1、新型混凝土技术与建筑节能摘要：本文分别从定义界定、制备方法、特性优势、潜在应用等方面概述性地介绍了 5 种新型混凝土技术（材料） ，并在此基础上简明扼要地阐释了这一系列新兴技术的开发和推广对于促进建筑节能、绿色建筑发展的意义和价值。 关键词：混凝土，绿色建筑，再生混凝土 中图分类号： TU528 文献标识码： A 文章编号： 1 前言 为了使建筑物在全寿命周期内，最大限度地节约资源（包括节能、节地、节水、节材） ，保护环境和减少污染，作为建筑物有机构成部分的建筑材料的特性与选用至关重要。一方面，建筑物能效的优劣与所选用的建筑材料，尤其是围护材料的热工性质密切相关。如果材料选用不合理，则再完美的
2、节能技术和举措也难有用武之地；另一方面，就建筑物的全寿命周期而言，建筑材料的生产、使用和后续回收循环利用的效率、能耗和价值更值得关注和重视。如果材料的生产成本和能耗过高、使用寿命过短、回收利用率又很低，则这类材料将没有市场竞争力和应用前景。 混凝土作为世界上用量最大、用途最广的建筑材料，它的改性与优化对于建筑节能、建筑产业绿色化具有举足轻重的作用和意义。传统混凝土（普通混凝土）的原材料均直接或间接来自于天然非再生资源，其中尤以水泥的生产能耗最高，且生产过程排放出巨量温室气体（据统计平均每生产 1 吨水泥即产生 1 吨 CO2 气体）1，加之废弃混凝土的再生利用率极低，因此混凝土一贯被视为高能耗
3、低能效高污染的建筑材料。近年来，随着混凝土技术的进步和使用要求的多样化，新型节能环保的特殊混凝土材料方兴未艾、层出不穷，本文在概述性介绍这类混凝土材料的典型代表的基础上，阐释它们的应用对于推动建筑节能、发展绿色建筑的意义和价值。 2 再生混凝土与建筑节能 建筑物因达到使用年限或遭受各种自然灾害的破坏而被拆除，市政工程的动迁和重大基础设施的改造，商品混凝土企业由于生产质量、调度失误等原因均不可避免地产生巨量废弃混凝土。对这些废弃混凝土的传统处理方法主要是将其运往郊外堆放或填埋，这不仅侵占大量宝贵耕地，而且导致环境污染和生态失衡2。因此如何有效地对废弃混凝土进行妥善处理和合理利用是倡导建筑节能、发
4、展绿色经济的重大课题之一。对废弃混凝土进行再生利用，不仅是妥善处理废弃混凝土的有效途径，更是节约非再生资源、减少全寿命周期内建筑能耗的重要举措。将废弃混凝土经破碎、分级分离并按一定的比例配合后形成的骨料称为再生混凝土骨料（简称再生骨料，如图 1 所示） ，根据颗粒公称直径大小区分为再生细骨料（粒径为 0.55mm）和再生粗骨料（粒径为 540mm） 。以再生骨料部分或全部替代原生骨料制备而成的混凝土称为再生骨料混凝土（简称再生混凝土，Recycled Concrete） 。 图 1 废弃混凝土的回收再生 大力发展和推广再生混凝土，不仅能有效解决建筑垃圾的堆放和处理问题，而且能大大减少对天然骨料
5、的开采，既保护了生态环境，又解决了建筑工程对混凝土骨料的大量需求。当然，与原生骨料相比，主要由表面无水泥浆的颗粒、表面附着水泥浆的颗粒和水泥石颗粒组成的再生骨料具有较小的表观密度（约为原生骨料的 80%85%） 、更高的吸水率（约为原生骨料的 4 倍10 倍） 。再生骨料的这些特征对于制备再生混凝土而言，意味着拌合用水量的增加和工作性的劣化，从而影响混凝土的浇筑和耐久性3。但随着相关技术瓶颈的突破（例如通过强化措施改善再生骨料的表面状态从而降低其吸水率3） ，再生混凝土的应用必将大行其道。 3 大掺量粉煤灰混凝土与建筑节能 粉煤灰（Fly Ash）作为火力发电工业的主要副产品，由于其较高的火山
6、灰活性和低廉的价格，被广泛用作制备高性能混凝土的矿物掺合材料。粉煤灰的掺量从起初建议的 15%20%，进而增加到 25%35%，并最终高达 50%以上4。以大量的粉煤灰取代硅酸盐水泥制备混凝土，一方面有效地减少了水泥的消耗量，进而大大减少了水泥工业产生的温室气体的排放；另一方面，火力发电厂排放的大量烟尘得到了妥善处置，避免了直接排放引起的大气污染。更重要的是，随着粉煤灰掺量的增加，混凝土的工作性、耐硫酸盐腐蚀性均得以显著提高或改善。当掺量超过50%，所制备的混凝土在物理力学特性和耐久性等方面的突破更是令人难以置信。为区别起见，Malhotra 和 Mehta 将粉煤灰掺量高于 50%的混凝土称
