生态绿色环境混凝土.ppt

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1、混凝土的生态环境化,王成林,济南大学土木建筑学院,混凝土的生态环境化,一、绿色混凝土的概念与种类：,二、减轻环境负荷型混凝土：,三、生态环境友好型混凝土：,混凝土的特点是用量很大，而且所建造的建筑物、构筑物大多与自然直接融合在一起，并且在生产混凝土时要消耗大量能源，因此要设法在混凝土的生产、使用中降低能耗，这是混凝土绿色化的重要途径，并且应促进混凝土向着环境友好型、生物适应性生态混凝土的方向发展。,一、绿色混凝土的概念与种类：,（一）、绿色混凝土的概念：,绿色混凝土，或称生态混凝土，是指能减少给地球环境造成的负荷，同时又能与自然生态系统协调共生，为人类构造更加舒适环境的混凝土材料。,（二）、绿

2、色混凝土的特征：,1、具有比传统混凝土更高的强度和耐久性，能满足结构力学、使用功能以及使用年限的要求。,2、具有与自然环境的协调性，减轻对地球和生态系统的负荷，实现非再生性资源的循环使用。,3、具有良好的使用功能，能够为人类构筑温和、舒适、便捷的生活空间。,（三）、绿色混凝土的种类：,绿色混凝土,减轻环境负荷型,生态环境友好型,绿化、景观混凝土,生物适应性混凝土,透水、排水性混凝土,利废环保型混凝土,节能型混凝土,高耐久性混凝土,免振捣自密实混凝土,绿色高性能混凝土,清水混凝土,二、减轻环境负荷型混凝土：,（一）、利废环保型混凝土：,特点：,采取一定技术措施，掺入大量的固体废弃物和以工业废料为

3、原料的外加剂，实现各类废弃物的再资源化，起到利废、减少环境污染的双重作用。,利废途径：,充分消化工业废弃物,处理城市固体垃圾,再生骨料混凝土,1、充分消化工业废弃物,我国目前粉煤灰年产量是1.25亿吨，水淬矿渣是8亿吨，煤渣、煤矸石的产量更高。,世界各国都对粉煤灰的利用非常重视，其中对其建材资源化都是一条重要的技术措施,（1）、利用粉煤灰生产混凝土骨料,荷兰某公司开发提出的“冷结式”阿德雷特方法，将粉煤灰加工成人工“卵石”,提高了骨料与水泥石界面的粘结力,固化粉煤灰，减小其中重金属对环境的污染,减少对天然骨料原料的开采,（2）、大掺量粉煤灰低水泥耗量混凝土,普通混凝土的水泥用量为300500k

4、g/m3,其中水泥的水化率大约在50%左右。,大掺量粉煤灰低水泥耗量混凝土在水利、道路工程中应用较多,水利大坝工程中的应用：,英国的Milton(米尔顿)坝，芯部碾压砼粉煤灰掺量为73%,美国的上静水坝，主表面和芯部碾压砼粉煤灰掺量为50%75%,我国的三峡大坝，三期碾压砼围堰粉煤灰掺量为55%,道路工程中的应用：,英国的Heathrow(希思罗)机场、M25公路和Didcot(迪德科特)电站煤运区的路基均采用了大掺量粉煤灰混凝土，其中粉煤灰掺量到达4080%。,在房屋工程中，加拿大在一棟7层高的综合楼中应用了高掺量粉煤灰混凝土，掺量达55%，混凝土120d的强度达5072Mpa，在另一栋22

5、层办公楼的钻孔沉箱桩中应用了配合比与综合楼相同的高掺量粉煤灰混凝土，实测28d强度为51Mpa，与岩土粘结强度达3Mpa，超过设计值2.5倍。,2、处理城市固体垃圾生产固体生活垃圾砼(swc),SWC生产技术原理:,新鲜的生活垃圾经加入的生物催化剂等作用加速腐化，降解和脱水，最终形成干物质；在干物质中添加外加剂经杀菌、固化即制成具有一定强度、无毒害、较高密度的SWC。此外垃圾中的塑料使砼抗压和抗折强度提高。,SWC生产工艺：,垃圾场的生活垃圾,上料机,料斗,电磁除铁器,分拣可回收利用物品,打碎机(块状物),电磁除铁,风力分拣,打碎机(切碎塑料袋，纤维等),贮藏仓,电子称量系统,搅拌机(杀菌剂、

