綠色混凝土要點課件

1、綠色建筑材料與高性能混凝土Environmentally Friendly Building Materials and High Performance Concrete一 綠色建筑材料1建筑材料的歷史沿革2傳統(tǒng)建筑材料所帶來的問題3綠色建筑材料的基本特征4 綠色建筑材料與可持續(xù)發(fā)展5綠色建筑材料的應用與展望二 高性能混凝土技術 1混凝土高性能化的必要性2 什麼是高性能混凝土和綠色高性能混凝土3高性能混凝土的制備原理及其技術性能 4高性能混凝土的泵送施工技術5高性能混凝土的工程應用與展望 一 綠色建筑材料1. 建筑材料的歷史沿革 建筑材料的發(fā)展是隨著社會生產(chǎn)力的的發(fā)展和生產(chǎn)關系的變革而不斷進

2、步的。它在歷史的發(fā)展中經(jīng)歷了3次較大的變革，第一次是從原始社會穴居巢處的天然土石、草泥藤條到封建社會的人工燒制磚瓦；第二次是從漫長的石灰石膏氣硬性膠材時代到19世紀水泥的出現(xiàn)；第三次是從鋼筋砼的出現(xiàn)到20世紀30年代高分子材料的發(fā)明以及隨之而來的各種有機無機復合材料的出現(xiàn)。目前正經(jīng)歷著以各種高性能材料和智能材料的出現(xiàn)為標志的第四次重要變革。 人類社會發(fā)展的歷史證明，材料是人類生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎，也是人類社會現(xiàn)代文明的重要標志，每一種重要的新材料的發(fā)現(xiàn)和應用，都會引起生產(chǎn)技術的革命，加速社會發(fā)展的進程，并對社會經(jīng)濟的各方面產(chǎn)生重要影響，材料和能源、信息技術構成了現(xiàn)代科技的的3大支柱。 一 綠色

3、建筑材料1. 建筑材料的歷史沿革 建筑材料作為材料領域的重要分支，從原始半坡村落小屋的草泥、椽木、藤條到現(xiàn)代構筑高樓大廈的鋼筋、水泥，從本能的燕雀銜泥到人工的纖維增強，從遮風避雨到保溫隔熱，從遠古的石器、青銅器到當今的鋼材時代，記載著人類社會所走過的每一個腳印，它的生產(chǎn)和應用不僅直接反映了社會發(fā)展進程，而且還在較大程度上影響著礦產(chǎn)資源和能源的利用以及環(huán)境問題的產(chǎn)生和解決，因此建筑材料的發(fā)展方向就在一定程度上成為決定社會經(jīng)濟能否可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生重要因素。 一 綠色建筑材料2. 傳統(tǒng)建筑材料所帶來的問題 建筑材料作為經(jīng)濟發(fā)展的物質(zhì)基礎和先導，為社會帶來巨大財富，推動了人類文明的進程。然而， 從資源、

4、能源和環(huán)境的角度分析，傳統(tǒng)建筑材料（主要指水泥、混凝土、粘土磚及產(chǎn)生污染的化學建材）的生產(chǎn)和使用不僅是礦產(chǎn)資源和能源的主要消耗者，而且也是人類生存空間的主要爭奪者，是人居環(huán)境污染的重要責任者。據(jù)統(tǒng)計，我國建材產(chǎn)品每年消耗粘土、石灰石和砂石資源約50億噸，消耗能源達2.3億噸標準煤(約占全國工業(yè)能耗的1/6),破壞農(nóng)田達6700公頃，僅水泥和石灰每年排放CO2就達6億噸，占全國工業(yè)排放CO2量的40%左右，年粉塵、煙塵及SO2排放量超100萬噸，廢渣排放量達1000萬噸。我國的社會總產(chǎn)品只是原料投入的30%，大部分原料變成了廢棄物，既浪費了寶貴的資源和能源，又污染了環(huán)境。到2010年我國水泥產(chǎn)量

5、從目前的年產(chǎn)6億噸增至8億噸，全世界水泥產(chǎn)量從目前的年產(chǎn)15億噸增至18億噸，僅水泥工業(yè)就將增加大氣層中CO2量15億噸，將嚴重影響地球環(huán)境，使地球溫室效應加劇。傳統(tǒng)的建材工業(yè)已經(jīng)成為資源用量最多、能源消耗最多、大氣污染最為嚴重的產(chǎn)業(yè)之一。 一 綠色建筑材料 2. 傳統(tǒng)建筑材料所帶來的問題 另一方面，人們?yōu)楦纳凭幼l件一直在進行著不懈的努力，人們對居室的要求不再是遮風避雨、維持生存，而是追求更為舒適和有利于身心健康，從傳統(tǒng)的磚瓦灰砂石到如今令人眼花繚亂的各種新型建材就是很好的證明。然而，由于傳統(tǒng)裝修材料散發(fā)出大量的有害物質(zhì)和有毒氣體，致使出現(xiàn)了很多裝修病，輕則使人氣喘、胸悶，重則感染、發(fā)燒、嘔

