麽是高性能混凝土和绿色高性能混凝土2.2绿色高性能混凝土（绿色高性能混凝土（GHPC）l（6）发挥HPC的优势，通过提高强度、减小结构截面积或结构体积，减少混凝土用量，从而节约水泥、砂、石的用量；通过改善和易性来改善浇注密实性能，降低噪音和能耗；通过大幅度提高混凝土耐久性，延长结构物的使用寿命，进一步节约维修和重建费用，减少对自然资源无节制的使用。l（7）砂石料的开采应该以十分有序且不过分破坏环境为前提。积极利用城市固体垃圾，特别是拆除的旧建筑物和构筑物的废弃物混凝土、砖、瓦及废物，以其代替天然砂石料，减少砂石料的消耗，发展再生混凝土。l从上可知，发展HPC和GHPC来防止波特兰水泥产量快速增长是可行的、有效的。但由于细掺料的超细磨和高效减水剂等都将提高成本，在开始阶段，会高出普通混凝土材料费用50%左右，常不被业主所接受，至于环境等更大效益更不易得到重视。二高性能混凝土技术2.什麽是高性能混凝土和绿色高32二二高性能混凝土技术高性能混凝土技术3.高性能混凝土的制备原理及其技术性能高性能混凝土的制备原理及其技术性能3.1.高性能混凝土的制备原理高性能混凝土的制备原理l从本质上说高性能砼（HPC）的核心是增加砼密实度、提高砼抗渗性，其主要措施是通过选用优质原材料，在严格质量管理的条件下采用“双掺技术”即同时掺加高性能减水剂和超细矿物粉体等措施，采用现代混凝土技术制成的；掺加高性能减水剂才可能使水胶比控制在0.35之下而仍可以采用现代化的施工技术进行快速施工，而掺加超细矿物粉体如超细矿渣、超细粉煤灰以及硅灰等，则能够生成新的水化产物、有效阻断毛细孔并改善胶结材孔结构和骨料与胶结材间的界面结构及水化产物的性质，降低氢氧化钙的富集和定向排列程度，提高了界面强度，增强了砼的密实度，从而提高砼抗渗性、降低氯离子的渗透速率、延缓钢筋锈蚀速率，提高砼耐久性。二高性能混凝土技术3.高性能混凝土的制备原理及其技33二二高性能混凝土技术高性能混凝土技术3.高性能混凝土的制备原理及其技术性能高性能混凝土的制备原理及其技术性能3.2矿渣高性能混凝土矿渣高性能混凝土l我国采用超细矿渣做为混凝土的高级掺合料的研究和应用工作也有了长足进展，特别是上海在这方面的应用工作走在全国的前列，其取代水泥量已超过50%。目前北京地区如首都机场、北京西客站、东环广场、静安中心、新恒基中心等十多项国家重点工程采用了C50及C60以上高性能混凝土，总量已超过30万立方米，收到理想的效果，工程质量全部合格。高性能混凝土将是21世纪的主要工程材料，其中超细水淬矿渣将作为其主要掺和料。但由于超细磨掺和料与高效减水剂等都将提高成本，使得它常常不被业主所接受，事实上混凝土材料价在建筑物总造价中所占比重不大，材料价增加很容易从改变材料所取得的直接效益和工程耐久性提高的间接效益中得到补偿，至于环境效益及节约能源资源所取的可持续发展的效益更是关乎子孙万代生存和发展的的大事。二高性能混凝土技术3.高性能混凝土的制备原理及其技34二二高性能混凝土技术高性能混凝土技术3.高性能混凝土的制备原理及其技术性能高性能混凝土的制备原理及其技术性能3.3免振捣高性能混凝土免振捣高性能混凝土l免振捣混凝土又称自密实混凝土，它是由70年代初由前西德发明并首先用于工程的流态混凝土发展而来的，这种混凝土在日本得到极其迅速的发展。到90年代中期，日本已生产了自密实免振混凝土80万m3我国也已经有自密实免振捣混凝土的工程实际应用。目前人们对高流动免振捣混凝土的认识可以归结为：通过外加剂（包括高性能减水剂、超塑化剂、稳定剂等）、超细矿物粉体等胶材料和粗细骨料的选择与搭配和配合比的精心设计，使混凝土拌合物屈服剪应力减小到适宜范围，同时又具有足够的塑性粘度，使骨料悬浮于水泥浆中，不出现离析和泌水等问题，在基本不用振捣的条件下通过自重实现自由流淌，充分填充模板内及钢筋之间的空间形成密实且均匀的结构。二高性能混凝土技术3.高性能混凝土的制备原理及其技35二二高性能混凝土技术高性能混凝土技术3.高性能混凝土的制备原理及其技术性能高性能混凝土的制备原理及其技术性能3.3免振捣高性能混凝土免振捣高性能混凝土l混凝土的屈服应力既是混凝土开始流动的前提又是混凝土不离析的重要条件。