6、固化剂经化浆、配料,也同时进入搅拌机),SWC材料,SWC生产技术的特点：,(1)生产工艺较为简单，生产设备由国产定型设备改进而成，投资额较少而且又能处理数量可观的生活垃圾。,(2)此技术处理后没有剩余垃圾，也没有再生垃圾达到彻底处理垃圾并能够作为建筑材料使用。,SWC材料的性能特点：,(1)SWC 的抗压强度根据工程应用需要可在0.735.0MPa调整；采用专门的粘结剂可以配制强度等级达C15、C20、C25的SWC。,(2)SWC 能保持性能稳定和杀菌效应。对SWC不同比例和形态的样品的l8项环保指标进行检测表明，符合GB8978-96需求。,(3)SWC 在海水中浸泡后，其强度降低：随着

7、时间增长，强度损失减小；SWC强度越高，在海水中浸泡后强度损失越小，耐久性越好。,3、再生骨料混凝土,再生骨料,废弃混凝土经过清洗、破碎、分级和按一定比例与级配混合形成的骨料，称为再生骨料,再生骨料混凝土,由再生骨料部分或者全部代替砂石等天然骨料配制成的混凝土，称为再生骨料混凝土。,如：欧洲共同体废弃混凝土的排放量从1980年的5500万吨增加到目前的16200万吨左右，而废砖排放量将基本稳定在每年5200万吨左右；,美国每年大约有6000万吨废弃混凝土；,日本每年约有1600万吨废弃混凝土：,在德国，每年拆除的废弃混凝土约为0.3T/年人；,我国每年拆除建筑垃圾大约在4000万吨左右，其中3

8、4是混凝土块，由此产生的废弃混凝土大约有1360万吨，除此之外还有新建房屋产生4000万吨的建筑垃圾所产生的废弃混凝土，同时预计今后混凝土碎块的产生量将增多。,90年代以来世界众多国家，特别是发达国家环境保护和可持续发展战略追求的目标之一。资源化一垃圾建材(又称为绿色建材，生态建材，环保建材和健康建材)也因此成为各发达国家研究的重要课题。而在所有建筑垃圾中，废弃混凝土(Waste Concrete)的量是最大的。因此，将废弃混凝土作为再生骨料生产再生混凝土具有非常重要的环保和自然资源保护意义，是一种新型的绿色建材。,发达国家对再生骨料混凝土的研究非常重视。自20世纪90年代以来，再生混凝土方面

9、的开发利用发展很快，并开展了有关的实验研究和工程应用。,早在1977年日本政府就制定了再生骨料和再生混凝十使用规范，1995年混凝土的利用率为65，到2000年混凝土块的利用率达到90。,此外，美国、德国、比利时、荷兰等国在再生混凝土的研究和应用方面起步也较早，现在各国混凝土废弃物的利用率多在60%以上。,我国对再生混凝十的开发研究晚于工业发达国家，大约在2002年开始立项研究。,再生骨料的生产：,再生骨料生产过程包括三个阶段：,(1)预处理阶段：,除去废弃混凝土中的其他杂质，用颚式破碎机将混凝土块破碎成40毫米直径的颗粒；,(2)碾磨阶段：,混凝土块在偏心转筒内旋转，使其相互碰撞，摩擦，碾磨

10、，除去附着于骨料表面的水泥浆和砂浆。,(3)筛分阶段：,最终的材料经过过筛，除去水泥和砂浆等细小颗粒，最后得到的即为高性能再生骨科。,再生骨料的基本性能,孔隙率较高、吸水性强、强度较低。,再生骨料混凝土的基本性能,1、工作性较差。,2、弹性模量较小，强度较低，刚度较小。,3、干缩较大。,再生骨料混凝土的应用,4、耐久性较差。,目前，再生骨料混凝土主要应用与桥梁下部工程、砌块、道路附属物基础、海岸防波坝、基础垫层、非结构用混凝土、简易房屋混凝土基础等。,（二）节能型混凝土,用碱矿渣水泥代替常见的硅酸盐系水泥生产混凝土,即：碱矿渣水泥混凝土,碱矿渣水泥：,矿渣+碱,矿渣：,不仅可以用粒化高炉渣、电