6、吐甚至誘發(fā)病變。人造板及107膠中的甲醛，油漆中的苯、 二甲苯及氯乙烯已被國際癌癥研究中心定為人的致癌物。這些物質(zhì)在表干后仍緩慢釋放，在室內(nèi)通風不良的情況下濃度較高，且往往得不到重視，危害很大。鉛及鉻等重金屬鹽類或氧化物是顏料、油漆、涂料的重要成份，它們對神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)尤其對嬰幼兒的智力影響很大?；◢弾r等石材及新拌砼可使居室氡濃度增加，氡及其仔體是形成肺癌的重要原因。凡此種種不一而足?？萍及l(fā)展到今天，人們在享受現(xiàn)代物質(zhì)文明的同時，也意識到了建筑及裝飾材料對人居環(huán)境所產(chǎn)生的負面效果，認識到美化居室決不能以犧牲環(huán)境和健康作代價，健康意識漸濃的現(xiàn)代人，正急切地期待綠色材料進入家庭。 一 綠色建

7、筑材料3.綠色建材的基本特征 到目前為止，人們尚未對綠色建材的定義加以準確表述，但與傳統(tǒng)建材相比,我認為它應具有以下幾方面的基本特征：（1） 在生產(chǎn)過程中，以高新技術為基礎，盡可能少地使用天然資源和能源，大量采用尾礦、廢渣和廢液等廢棄物；不產(chǎn)生過量的有毒有害物質(zhì)或廢料；不得使用甲醛、鹵化物或芳香族碳氫化合物，產(chǎn)品中不得含有汞、鉛、鉻及其化合物。（2） 在使用過程中，應最大程度地滿足人居所要求的健康、舒適、衛(wèi)生、安全、環(huán)保與美觀，且應具有滅菌、除臭、防火、調(diào)溫、調(diào)濕等多種功能和良好的耐久性能。（3） 在完成使用壽命后，可再生循環(huán)利用或易于轉化為對環(huán)境無顯著影響的物質(zhì)。 一 綠色建筑材料 3.綠色

8、建材的基本特征 由綠色建材的基本特征可以看出，傳統(tǒng)建材主要追求的是材料的使用性能，而綠色建筑材料追求的不僅僅是良好的使用性能，它在材料的生產(chǎn)、使用、廢棄到再生的整個生命周期中特別強調(diào)與人居環(huán)境協(xié)調(diào)共存，實際上它是一種對資源、能源消耗少，對環(huán)境影響小，再生資源利用率高的具有優(yōu)異使用性能的新型建筑材料。綠色建材不僅僅是指某一具體的產(chǎn)品，它主要指對環(huán)境的貢獻和功能。比如粉煤灰、礦渣的資源化既可以解決占用農(nóng)田、污染環(huán)境的問題，又能夠解決土木工程資源短缺的問題，因而它具備綠色建材的特征。綠色建筑材料4. 綠色建筑材料與可持續(xù)發(fā)展 首先，從資源的開發(fā)利用與再生及對環(huán)境影響的角度來看，綠色建材不僅可以充分利

9、用傳統(tǒng)建材較少利用的低品位礦石，有效地節(jié)約了寶貴的礦產(chǎn)資源，而且還可以大量利用礦渣、粉煤灰、磷渣、堿渣、酸渣等工業(yè)廢渣與副產(chǎn)品，以及生活中的廢棄物及其它可再生資源為原料，從而既解決了可持續(xù)性生產(chǎn)中的資源不足的問題，又減少了因煅燒天然礦物所消耗的能源及其過程中所產(chǎn)生的大量CO2、SO2對環(huán)境造成新的污染。同時它在完成使用壽命后還能夠再生利用或易于降解為對環(huán)境無污染的物質(zhì)，比如可將廢棄的建筑物及構件進行分撿、破碎、篩分處理，不僅可為砼提供豐富的人造骨料資源，也將大大改變過度開山或挖取河床以及由此引起的破壞自然景觀、造成水土流失的狀況，從而直接或間接地改善了自然環(huán)境和生態(tài)平衡，大大減輕了可持續(xù)發(fā)展的

10、資源壓力和環(huán)境負荷，為可持續(xù)性發(fā)展創(chuàng)造了充分的物質(zhì)條件。綠色建筑材料4. 綠色建筑材料與可持續(xù)發(fā)展 其次，從技術和經(jīng)濟角度看，綠色建材是在傳統(tǒng)建材基礎之上應用現(xiàn)代科學技術發(fā)展起來的高技術產(chǎn)品，它采用大量的工業(yè)副產(chǎn)品及廢棄物為原料，其生產(chǎn)成本比使用天然資源會有所降低，因而會取得比生產(chǎn)傳統(tǒng)建材更好的經(jīng)濟效益，這是在市場經(jīng)濟條件下可持續(xù)發(fā)展的源動力。如普通硅酸鹽水泥燒成溫度在1450以上，它不僅要求高品位的石灰石原料、消耗更多能源和資源，而且排放更多的有害氣體，而采用高新技術研究開發(fā)節(jié)能環(huán)保型的高性能貝利特水泥，其燒成溫度僅為1200-1250，預計每年可節(jié)省1000萬噸標準煤，可減少CO2總排放量

