文档介绍：面对混凝土工业可持续发展的挑战
廉慧珍阎培渝
清华大学土木水利学院
1 前言
图1 用不同材料制作承受荷载100吨、高1m的柱子消耗的能量,折合成油耗[1]
同其它用于结构的建筑材料相比,混凝土具有不可替代的优势。由于大量使用或简单加工地方性原状天然材料,混凝土是耗能最低的材料(图1)。能耗的计算包括从原材料开采、加工生产,直到构件完成制作[1]。100年来,混凝土在人类生产建设发展中起着重大的作用。随着世界人口的增长、生产建设的进步和科学技术的发展,混凝土技术也在不断发展,用量也不断地增加。但是当混凝土用量大大增加以后,生产混凝土所需的水泥、砂、石等原材料大量消耗自然资源,破坏植被与河床的问题就日益显现。台湾目前已禁止开采生产水泥的石灰石,所用水泥都从境外购买;许多国家的优质骨料供不应求;在发展中国家,人类生活与生产所需的水资源正变得短缺[2]。当前全世界硅酸盐水泥工业每年向地球的大气层排放温室气体CO2达15亿吨,约占总排放量的7%[2],我国在其中就占40%多。。1949年以后,我国的水泥产量几乎呈指数增长(图2),,,2010年达到8亿吨。预计的水泥增长量为2000万吨∕年左右。从1997年至2002年,仅过去5年,其间还经历了水泥标准修订所伴随的行业整顿,水泥产量却增加了2亿吨。照此速度,2010年水泥产量将接近10亿吨。这将使用约20亿吨天然矿物原料,向大气排放约10亿吨 CO2;这些水泥用于制备砂浆和混凝土,将消耗约6亿吨水和约60亿吨骨料,再加上生产、加工、运输将消耗的大量能源,对环境造成的巨大压力可想而知。
图2 50几年来世界和我国水泥产量的增长
上述论据都表明,当前的混凝土工业已面临是否可持续发展的挑战。钢结构建筑重新受到青睐,越来越多地用于重大工程建设,就是这种挑战的迹象之一。
我们可以采取哪些对策,来促进混凝土工业的可持续发展,以保持和发挥混凝土材料的优势,这就是今天我们要讨论的问题。
2 水泥工业可持续发展的出路
中国作为发展中的国家,大量基础设施的建设是必需的。混凝土仍然是最适合于大宗使用的结构材料,因此水泥产量的增长也是必然的,无法抗拒的。古代罗马2000多年前使用火山灰和石灰混合物制作的混凝土建筑物的耐久性告诉今人,减少硅酸盐熟料的用量(至少控制在现有用量)而大量掺用活性矿物混合材,既可满足建设对水泥的需求,又符合混凝土耐久性的需要,而且可以减少(至少不再增加)水泥工业向大气排放的CO2 ,并大量利用工业废弃物,使水泥成为环境友好型材料。
实际上,除了PⅠ型硅酸盐水泥外,我国现行水泥标准中对6个品种的硅酸盐类通用水泥都分别规定了其中混合材的允许掺量范围。例如PⅡ的5%,普通硅酸盐水泥的6~15%(活性混合材),矿渣硅酸盐水泥的20~70%,火山灰硅酸盐水泥的20~50%,粉煤灰硅酸盐水泥的20~40%,复合硅酸盐水泥的20~50%。但是除了普通硅酸盐水泥和一部分矿渣硅酸盐水泥外,其他含混合材的水泥因需求量小而很少生产。按现行水泥标准,;在大水胶比条件下,水泥强度随着混合材掺量的增加而急剧下降。而用户长期以来一直是以强度作为水泥主要的、甚至是唯一的质量指标。传统观念认为不能用低强度等级的水泥(含有较大量