11、热磷矿渣、有色金属矿渣，还可以用炼钢渣、化铁渣、火电厂粉煤灰等等；但以水淬高炉矿渣为佳。,碱：,碱组分既可以用成品碱：如纯碱、碳酸钾、氟化钠、水玻璃等；也可以用工业副产品：如碱浮渣、偏硅酸钠等等；还可以用工业生产中的含碱废料，如金属加工和机械制造、化学、医药、造纸、水泥、食品等工业部门某些产品的废料。,碱矿渣水泥的发展过程：,1957年乌克兰基辅建筑工程学院维德格卢霍夫斯基教授等开发成功碱矿渣胶结料。,1959年，证明这种水泥与硅酸盐水泥一样，既能在水中硬化，也能空气中硬化。,上世纪60年代初，碱矿渣水泥及其混凝土试验研究在前苏联许多建设部门展开。,上世纪6070年代，前苏联在各种建筑工程中进

12、行了大量的应用试验。,上世纪60年代中期，前苏联已有一部分厂家开始试生产碱矿渣水泥及其混凝土制品。,1985年以来，前苏联按照已制定并实施的标准OCT67-11-84和PCT YCCP 5024-83生产碱矿渣水泥。,1989年，前苏联的利别兹克市已成功地全部用碱矿渣混凝土建成高22层的住宅楼。,从1962年开始在工程中批量试用碱矿渣混凝土到1990年，前苏联已在各种建筑工程中累计使用了300多万立方米碱矿渣混凝土。从1985年以来，碱矿渣混凝土的年产量达30多万立方米。,上世纪90年代起，我国水泥工作者开始研究碱矿渣水泥，但目前还没有产品国家标准。,代表人物：,重庆建筑大学的蒲心诚教授,研究

13、的见矿渣水泥混凝土抗压强度达200MPa以上,碱矿渣水泥的性能,1、碱矿渣水泥的物理力学性能优于普通硅酸盐水泥。,2、净浆的标准稠度用水量在17%21%之间，而硅酸盐水泥为27%29%。,3、1:3砂浆标准稠度(扩散度17厘米)的水灰比为0.230.29，而硅酸盐水泥砂浆为0.40。,4、水化热仅是硅酸盐水泥的1/2l/3；其抗水性好，孔隙率低，孔结构好。,5、碱矿渣水泥施工、运输较麻烦，必须将矿渣粉（可加好缓凝剂）和碱组分（液体水玻璃）运到施工现场配制，与传统的水泥施工方法有点区别。虽然也有人提出用固体水玻璃生产碱矿渣水泥，但由于工艺较复杂，没有推广开。,6、碱矿渣水泥（特别是利用矿渣以外的

14、工业废渣时）由于所用的渣往往成分不同，需要改变碱激发剂。如果控制不好，对性能有较大影响。,7、碱矿渣水泥存在耐久性问题，主要表现在长期抗折强度倒缩，还有干燥收缩大和表面泛碱等问题。五十多年来，碱矿渣水泥由于耐久性问题没有很好解决，虽然已在一些工程上试用，但至今未能在建筑工程上大量推广。,8、碱性激发剂资源有限，价格较贵，一定程度上也影响了这种水泥的推广应用。,9、碱矿渣水泥确实能够达到很高强度，但体积稳定性差，收缩大；硬化速度快，凝结时间难以控制；使用过程中析碱、泛碱。,碱矿渣水泥混凝土的性能,将矿渣烘干到水分小于1%、外加部分缓凝剂磨细到比表面积大于400m2/kg的矿渣粉。使用时将碱组分（

15、水玻璃或其他碱）配制成溶液按选定的配比掺入，并与粗细骨料一起拌成混凝土。,1、碱矿渣混凝土对骨料的要求没有像普通水泥混凝土那样严格，可用粘土质和粉粒状的颗粒占5%20%的骨料。,2、碱矿渣水泥混凝土容易获得高强度且后期强度稳步增长,在不掺加其它化学外加剂和采用其它特殊工艺措施的条件下,碱矿渣水泥混凝土28天强度可达 60150MPa，1年强度比28天强度增长20%以上。,3、低水灰比需求,碱矿渣水泥的标准稠度用水量为1721%,比普通水泥标准稠度用水量2729%低得多。同时由于碱组分的表面活性作用,使碱矿渣混凝土拌合物有很好的和易性,便于成型和施工。,4、硬化快早期强度高,不掺缓凝剂时,用碱矿