若粗骨料因重力作用产生的剪应力超过了混凝土的屈服应力，便会从水泥浆中分离出来，或者在流动过程中，流动性差的骨料与相对流动性好的砂浆间产生的剪应力超过了混凝土的屈服应力，同样会造成粗骨料的分离。每立方米混凝土拌合物中胶结材料的数量和砂率值，对混凝土拌合物的工作性能有很大影响。浆体量多，流动性好，但浆体量过大对硬化后砼体积稳定性不利；砂率适当偏大些，拌合物通过间隙能力好，但砂率过大对砼的长期性能不利。l对于免振捣自密实混凝土，拌合物的工作性能是研究的重点，应着重解决好混凝土的高工作性与硬化混凝土力学性能及耐久性的矛盾，一般认为，免振捣自密实混凝土的工作性能应达到：坍落度250270mm，扩展度550700mm，流过高差15mm。有研究表明不经振捣的自密实混凝土可以在硬化后形成十分致密、渗透性很低的结构，且干缩率较同强度等级的普通混凝土较小。二高性能混凝土技术3.高性能混凝土的制备原理及其技36二二高性能混凝土技术高性能混凝土技术4.高性能混凝土的泵送技术高性能混凝土的泵送技术l砼的可泵性是指砼在泵压作用下能连续稳定地通过输送管而不产生离析的性能，它是反映砼在泵压作用下流动能力大小的一个综合指标。砼能否在输送管内顺利流动是泵送工作能否顺利进行的关键，这就要求砼必须具有良好的可泵性。可泵性好的砼应具有与管壁接触面的摩阻力小、泵送中不离析也不形成堵塞物堵塞管道等特性。l砼在输送管中流动时是整个断面都形成栓塞呈塞流状态沿管壁滑移的，而砼与管壁摩阻力的大小与其流动性（以坍落度表示）大小有关，即砼的流动性越大（坍落度越大）管道的摩阻力越小，砼越易输送，也就是说可泵性好的砼首先应具有良好的流动性；其次砼在泵送时砼中的粗骨料必须有足够的水泥浆体包裹住才能使它在水泥浆体中处于分散的悬浮状态，也才能使砼沿输送管道顺利流动，如果砼产生离析粗骨料间处于相互接触状态并可能形成骨架导致管道堵塞，故可泵性好的砼也应具有良好的稳定性；二高性能混凝土技术4.高性能混凝土的泵送技术砼37二二高性能混凝土技术高性能混凝土技术4.高性能混凝土的泵送技术高性能混凝土的泵送技术l当砼通过弯管部位时，由于砼流动方向改变，在管道弯曲处粗骨料颗粒间会存在相对速度，颗粒间的相对位置发生变化使砼形态发生改变，为使砼在形态发生变化时其整体性和连续性仍能得到保证，砼必须具有良好的可塑性。由此可见，砼的可泵性是流动性、稳定性和可塑性的综合反映。l迄今还没有一个完善的科学指标来直接评价砼的可泵性，目前多以反映流动性的坍落度和反映砼稳定性的压力泌水值两个指标来评价。坍落度值越小，砼与管壁的摩阻力就越大，越易堵塞管道，若坍落度过大，则砼越易离析也会造成堵管。许多国家对泵送砼的坍落度作了规定，一般认为在80-200范围内较合适。压力泌水是指砼在一定压力作用下砼中的水及稀浆泌出以形成足够的润滑层，为使砼形成塞流创造条件，但如果水及稀浆流失过快过多，则将使骨料离析严重而堵塞管道。这就要求砼应有良好的粘聚性和保水能力，使砼在压力作用下的泌水量保持在适当的范围内，既有利于砼的泵送又不会出现堵塞现象。二高性能混凝土技术4.高性能混凝土的泵送技术当38二二高性能混凝土技术高性能混凝土技术5.高性能混凝土的工程应用实例高性能混凝土的工程应用实例5.1海洋环境下建造高耐久性砼工程实例海洋环境下建造高耐久性砼工程实例l香港青马大桥：香港青马大桥：香港青马大桥桥长2167米，塔高200米，中心跨度1377米，是世界上跨度最大的悬索桥之一，于1997年竣工，设计使用寿命120年。建造该桥使用40万米3按非常严格的综合性能指标设计的高质量砼，这些指标不仅考虑了强度和耐久性，而且还包含许多砼塑性性能以适应桥梁的垂直结构和浇筑方法，同时对砼的最大和最小水泥用量、最高浇筑温度、最大水化热和温度梯度都有规定，其中对砼抗渗性和氯离子渗透性有极其苛刻的限制。l28天立方体试件强度 50MPal水泥种类:普通水泥/25-35%粉煤灰,普通水泥/65-75%矿渣l水泥用量:350-550/m3水胶比:最大0.4l最大氯离子含量:胶结材的0.06%l最大含碱量(当量Na2O):3/m3二高性能混凝土技术5.