11、25%以上，并且可利用低品位礦石和工業(yè)廢渣為原料，這種水泥不僅具有良好的強度、耐久性和抗化學侵蝕性，而且所產(chǎn)生的經(jīng)濟和社會效益也十分顯著。再如我國的火力發(fā)電廠每年產(chǎn)生粉煤灰約1.5億噸，要將這些粉煤灰排入灰場需增加占地約1000公頃，由此造成的經(jīng)濟損失每年高達300億元，如將這些粉煤灰轉化為可利用的資源，所取得的正反兩方面的經(jīng)濟效益將十分可觀。綠色建筑材料4. 綠色建筑材料與可持續(xù)發(fā)展 第三，從人類的生存與發(fā)展條件看，良好的人居環(huán)境、潔凈的水源、無污染的食品是人體健康的基本條件，而人體健康是對社會資源的最大節(jié)約，也是人類社會可持續(xù)發(fā)展的根本保證。綠色建材避免使用了對人體十分有害的甲醛、芳香族碳

12、氫化合物及含有汞、鉛、鉻化合物等物質(zhì)，可有效減少居室環(huán)境中至癌物出現(xiàn)的可能。使用綠色建材減少了CO2、SO2的排放量，可有效減輕大氣環(huán)境的惡化，減少大范圍酸雨發(fā)生的可能、全球溫室化效應的加劇以及由此產(chǎn)生的氣候異常。反之，這些問題如不加以解決，任其發(fā)展和蔓延，將對人類自身的生存與發(fā)展構成嚴重威脅。沒有了良好的人居環(huán)境，沒有了人類賴以生存的能源和資源，也就沒有了人類自身，人類社會的可持續(xù)發(fā)展也就無從談起。 一 綠色建筑材料 4. 綠色建筑材料與可持續(xù)發(fā)展 可持續(xù)發(fā)展的含義十分廣泛，涉及到政治、經(jīng)濟、社會、自然、技術、文化等各個方面，但總的來講它一般包括三種生產(chǎn)即物質(zhì)生產(chǎn)、人的生產(chǎn)和環(huán)境生產(chǎn)，物質(zhì)生

13、產(chǎn)指人從環(huán)境中索取生產(chǎn)資源并將它轉化為生活資料的總過程，該過程產(chǎn)生生活資料滿足人的需要，同時產(chǎn)生廢棄物返回環(huán)境；人的生產(chǎn)指人生存和繁衍的總過程，該過程消費物質(zhì)生產(chǎn)產(chǎn)出的生活資料和環(huán)境生產(chǎn)所提供的生活資料，同時產(chǎn)生廢棄物返回環(huán)境；環(huán)境生產(chǎn)是指在自然力和人力共同作用下環(huán)境對其自然結構和狀態(tài)的維持，包括消納污染和產(chǎn)生資源。人和環(huán)境的系統(tǒng)通暢和諧與否取決于三種生產(chǎn)的關系，因此只有三種生產(chǎn)維持相對的動態(tài)平衡才能實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。所以從這個意義講可持續(xù)發(fā)展本質(zhì)上是應用科學技術及經(jīng)濟管理知識，糾正由于無節(jié)制的技術激增所造成的負面后果，其主要方面就是通過保護和減少浪費來更有效地利用資源以及對材料更好地循環(huán)利用。

14、由此我們可以看出，綠色建材符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求，與可持續(xù)發(fā)展在本質(zhì)上是一致的。 一 綠色建筑材料5. 綠色建筑材料的應用與展望 綠色建材在一些發(fā)達國家早已得到研制開發(fā)。近20年來，國際上主要工業(yè)發(fā)達國家和地區(qū)對綠色建材發(fā)展非常重視，如美國、加拿大、日本、西歐、北歐等已就建筑材料對室內(nèi)空氣的影響進行了全面、系統(tǒng)的基礎研究工作，并制定了嚴格的法規(guī)。國際標準化機構ISO也討論制訂了環(huán)境協(xié)調(diào)和制品的標準，大大推動著國外綠色建材的發(fā)展。 美國是較早提出環(huán)境標志的國家，如美國環(huán)保局（EPA）設置了室內(nèi)空氣部，正在開展應用于室內(nèi)的空氣質(zhì)量控制的研究計劃。加州大學設置了室內(nèi)空氣系，研究和制訂了評價建筑材料釋

15、放揮發(fā)性有機化合物（VOC）的理論基礎；確定了測試建筑材料釋放揮發(fā)性有機化合物的體系和方法；提出了預測建筑材料影響室內(nèi)空氣質(zhì)量的數(shù)學模型。一 綠色建筑材料5. 綠色建筑材料的應用與展望丹麥、挪威為了促進綠色建材的發(fā)展，推出了“健康建材”標準，國家法律規(guī)定對于出售的涂料等建材產(chǎn)品在使用說明書上除了標出產(chǎn)品質(zhì)量標準外，還必須標出健康指標。瑞典已正式實施新的建筑法規(guī)，規(guī)定用于室內(nèi)的建筑材料必須實行安全標簽制，制訂了有機化合物室內(nèi)空氣濃度指標限值。德國是世界上最早推行環(huán)境標志的國家，自發(fā)布了第一個環(huán)境標志“藍天使”后，至今實施“藍天使”的產(chǎn)品已達7500多種，占全國商品的30%。英國也是研究開發(fā)綠色建