16、渣水泥可以制成快硬混凝土和超快硬混凝土。通常情况下,1天强度可达2060 MPa,5、优良的孔结构特征,和普通硅酸盐水泥石相比,碱矿渣水泥石虽然总孔隙率相差不大,但其孔结构特征优异得多。经过测定,碱矿渣水泥石中微孔居多,大孔很少,半径大于500A的有害孔仅占18%左右,而普通水泥砂浆中可高达66%,6、高抗渗性,碱矿渣水泥混凝土抗渗性可达P40,大大超过普通水泥混凝土的P6 P12的抗渗等级。,7、水化热低,碱矿渣水泥的水化热只有同等级硅酸盐水泥的1/2-1/3,属于低热水泥。,8、抗化学腐蚀性强,根据前苏联研究者和蒲心诚教授等的研究成果,发现碱矿渣水泥混凝土浸泡在2%的MgSO4溶液中和PH

17、=2的稀HCI溶液中2 年后,强度都在增长,丝毫没有发现强度下降的迹象。,9、抗冻融性能好,普通混凝土抗冻融循环一般在300 次以内,而碱矿渣混凝土能经受300-1000次冻融循环。,10、良好的护筋性能,碱矿渣水泥混凝土因为具有高碱度、高密实性、高抗渗性,因而具有优良的护筋性能。前苏联对已使用二、三十年之久的碱矿渣水泥混凝土建筑构件抽样调查,未发现有钢筋锈蚀的痕迹。,11、良好的水泥石集料界面,在碱矿渣水泥混凝土中,集料被水泥石紧密地包裹着,且集料粒子与基体之间发生了一定程度的化学反应。这些集料粒子表面上所生成的纤维状的C-S-H凝胶等水化物,与基体中的水化物交织在一起,形成三维空间网络结构

18、,使集料与水泥石界面呈化学粘合状态,因而在水泥石集料界面区域不仅没有定向排列的Ca(OH)2 粗大晶体,而且界面呈化学增强效应,使得碱矿渣水泥混凝土在受力破坏时,断裂面总是穿过水泥石或集料,而不是沿着界面。,碱矿渣水泥混凝土的应用,碱矿渣水泥混凝土不仅可以应用于硅酸盐水泥混凝土目前已经应用的领域,而且可以应用于硅酸盐水泥混凝土不能应用的领域。,由于快硬,可应用于抢修工程；,由于高强，可应用于超高层建筑与大跨建筑,由于低热，可应用于大体积混凝土工程；,由于抗硫酸盐侵蚀性能优异，可用于有硫酸盐侵蚀的地下工程和海洋工程，,由于抗稀酸侵蚀能力强,，可以用于有稀酸侵蚀的领域；,由于高抗渗，可用来制造超高

19、压输水管道等。,此外,由于碱矿渣水泥混凝土有优异的耐高温湿热性能和高抗渗性能,用于处理核废料以及有毒废料更是具有良好的前景。,碱矿渣水泥混凝土推广应用存在的阻碍因素,1、快凝问题,采用模数为1-1.5的水玻璃作激发剂时,其凝结时间极短,一般在15 分钟左右。,高效缓凝剂,使初凝时间可在1-22小时范围内调节。,2、碱集料反应,3、成本问题,当前,在碱矿渣水泥与混凝土的研究开发中,常用作碱组分的是烧碱、纯碱和水玻璃。由于目前它们数量有限,价格偏高,因此用它们来生产碱矿渣水泥与混凝土,对于高等级而言,在价格上也许比普通水泥混凝土占有优势，但对于中低等级而言,其价格上不仅不占优势,有时成本还要高得多

20、。,4、大批量生产问题,目前研究开发最多的是液态碱组分碱矿渣水泥,由于固、液两组份分离,因而只能用于施工现场配制,不利于工厂大批量生产。,5、包装方法与使用方式,液态碱组分碱矿渣水泥,由于液相碱组分的单独存在,不利于包装与运输,而且必须用铁桶或塑料桶盛装,增加了包装与运输费用。在使用时,液态碱组分需专门配比、计量、投放,这与传统水泥的使用方式根本不同。因而,无论从经济角度上还是技术角度上,都使施工企业等用户存在使用困难的问题。,6、碱矿渣水泥质量的稳定性,碱溶液激发的碱渣矿渣水泥,由于激发剂溶液不易稳定,必须在配制后的几周之内使用,否则溶液会变质,发生分层或沉淀结块,以致于碱溶液不能使用,或使