高性能混凝土的工程应用实例39二二高性能混凝土技术高性能混凝土技术5.高性能混凝土的工程应用实例高性能混凝土的工程应用实例5.1海洋环境下建造高耐久性砼工程实例海洋环境下建造高耐久性砼工程实例l巴巴林林跨跨海海公公路路桥桥:海湾国家巴林在七十年代修建的许多钢筋砼建筑物，都在较短时间内出现损坏，例如1977年兴建的Sitra跨海公路桥，在使用十年时由于砼桥板和桩帽的损坏，不得不在1990-1994年耗巨资进行维修。九十年代初在兴建第二跨海桥时，业主为了确保工程的耐久性，聘请国际著名工程咨询公司针对工程具体情况，制定多级保护措施，以保证桥梁能达到45年的使用寿命。其措施包括：la.原材料方面:外加剂只用液体方式；应用微硅粉提高耐久性措施，严格控制硅粉质量,严格控制骨料、水、水泥中的氯和硫酸盐含量。lb.对砼抗渗性能的要求：所有砼都必须在28-40天龄期进行抗渗性试验和快速氯离子渗透试验，并达到相应指标。规定现浇砼通过电量1000库仑，预制砼通过电量500库仑。二高性能混凝土技术5.高性能混凝土的工程应用实例40二二高性能混凝土技术高性能混凝土技术5.高性能混凝土的工程应用实例高性能混凝土的工程应用实例5.1海洋环境下建造高耐久性砼工程实例海洋环境下建造高耐久性砼工程实例lc.砼配比的控制指标：强度等级C60，骨料最大公称尺寸20，水泥用量390-500/m3，最大水灰比0.38，立方体试件28天强度78Mpa，硅灰掺量5%-15%具体掺量由强度和抗渗试验确定。ld.浇筑砼温度要求：浇筑时砼温度不得超过30，环境温度不超过35。le.砼表面涂层和防碳化涂层：养护后所有砼表面涂敷三遍烷基烷氧基硅烷涂层。所有永久暴露于大气中的砼表面，涂两遍丙烯酸涂层作为防止碳化层。对处于地下的砼则采用自粘结沥青膜保护。lf.：保护层厚度：对不同桥梁构件，最小砼保护层为：桩-100，桥梁、桥塔和桥台-75，上部结构-60。二高性能混凝土技术5.高性能混凝土的工程应用实例41二二高性能混凝土技术高性能混凝土技术5.高性能混凝土的工程应用实例高性能混凝土的工程应用实例5.2恶劣环境下超高性能混凝土（恶劣环境下超高性能混凝土（UHPC）应用实例）应用实例l加加拿拿大大魁魁北北克克人人行行桥桥：该桥单跨长70m，桥面宽4.2m，因当地气候恶劣，全年湿度很高，冬季低到-40摄氏度，冻融循环特频，必须多次洒盐化冻，根据耐久性要求，设计采用UHPCRPC，其CL-渗透性只及普通混凝土的1100，由于强度大幅度提高，设计截面减少，极大地节减了材料用量。用200Mpa的RPC，桥面板设计厚度仅30mm，每隔1.7m设加强肋高70mm。腹杆用直径150mm厚3mm的不锈钢管内填RPC的钢管混凝土，下弦为RPC双梁，均按常规混凝土工艺预制，运到现场用后张法预应力拼装。有关数据证明，UHPC比普通混凝土可减小混凝土量74%，减少水泥量32%，减小集料量74%，具有经济效益、节约资源与能源和环保多方面的意义。l由上述实例看出，高性能混凝土具有普通混凝土无法比拟的优良性能，技术的进步和工程的需求创造了HPC，经济和环境上的压力进而创造了GHPC和UHPC，这对混凝土的可持续发展将起重要作用，许多学者将其称为混凝土的又一场革命。二高性能混凝土技术5.高性能混凝土的工程应用实例42二二高性能混凝土技术高性能混凝土技术5.高性能混凝土的工程应用实例高性能混凝土的工程应用实例5.2恶劣环境下超高性能混凝土（恶劣环境下超高性能混凝土（UHPC）应用实例）应用实例l总之，创新来源于需求，又以积累为基础，需求与创新不断互动，新的需求在积累的基础上进一步推动了创新，从普通混凝土到HPC再到GHPC进而UHPC，我们看到了科技进步的过程。水泥基材料还有更多方面的需求等待更多的创新，日本内川浩先生在用于高性能、环境共存型混凝土的先进胶凝材料文中，提出了空间利用、交通通讯、居住功能和节省劳力等四个方面的社会需求，指明了水泥基材料应向着开发自身诊断、自身控制、自身修复与调节色彩光亮和形貌等智能材料的方向迈进。二高性能混凝土技术5.高性能混凝土的工程应用实例43