16、材較早的歐洲國家之一。另外，芬蘭、冰島等國家于1989年實施了統(tǒng)一的北歐環(huán)境標志。日本對綠色建材的發(fā)展非常重視。日本于1988年開展環(huán)境標志工作，至今已經(jīng)有2500多種環(huán)保產(chǎn)品。 一 綠色建筑材料5. 綠色建筑材料的應用與展望近年來，綠色建材在中國也得到了較大的發(fā)展，建筑裝飾業(yè)對綠色建材開始給以重視，特別是城市居民對于綠色建材給予了的極大關注，建設部已明令禁止使用含較多游離甲醛的107膠等多年使用過的材料，北京市已明令禁止在砼中使用尿素等可產(chǎn)生氨氣的防凍劑，此外一系列相關的標準已經(jīng)或即將出臺。我國也成立了相應的環(huán)境標志產(chǎn)品認證委員會，水性涂料（乳膠漆）是建材第一批首先實行環(huán)境標志的產(chǎn)品，乳膠漆

17、的推廣和應用是對過去使用油漆等傳統(tǒng)的內(nèi)墻裝飾材料的重要變革。我國也先后從美國、加拿大、澳大利亞等國家引進了一些綠色建材，同時在引進的基礎上開發(fā)出環(huán)保型、健康型的壁紙、涂料、地毯、復合地板、纖維增強石膏板等綠色裝飾材料，一些防毒、消毒、滅菌等綠色材料也正在走進千家萬戶。一 綠色建筑材料5. 綠色建筑材料的應用與展望人類已經(jīng)跨入了21世紀，在過去的歲月中，傳統(tǒng)建筑材料為人類的物質(zhì)文明作出了巨大貢獻，同時也給人類帶來了生態(tài)環(huán)境和資源、能源短缺等嚴重問題。隨著時代的進步，人類要尋求與自然和諧相處，走可持續(xù)發(fā)展之路。發(fā)展綠色建筑材料，凈化環(huán)境、消除污染、開發(fā)資源、節(jié)約能源，為人類創(chuàng)造更加美好舒適的生存空

18、間，這是時代的要求，也是21世紀可持續(xù)發(fā)展的必然選擇，人們有理由相信21世紀將是綠色材料的世紀。 二 高性能混凝土技術1. 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問題 砼是當今世界上應用最廣泛、用量最大的工程材料，然而在許多國家中砼面臨著耐久性不良的嚴重問題，甚至一些發(fā)達國家的重要砼結構如大壩、軌枕和橋梁在沒有達到使用壽命前就已嚴重劣化，不得不花巨資進行維修或重建，僅美國每年用于砼的維修或重建費用就高達幾百億美元。因材質(zhì)劣化引起混凝土結構開裂破壞甚至崩塌事故屢屢發(fā)生，其中水工、海工建筑與橋梁尤為多見。1980年3月27日北海Stavanger近海鉆井平臺Alexander K

19、jell號突然破壞，導致123人死亡。切爾諾貝利核電站的泄漏造成大面積發(fā)射性污染，生態(tài)環(huán)境遭受了嚴重破壞。在日本海沿岸，許多港灣建筑、橋梁建成后不到10年便見砼表面開裂、剝落、鋼筋外露，其主要原因是堿骨料反應。在北京三元里立交橋橋墩建成后不到兩年就發(fā)生“人字形”裂紋，許多專家認為是堿骨料反應所至。在天津也有類似的情況發(fā)生。更嚴重的是在1987年山西大同的砼水塔突然破壞，水如山洪暴發(fā)一樣沖下，造成很大的人員傷亡和財產(chǎn)破壞。二 高性能混凝土技術1. 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問題種種事件告訴我們作為主要的結構材料，混凝土耐久性的重要性不亞于強度，我們的設計人員只重視強

20、度而忽視耐久性的狀況是該改變的時候了。我國正處于經(jīng)濟高速發(fā)展時期，許多耗資巨大的重要建筑如大量高層超高層建筑、各類大壩以及海洋鉆井平臺、跨海大橋、壓力容器等對耐久性有更高的要求，如何保證這些重大結構工程耐久性砼工程界普遍關注的焦點。 二 高性能混凝土技術1. 混凝土高性能化的必要性1.2 混凝土在特種結構中將獲得更多應用 在未來的幾十年里，海底隧道、海上采油平臺、核反應堆外殼、有害化學物的容器等惡劣環(huán)境下的結構物，對砼要求的使用壽命將為幾百年，而不是普通砼的50年，對砼的性能提出了更高的要求。二 高性能混凝土技術1. 混凝土高性能化的必要性1.3 混凝土已進入高科技時代 過去認為砼材料不論從原

21、材料的選擇與配制還是施工工藝都比較簡單，是一種經(jīng)驗性的東西。但是從80年代初期砼技術已有很大進展，特別是自90年代以來砼的強度已遠遠超出了工程所要求的范圍，對砼的要求已遠不是停留在對結構設計強度的滿足，而是包括與施工相適應的和易性和與使用環(huán)境相適應的耐久性等諸多方面，商品砼的飛速發(fā)展和對其質(zhì)量進行嚴格控制的要求、各種工程裂縫的出現(xiàn)和防治以及各種大橋、大壩及海洋、海岸工程的日益增多的需求，使得砼技術比以往任何一個時期都復雜的多；在原材料方面球形水泥、活化水泥的出現(xiàn)使得相同流動性的砼需水量大幅降低，各種超細礦物粉體和高性能減水劑的出現(xiàn)，為從根本上改善和提高砼的性能提供了關鍵性材料，使砼的性能設計和