7、作大掺量粉煤灰混凝土（High Volume Fly Ash Concrete，以下简称 HVFAC）5。 由于 HVFAC 应用的日益增多，有关这种新型混凝土的研究工作也开展得越来越多。目前的研究工作，主要集中于新拌 HVFAC 的工作性和硬化 HVFAC 的力学性质，有关 HVFAC 的耐久性也较多。另一方面从建筑节能的角度考虑，研究 HVFAC 的热工性质（诸如热容量、导热性等）对于评价采用这类材料建造的建筑物的潜在保温隔热、节约能耗等特性是极有意义的。例如：由于粉煤灰的密度比水泥小得多，可以预见 HVFAC 的导热系数应比普通混凝土低得多，因此 HVFAC 的绝热性更好，故采用HVFA
8、C 建造的公共建筑和住宅可以有效减少采暖和制冷所需要的能耗。随着 HVFAC 的发展和应用，这类研究工作正在逐步开展，例如：Demirboga等人曾通过测定 HVFAC 各组成材料的热工性质来预测硬化 HVFAC 的热工性质6；Gul 曾将 HVFAC 试样在 110的条件下干燥至恒重再采用热线法测定其导热系数和热传导系数，并发现 HVFAC 的导热系数比普通混凝土大大减小7。 4 泡沫混凝土与建筑节能 泡沫混凝土（Foam Concrete）是通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工或模具成型，经自然养护所形成的一种含有大
9、量封闭气孔的新型轻质保温材料。该混凝土用泡沫剂（发泡剂、微沫剂）水溶液制备成微小泡沫，再将泡沫引入包含胶凝材料、骨料、掺合料、外加剂和水等制成的料浆中，经搅拌、成型、养护而成的轻质多孔材料8（如图 2 所示） 。 图 2 泡沫混凝土的孔隙特征和泡沫剂 由于所形成的孔隙微小封闭、分布均匀，使得泡沫混凝土具有比普通混凝土低得多的导热系数、高得多的比热容和热阻，因此特别适宜用作建筑物的围护构件（如墙体、屋面板） ，可大大改善建筑物的节能效果。采用加强材料（如各种纤维、钢筋）对泡沫混凝土进行强化，还可以获得结构自保温材料。随着高度的不断攀升和突破，建筑物的地基承载力和抗震性能往往难以满足要求，此时泡沫
10、混凝土制品又可发挥其质轻的优势，从而大大减小建筑物的自重并提高其抗震性能。 在众多的泡沫混凝土类型中，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为主要胶凝材料的泡沫混凝土，通常所说的泡沫混凝土实际上指的就是水泥基泡沫混凝土。泡沫混凝土在我国起步较晚，但近年来发展迅速，目前主要被应用于墙体和屋面保温、地板辐射采暖的隔热层。 5 透光混凝土与建筑节能 何谓透光混凝土（Light-transmitting Concrete）？难道像玻璃那样能让光线穿透吗？且看图 3，我们能清晰地从该图中隔墙的正面看到站在背面的人。 图 3 透光混凝土隔墙的透光性 砌筑这面隔墙的材料并非玻璃砖
11、，正是透光混凝土。这种令人耳目一新的混凝土材料由匈牙利ron Losonczi 教授发明，并被命名为 Litracon。这种混凝土材料内含特殊方式排列的光导纤维，其体积含量约为 4%。由于光导纤维传导光线的能力超强，可达 20m 之远而不发生损失。因此用 Litracon 砌块砌筑的墙体可达数米厚而不削弱其透光能力。光导纤维的存在对这种特殊材料的强度并无负面影响，因此其抗压强度和抗折强度分别可高达 50MPa 和 7MPa。因此，Litracon 砌块不仅可用于砌筑非承重隔墙，更可用于砌筑承重墙体，而且可以根据使用需要，制作成不同的形状、尺寸和色泽9。 由于可见光能从透光混凝土内部透射，使得建
12、筑物室内的光环境得以大大改善，从而可以有效减少人工照明的能耗。与玻璃幕墙不同，透光混凝土围护墙体尽管具有卓越的透光效果，但由于大部分太阳光辐射热量均被其自身吸收，所以尚能基本维持室内热环境。此外，透光混凝土对于美化建筑物外立面，创造建筑物与周围环境共生融合的效果也发挥积极作用。 6 绿色混凝土与建筑节能 与其说绿色混凝土（Green Concrete）是一个混凝土品种，不如说它是一个理念，一个代表混凝土未来发展趋势和方向的理念。从这层意义上讲，绿色混凝土是可持续发展思想和战略在混凝土技术上的体现。因此绿色混凝土这一理念的内涵极为丰富，主要体现为： （1）地方特色材料、工业副产品和废料的利用。粉