21、水泥的等级大幅度地降低,这样造成了水泥强度出现大的波动性,质量不稳定。,7、制定技术规范问题,新材料的推广应用,与其制定的技术规范是戚戚相关的。因为技术规范是设计者、施工者使用新材料的依据和保障。前苏联制定了碱矿渣水泥与混凝土技术规程,因而它的推广应用较好，而其它国家都没有明确地制定出碱矿渣胶结材的技术规范,这也成为推广应用碱矿渣水泥与混凝土的重大障碍。,（三）高耐久性混凝土,混凝土结构是土木工程结构设计中的首选形式，混凝土耐久性是混凝土经济性的最重要的影响因素，研究开发高耐久性混凝土也是近几年来混凝土的最主要的研究内容。,由于对钢筋混凝土结构耐久性问题研究相对滞后,导致结构耐久性不足而出现工

22、程事故或维修费用增加。,资料表明：,前苏联仅工业厂房由于耐久性损伤造成的损失占其固定资产的16%,美国全年因混凝土的钢筋锈蚀造成的损失为近300亿美元,每年因腐蚀而支出的维修费用就高达1260亿美元,1980 年,前东德柏林会议大厦由于钢筋锈蚀造成建筑西南角坍塌,该建筑仅使用了23 a,1976年1994年近20a 我国建造厂房、仓库合计5.655亿m2。由于在地下室构造、屋顶构造和防水设计、施工上考虑不周,经常出现厂房或房屋地下室潮湿、渗水,屋面檐口被推裂、漏水、结构开裂的现象,其耐久性低于国际水平数十年。,目前,我国现有房屋已有50%进入老化阶段,也就是说将有23.4.亿 m2 的建筑面临

23、耐久性问题。,（四）自密实混凝土,自密实混凝土的定义：,自密实混凝土又称为高流态混凝土，是指在自身重力作用下，能够流动、密实，即使存在致密钢筋也能完全填充模板，同时获得很好均质性，并且不需要附加振动的混凝土。,自密实的硬化性能与普通混凝土相似，而新拌混凝土性能则与普通混凝土相差很大。,自密实混凝土的自密实性能主要包括流动性、抗离析性和填充性。每种性能均可采用坍落扩展度试验、V漏斗试验（或T50试验）和U型箱试验等一种以上方法检测。,自密实混凝土的发展：,早在20世纪70年代早期，欧洲就已经开始使用轻微振动的混凝土。,到20世纪80年代后期，自密实混凝土才在日本发展起来。,日本发展自密实混凝土的

24、主要原因是解决熟练技术工人的减少和混凝土结构耐久性提高之间的矛盾。,欧洲在20世纪90年代中期才将自密实混凝土第一次用于瑞典的交通网络民用工程上。随后EC（欧洲理事会）建立了一个多国合作自密实混凝土指导项目。从此以后，整个欧洲的自密实混凝土应用普遍增加。,自密实混凝土在欧洲预拌混凝土中的比重，估计不同国家的SCC在预制混凝土的比重分别是意大利大约30%，芬兰大约30%，西班牙25-30%；美国10-40%。,自密实混凝土的优点：,自密实混凝土被称为“近几十年中混凝土建筑技术最具革命性的发展”，因为自密实混凝土拥有众多优点：,1、保证混凝土具有良好的密实性。,2、提高生产效率。,由于不需要振捣，

25、混凝土浇筑需要的时间大幅度缩短，工人劳动强度大幅度降低，需要工人数量减少。,3、改善工作环境和安全性。,没有振捣噪音，避免工人长时间手持振动器导致的“手臂振动综合症”。,4、改善混凝土的表面质量。,不会出现表面气泡或蜂窝麻面，不需要进行表面修补；能够逼真呈现模板表面的纹理或造型。,5、增加了结构设计的自由度。,不需要振捣，可以浇筑成型形状复杂、薄壁和密集配筋的结构。以前，这类结构往往因为混凝土浇筑施工的困难而限制采用。,6、避免了振捣对模板产生的磨损。,7、减少混凝土对搅拌机的磨损。,8、可降低工程整体造价。,从提高施工速度、环境对噪音限制、减少人工和保证质量等诸多方面降低成本。,自密实混凝土的设计、配制方法和调整,