22、控制達到了更高的水準，砼技術進入了一個高科技時代。二 高性能混凝土技術1. 混凝土高性能化的必要性1.3 混凝土已進入高科技時代 令人欣慰的是我國土木工程界近十余年來在借鑒國際先進經(jīng)驗的基礎上在砼技術上也取得了重要進展，尤其是高性能砼（HPC）的開發(fā)應用以及商品砼生產(chǎn)技術的成熟標志著我國砼技術水平進入了一個嶄新階段，為在各種條件下的砼工程的施工和保證工程結構的耐久性創(chuàng)造了條件，同時泵送砼施工技術的進步和對結構混凝土均勻性要求的提高，工作性也成為新拌砼的重要性能指標，此外體積穩(wěn)定性、抗沖擊、耐磨、耐疲勞、耐化學腐蝕等性能也受到特別重視,。特別是隨著粉體加工技術的日益成熟，人們已認識到將工業(yè)廢料如

23、水淬礦渣、粉煤灰、天然沸石等制造超細粉后摻入混凝土中，不僅對提高砼工作性、改善體積穩(wěn)定性、耐久性和降低絕熱溫升減少溫度裂縫、抑制堿集料反應起著重要的作用，而且可以大幅度降低水泥用量，在提高經(jīng)濟效益的同時還能達到節(jié)約資源和能源、改善勞動條件、尤其在環(huán)境保護等方面有著十分重大的意義，砼的高性能化已成為土木工程界的共同呼聲。二 高性能混凝土技術2. 什麼是高性能混凝土和綠色高性能混凝土2.1 高性能混凝土（HPC）高性能混凝土（High Performance Concrete）的研究是當今土木工程界最熱門的課題之一。1990年5月美國國家標準與技術研究院（NIST）與美國混凝土協(xié)會（ACI）召開會

24、議，首先提出高性能混凝土（HPC）這個名詞，認為HPC是同時具有某些性能的勻質(zhì)混凝土，必須采用嚴格的施工工藝與優(yōu)質(zhì)原材料，配制成便于澆搗、不離析、力學性能穩(wěn)定、早期強度高，并具有韌性和體積穩(wěn)定性的混凝土；特別適合于高層建筑、橋梁以及暴露在嚴酷環(huán)境下的建筑物。二 高性能混凝土技術2. 什麼是高性能混凝土和綠色高性能混凝土2.1 高性能混凝土（HPC）自高性能混凝土一詞提出以來，至今對它沒有統(tǒng)一的解釋或定義。以美國的Mehta為代表的美加學派認為高性能混凝土應該是高耐久性，而不僅僅是高強度。Mehta認為對于近年來建造的暴露于腐蝕性環(huán)境下的砼結構物其受腐蝕的速度之快表明抗壓強度已不足以保證其長期耐

25、久性，而耐久性應放在HPC的首位，此外還應該包括高的體積穩(wěn)定性（收縮和徐變?。⒌蜐B透性和高工作性；法國規(guī)定高性能混凝土的圓柱體強度應該在50MPa以上；以東京大學岡村為代表的日本學者認為高流態(tài)、免振自密實混凝土就是高性能混凝土，他們認為高性能混凝土不僅具有良好的工作性能，而且應該有良好的體積穩(wěn)定性。例如新建的明石海峽大橋，其纜索錨基混凝土52萬方，要求高耐久性、高流動性、高體積穩(wěn)定性與低水化熱溫升，強度指標則為91天圓柱體50MPA；其橋墩混凝土約為50萬方，要求高耐久性、高流動性、高抗沖刷性、低溫升，強度要求20MPA。兩者都是摻加復合細摻料、復合外加劑的HPC。二 高性能混凝土技術2.

26、什麼是高性能混凝土和綠色高性能混凝土2.1 高性能混凝土（HPC）由此可知，不同的學者或技術人員對高性能混凝土的定義與理解有所不同。但大多數(shù)認為HPC的強度應該不低于5060MPa。我國的吳中偉院士認為，應該根據(jù)用途和經(jīng)濟合理等條件對性能有所側重，現(xiàn)階段HPC強度低限可向中等強度（30MPa）適當延伸，但以不損害混凝土內(nèi)部結構（孔結構、界面結構、水化物結構等）的發(fā)展與耐久性為度，并據(jù)此提出了HPC的定義為： HPC是一種新型的高技術混凝土，是在大幅度提高常規(guī)混凝土性能的基礎上，采用現(xiàn)代混凝土技術，選用優(yōu)質(zhì)原材料，采用低水膠比和摻加足夠數(shù)量的礦物細摻料與高效外加劑，在妥善的質(zhì)量控制下制成的；HP

27、C應同時保證下列性能：耐久性、工作性、各種力學性能、適用性、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟合理性。二 高性能混凝土技術2. 什麼是高性能混凝土和綠色高性能混凝土2.1 高性能混凝土（HPC）根據(jù)不同的理解還可以提出其它方面的要求和定義，但是很難給出一個使大家都認可并且滿意的定義，而且也不應該設置一個大而全的框框，甚至設定具體的下限數(shù)值去限制高性能混凝土。高性能混凝土應該成為努力的方向，而不是教條。況且，每一個特定的工程與其工作環(huán)境都存在對混凝土某些方面性能的特殊要求，而對另一些方面的性能要求則可能不需要太高，期望設計出一種任何方面都具有優(yōu)異性能的混凝土是不切實際的，也是為經(jīng)濟所不能允許的。 二 高性能混凝土