13、煤灰、水淬高炉矿渣微粉、硅粉、偏高岭土等材料部分取代水泥用作胶凝材料已大行其道。这些材料用于混凝土工业都属于废物利用，甚至变废为宝，既解决了这些废料可能带来的潜在环境问题，又有效提高了混凝土的使用性能和降低了生产成本。 （2）废弃混凝土的回收再生。习惯上，从废旧建筑物拆除的混凝土绝大多数被作为建筑垃圾堆放和填埋，这样做既侵占了大量宝贵耕地，又破坏了生态平衡。目前，以这些废弃混凝土经破碎、分级和组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术方兴未艾。这样做不仅能有效解决建筑垃圾的堆放和处理问题，而且能大大减少对天然骨料的开采，既保护了生态环境，又解决了建筑工程对混凝土骨料的大量需求
14、。 （3）水泥生产成本的降低。优化水泥的生产工艺，采用更好的煅烧技术，循环利用煅烧余热等措施或手段都可用于降低水泥生产成本。 （4）水泥和混凝土工业中温室气体的减排。水泥和混凝土工业不仅是高能耗产业（每吨水泥的生产耗能约为 1GJ） ，同时也是 CO2 高排放量产业（大气中约 7%的 CO2 来自于水泥工业） 。因此如何采取有效措施，减少水泥生产过程中 CO2 的排放量，对于改善全球气候剧变的现状具有不容忽视的意义。 （5）水泥替代材料的开发。 “没有水泥就无所谓混凝土”这个命题是否值得质疑？既然水泥的生产成本之高和所带来对人类生存环境的威胁之大，是不是应该寻找和开发水泥这种传统材料的替代品呢
15、？为了我们赖以生存的地球，这些都是全人类应该关注和解决的问题。 （6）混凝土耐久性的提高。对于建筑物和建筑材料而言，耐久性是一个永恒的话题。建筑物和构成它的建筑材料的使用寿命延长，就可以有效减少建筑物的重建和建筑材料的生产和使用。如果将建筑物的建造和建筑材料的生产视为“开源” ，那么建筑物和建筑材料耐久性的提高就属于“节流” 。 “开源”与“节流”并行，才是真正意义上的可持续发展。这些规律和论断对于混凝土这一特定的建筑材料同样适用。 7 结束语 今后相当长一段时期内，混凝土还将继续扮演建筑材料的绝对主角，其地位将难以撼动。如何开发和生产出既满足工程应用的多样性、多元化的要求，又符合可持续发展和
16、绿色节能战略的混凝土材料是亟待解决的问题。上文所介绍的几种特殊混凝土只是当今混凝土技术发展的冰山一角，为满足建筑节能之需求而开发的混凝土材料也将日益增多，我们不妨一起拭目以待。 参考文献 1P.K.Mehta,P.J.M.Monteiro.Concrete:microstructure,properties,and materialsM.New York:McGraw-Hill,2006:633-644. 2中国建筑科学研究院.GB/T 503782006 绿色建筑评价标准S.北京:中国建筑工业出版社,2006. 3中国建筑科学研究院.JC/T 10622007 泡沫混凝土砌块行业标准S.北京
17、:中国建筑工业出版社,2007. 4刘子全,王波,李兆海等.泡沫混凝土的研究开发进展J,混凝土,2008(12):24-26. 5张敏,江晨晖.建筑材料M.北京:建筑工业出版社,2011:100-111. 6Buck, A. D. Recycled Concrete as a Source of AggregateJ. Journal of the American Concrete Institute, 1977(5): 212-219. 7Mauricio Lopez, Lawrence F. Kahn, Kimberly E. Kurtis. Effect of Internally Stored Water on Creep of High-Performance ConcreteJ. ACI Materials Journal, 2008, 105(3): 265-273. 8肖建庄,雷斌,袁飚.不同来源再生混凝土抗压强度分布特征研究J.建筑结构学报.2008,29(5):94-100 9肖建庄,李佳彬,兰阳.再生混凝土技术研究最新进展与评述J.混凝土.2003(10):17-20.