28、技術2. 什麼是高性能混凝土和綠色高性能混凝土2.2 綠色高性能混凝土（GHPC）前面提到，綠色材料的涵義主要可概括為：（1）節(jié)約資源、能源；（2）不破壞環(huán)境，更應有利于環(huán)境；（3）可持續(xù)發(fā)展，保證人類后代能健康、幸福地生存下去。水泥混凝土作為最大宗的一種材料或一種產(chǎn)業(yè)， 2000年世界水泥產(chǎn)量15億噸，混凝土超過50億方（120億噸），對資源、能源的需求和對環(huán)境的影響十分巨大?；炷聊芊耖L期維持作為最主要的建筑結構材料，關鍵在于能否成為綠色材料，因此提出“綠色高性能混凝土” （GHPC），它是混凝土的發(fā)展方向，也是混凝土的未來。最早提出綠色高性能混凝土（GHPC）的是吳中偉教授。綠色高性能混

29、凝土的提出在于加強人們對資源、能源和環(huán)境的重視，要求混凝土工作者更加自覺地提高HPC的綠色含量或者加大其綠色度，節(jié)約更多的資源、能源，將對環(huán)境的影響減到最少，這不僅為了混凝土和建筑工程的持續(xù)健康發(fā)展，更是人類的生存和發(fā)展所必需的。一般認為真正的綠色高性能混凝土應符合以下條件：二 高性能混凝土技術2. 什麼是高性能混凝土和綠色高性能混凝土2.2 綠色高性能混凝土（GHPC）（1）所使用的水泥必須為綠色水泥；此處的“綠色水泥”是針對“綠色”水泥工業(yè)來說的。綠色水泥工業(yè)是指將資源利用率和二次能源回收率均提高到最高水平，并能夠循環(huán)利用其它工業(yè)的廢渣和廢料；技術裝備上更加強化了環(huán)境保護的技術和措施；粉塵

30、、廢渣和廢氣等的排放幾乎接近于零，真正做到不僅自身實現(xiàn)零污染、無公害，又因循環(huán)利用其它工業(yè)的廢料、廢渣，而幫助其它工業(yè)進行三廢消化，最大限度地改善環(huán)境。二 高性能混凝土技術2. 什麼是高性能混凝土和綠色高性能混凝土2.2 綠色高性能混凝土（GHPC）（2）最大限度地節(jié)約水泥熟料用量，從而減少水泥生產(chǎn)中的“副產(chǎn)品”二氧化碳、二氧化硫、氧化氮等氣體，以減少環(huán)境污染保護環(huán)境。我國水泥產(chǎn)量世界第一，如全世界水泥產(chǎn)量從現(xiàn)在15億噸增加到2010年的18億噸，則世界水泥工業(yè)將增加大氣層中CO2量高達 150億噸。各國已規(guī)定CO2排放限量，水泥工業(yè)的發(fā)展必將受到限制，水泥產(chǎn)量不能再增加了！必須積極改變品種和

31、工藝以降低能耗。GHPC中最多可達 60%80%磨細工業(yè)廢渣而不是水泥熟料成為最大的膠凝組分，既能滿足HPC的全部性能要求，又能大幅度減少熟料用量，這將是一條主要出路。二 高性能混凝土技術2. 什麼是高性能混凝土和綠色高性能混凝土2.2 綠色高性能混凝土（GHPC）（3）更多地摻加經(jīng)過加工處理的工業(yè)廢渣，如磨細礦渣、優(yōu)質(zhì)粉煤灰、硅灰和稻殼灰等作為活性摻合料，以節(jié)約水泥，保護環(huán)境，并改善混凝土耐久性。用于砼的工業(yè)廢渣主要有3類：（a）水淬礦渣(slag)：我國年產(chǎn)礦渣約8000萬噸，巳大部用作水泥混合材，但細度粗，活性未充分利用，因而造成水泥強度低、礦渣摻量小。近年來日本對超細磨礦渣用于砼進行了

32、較系統(tǒng)的研究，代替水泥可高達50%80%，并取得流動性、耐久性、后期強度等性能的明顯改善，已成為HPC的有效組分。（b）優(yōu)質(zhì)粉煤灰(fly ash)：1985年加拿大能源礦產(chǎn)部開發(fā)的高摻量粉煤灰混凝土（ HFCC），也包括用于結構中的 HPC，其中粉煤灰占膠凝材料總量的 55%60 %，改變了幾十年以來的粉煤灰代替水泥摻量不超過 25%的傳統(tǒng)作法（目前我國一些規(guī)范標準還都有此限制）。我國粉煤灰排量增加迅速，1995年已超過1.25億噸，其中不少優(yōu)質(zhì)粉煤灰適于制作HPC，例如內(nèi)蒙古赤峰元寶山電廠優(yōu)質(zhì)灰超過我國1級灰標準，已大量用于北京首都國際機場航站樓等重要結構工程。 二 高性能混凝土技術2.

33、什麼是高性能混凝土和綠色高性能混凝土2.2 綠色高性能混凝土（GHPC）（c）硅粉（silica fume）：硅粉是硅鐵合金廠在冶煉硅鐵合金時從煙層中收集的飛灰。我國硅灰產(chǎn)量約30004000噸/年，其細度極高，對砼的增強效果極好，但因量少而價高，故一般只用于有特殊要求的工程中。但是用少量硅粉與礦渣或粉煤灰復合，不僅能夠增加復合細摻料的取代水泥量，增加 GHPC的早期強度與多種性能，還具有提高工作性、體積穩(wěn)定性、耐久性、降低溫升等效果，這種因復合帶來的超疊加效應，值得特別重視。 （4）大量應用以工業(yè)廢液尤其是黑色紙漿廢液為原料制造的減水劑，以及在此基礎上研制的其它復合外加劑，幫助造紙工業(yè)消化處

34、理難以治理的廢液排放污染江河的問題。 （5）集中攪拌混凝土和大力發(fā)展預拌商品混凝土，消除現(xiàn)場攪拌混凝土所產(chǎn)生的廢料、粉塵和廢水，并加強對廢料和廢水的循環(huán)使用。 二 高性能混凝土技術2. 什麼是高性能混凝土和綠色高性能混凝土2.2 綠色高性能混凝土（GHPC）（6）發(fā)揮HPC的優(yōu)勢，通過提高強度、減小結構截面積或結構體積，減少混凝土用量，從而節(jié)約水泥、砂、石的用量；通過改善和易性來改善澆注密實性能，降低噪音和能耗；通過大幅度提高混凝土耐久性，延長結構物的使用壽命，進一步節(jié)約維修和重建費用，減少對自然資源無節(jié)制的使用。（7）砂石料的開采應該以十分有序且不過分破壞環(huán)境為前提。積極利用城市固體垃圾，特

35、別是拆除的舊建筑物和構筑物的廢棄物混凝土、磚、瓦及廢物，以其代替天然砂石料，減少砂石料的消耗，發(fā)展再生混凝土。 從上可知，發(fā)展HPC和GHPC來防止波特蘭水泥產(chǎn)量快速增長是可行的、有效的。但由于細摻料的超細磨和高效減水劑等都將提高成本，在開始階段，會高出普通混凝土材料費用 50 %左右，常不被業(yè)主所接受，至于環(huán)境等更大效益更不易得到重視。二 高性能混凝土技術3. 高性能混凝土的制備原理及其技術性能3.1. 高性能混凝土的制備原理 從本質(zhì)上說高性能砼（HPC）的核心是增加砼密實度、提高砼抗?jié)B性，其主要措施是通過選用優(yōu)質(zhì)原材料，在嚴格質(zhì)量管理的條件下采用“雙摻技術”即同時摻加高性能減水劑和超細礦物

36、粉體等措施，采用現(xiàn)代混凝土技術制成的；摻加高性能減水劑才可能使水膠比控制在0.35之下而仍可以采用現(xiàn)代化的施工技術進行快速施工，而摻加超細礦物粉體如超細礦渣、超細粉煤灰以及硅灰等，則能夠生成新的水化產(chǎn)物、有效阻斷毛細孔并改善膠結材孔結構和骨料與膠結材間的界面結構及水化產(chǎn)物的性質(zhì)，降低氫氧化鈣的富集和定向排列程度，提高了界面強度，增強了砼的密實度，從而提高砼抗?jié)B性、降低氯離子的滲透速率、延緩鋼筋銹蝕速率，提高砼耐久性。 二 高性能混凝土技術3. 高性能混凝土的制備原理及其技術性能3.2礦渣高性能混凝土我國采用超細礦渣做為混凝土的高級摻合料的研究和應用工作也有了長足進展，特別是上海在這方面的應用工

37、作走在全國的前列，其取代水泥量已超過50%。目前北京地區(qū)如首都機場、北京西客站、東環(huán)廣場、靜安中心、新恒基中心等十多項國家重點工程采用了C50及C60以上高性能混凝土，總量已超過30萬立方米，收到理想的效果，工程質(zhì)量全部合格。高性能混凝土將是21世紀的主要工程材料，其中超細水淬礦渣將作為其主要摻和料。但由于超細磨摻和料與高效減水劑等都將提高成本，使得它常常不被業(yè)主所接受，事實上混凝土材料價在建筑物總造價中所占比重不大，材料價增加很容易從改變材料所取得的直接效益和 工程耐久性提高的間接效益中得到補償，至于環(huán)境效益及節(jié)約能源資源所取的可持續(xù)發(fā)展的效益更是關乎子孫萬代生存和發(fā)展的的大事。 二 高性能

38、混凝土技術3. 高性能混凝土的制備原理及其技術性能3.3 免振搗高性能混凝土免振搗混凝土又稱自密實混凝土，它是由70年代初由前西德發(fā)明并首先用于工程的流態(tài)混凝土發(fā)展而來的，這種混凝土在日本得到極其迅速的發(fā)展。到90年代中期，日本已生產(chǎn)了自密實免振混凝土80萬m3我國也已經(jīng)有自密實免振搗混凝土的工程實際應用。目前人們對高流動免振搗混凝土的認識可以歸結為：通過外加劑（包括高性能減水劑、超塑化劑、穩(wěn)定劑等）、超細礦物粉體等膠材料和粗細骨料的選擇與搭配和配合比的精心設計，使混凝土拌合物屈服剪應力減小到適宜范圍，同時又具有足夠的塑性粘度，使骨料懸浮于水泥漿中，不出現(xiàn)離析和泌水等問題，在基本不用振搗的條件

39、下通過自重實現(xiàn)自由流淌，充分填充模板內(nèi)及鋼筋之間的空間形成密實且均勻的結構。 二 高性能混凝土技術3. 高性能混凝土的制備原理及其技術性能3.3 免振搗高性能混凝土混凝土的屈服應力既是混凝土開始流動的前提又是混凝土不離析的重要條件。若粗骨料因重力作用產(chǎn)生的剪應力超過了混凝土的屈服應力，便會從水泥漿中分離出來，或者在流動過程中，流動性差的骨料與相對流動性好的砂漿間產(chǎn)生的剪應力超過了混凝土的屈服應力，同樣會造成粗骨料的分離。每立方米混凝土拌合物中膠結材料的數(shù)量和砂率值，對混凝土拌合物的工作性能有很大影響。漿體量多，流動性好，但漿體量過大對硬化后砼體積穩(wěn)定性不利；砂率適當偏大些，拌合物通過間隙能力好

40、，但砂率過大對砼的長期性能不利。對于免振搗自密實混凝土，拌合物的工作性能是研究的重點，應著重解決好混凝土的高工作性與硬化混凝土力學性能及耐久性的矛盾，一般認為，免振搗自密實混凝土的工作性能應達到：坍落度250270mm，擴展度550700mm，流過高差15 mm。有研究表明不經(jīng)振搗的自密實混凝土可以在硬化后形成十分致密、滲透性很低的結構，且干縮率較同強度等級的普通混凝土較小。二 高性能混凝土技術4. 高性能混凝土的泵送技術砼的可泵性是指砼在泵壓作用下能連續(xù)穩(wěn)定地通過輸送管而不產(chǎn)生離析的性能，它是反映砼在泵壓作用下流動能力大小的一個綜合指標。砼能否在輸送管內(nèi)順利流動是泵送工作能否順利進行的關鍵，

41、這就要求砼必須具有良好的可泵性?？杀眯院玫捻艖哂信c管壁接觸面的摩阻力小、泵送中不離析也不形成堵塞物堵塞管道等特性。砼在輸送管中流動時是整個斷面都形成栓塞呈塞流狀態(tài)沿管壁滑移的，而砼與管壁摩阻力的大小與其流動性（以坍落度表示）大小有關，即砼的流動性越大（坍落度越大）管道的摩阻力越小，砼越易輸送，也就是說可泵性好的砼首先應具有良好的流動性；其次砼在泵送時砼中的粗骨料必須有足夠的水泥漿體包裹住才能使它在水泥漿體中處于分散的懸浮狀態(tài)，也才能使砼沿輸送管道順利流動，如果砼產(chǎn)生離析粗骨料間處于相互接觸狀態(tài)并可能形成骨架導致管道堵塞，故可泵性好的砼也應具有良好的穩(wěn)定性；二 高性能混凝土技術4. 高性能混凝

42、土的泵送技術當砼通過彎管部位時，由于砼流動方向改變，在管道彎曲處粗骨料顆粒間會存在相對速度，顆粒間的相對位置發(fā)生變化使砼形態(tài)發(fā)生改變，為使砼在形態(tài)發(fā)生變化時其整體性和連續(xù)性仍能得到保證，砼必須具有良好的可塑性。由此可見，砼的可泵性是流動性、穩(wěn)定性和可塑性的綜合反映。迄今還沒有一個完善的科學指標來直接評價砼的可泵性，目前多以反映流動性的坍落度和反映砼穩(wěn)定性的壓力泌水值兩個指標來評價。坍落度值越小，砼與管壁的摩阻力就越大，越易堵塞管道，若坍落度過大，則砼越易離析也會造成堵管。許多國家對泵送砼的坍落度作了規(guī)定，一般認為在80-200范圍內(nèi)較合適。壓力泌水是指砼在一定壓力作用下砼中的水及稀漿泌出以形成

43、足夠的潤滑層，為使砼形成塞流創(chuàng)造條件，但如果水及稀漿流失過快過多，則將使骨料離析嚴重而堵塞管道。這就要求砼應有良好的粘聚性和保水能力，使砼在壓力作用下的泌水量保持在適當?shù)姆秶鷥?nèi)，既有利于砼的泵送又不會出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。二 高性能混凝土技術5. 高性能混凝土的工程應用實例5.1 海洋環(huán)境下建造高耐久性砼工程實例香港青馬大橋：香港青馬大橋橋長2167米，塔高200米，中心跨度1377米，是世界上跨度最大的懸索橋之一，于1997年竣工，設計使用壽命120年。建造該橋使用40萬米3按非常嚴格的綜合性能指標設計的高質(zhì)量砼，這些指標不僅考慮了強度和耐久性，而且還包含許多砼塑性性能以適應橋梁的垂直結構和澆筑方法，同時對砼的最大和最小水泥用量、最高澆筑溫度、最大水化熱和溫度梯度都有規(guī)定，其中對砼抗?jié)B性和氯離子滲透性有極其苛刻的限制。 28天立方體試件強度 50MPa水泥種類:普通水泥/25-35%粉煤灰,普通水泥/65-75%礦渣水泥用量: 350-550/m3 水膠比:最大0.4最大氯離子含量:膠結材的0.06%最大含堿量(當量Na2O)