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混凝土是建筑、基礎(chǔ)建設(shè)等領(lǐng)域必要的材料,并且建筑主體大量由混凝土材料構(gòu)成,是建筑主體主要的材料。混凝土材料是水泥、砂石等以一定比例混合而成的建筑材料,這些材料都是不可再生的自然資源,目前城市高樓建筑主要以混凝土鋼混結(jié)構(gòu)為主。
水泥是1824 年英國泥水匠波特蘭所發(fā)現(xiàn)的,并投入工業(yè)運營。水泥材料的發(fā)現(xiàn),寓意著混凝土材料的出現(xiàn)。這種材料打破了傳統(tǒng)木質(zhì)、金屬為主的建筑材料,整體價格更低、更易施工,很快成為建筑市場的寵兒。隨著上百年的發(fā)展,混凝土的應用領(lǐng)域越來越廣,作用也越來越大,成為我國工業(yè)發(fā)展的重要材料。就目前來看,我國每年混凝土的用量約為40 億噸,居世界第一位。
混凝土的用量反映一個國家基礎(chǔ)建設(shè)的快慢,同時也反映混凝土資源在我國經(jīng)濟發(fā)展中的作用。但混凝土資源的大量使用,隱藏大量的隱患,如何保障混凝土材料的持續(xù)發(fā)展是值得思考的問題。需求量還將逐年上升。
目前來看,混凝土材料是整個建筑領(lǐng)域用量最大的,在每年全球的混凝土產(chǎn)量大約為80 億噸(全世界混凝土用量),這其中需要的水泥達到了15億噸,是非常龐大的數(shù)字,同時我國在混凝土上的用量,占全球的一半。并且對于水泥細分,又可以發(fā)現(xiàn)15億噸水泥會消耗掉16億噸石灰石以及2.7億噸的黏土。這些統(tǒng)計還不包括人力成本、運輸成本等。
另外,混凝土材料當中含有大量的砂石,這類砂石需要通過開采石料加工而成,需要大量的工程作業(yè)機械,消耗人力物力??偨Y(jié)而言,水泥與砂石都是自然界中不可再生的資源,這兩種資源是混凝土的主要材料,開采會嚴重破壞環(huán)境,給生態(tài)帶來影響,污染環(huán)境。同時,大量的開采混凝土資源,人們可以用混凝土材料越來越少,未來我國基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域需要重新考慮采用新的材料予以替代。
水泥、砂石作為混凝土主要材料之一,在開采中大量消耗電力與石油能源,同時在大山、河道中開采水泥與砂石會破壞河流與山體,對自然生態(tài)會大面積倒塌,周圍容易形成礦坑,導致水土資源流失。
更為關(guān)鍵的是,礦物質(zhì)材料挖掘中,存在SO2和NOX等有害化學物質(zhì),這些物質(zhì)在生產(chǎn)中流入田園、河流,給生態(tài)造成二次污染,不利于人們身心的健康,同時后期礦產(chǎn)環(huán)境改造也是一大難點,值得關(guān)注。
在城市發(fā)展中,我國大量采用混凝土進行建筑施工,而混凝土有著耐久性問題,特別是隨著時間的流逝,混凝土的結(jié)構(gòu)質(zhì)量都會產(chǎn)生變化,需要重新進行維修甚至拆除。典型例子要屬于城市舊房屋改造,還有公路改造、橋梁加固等,都是混凝土材料使用年限達到,需要進行修補,或者直接拆除。廢棄的混凝土在拆除中會給環(huán)境帶來巨大破壞,如粉塵污染、噪聲污染、環(huán)境破壞等。
隨著我國大量混凝土建筑進入老化階段,很多城市還面臨老舊房屋拆遷與改造工作,如果不及時處理,會給人們生活帶來極大的安全隱患。綜合而言,我國的發(fā)展大量地采用混凝土材料,而混凝土材料引發(fā)的問題非常多,環(huán)境破壞、生態(tài)污染、后期的混凝土材料拆除,都會二次破壞環(huán)境。一般混凝土材質(zhì)年限為40~70年,在大型工程建筑中采用的混凝土材質(zhì)要求更高,但是每年仍就有基礎(chǔ)工程出現(xiàn)垮塌的問題,如橋梁垮塌、建筑垮塌等。這些都與混凝土質(zhì)量有關(guān),未來如何有效替代混凝土,發(fā)現(xiàn)綠色建材,強化對生態(tài)環(huán)境的保護,是值得思考的問題。
混凝土材料有使用年限,也就是耐久性,受到自然、外力等因素的影響,混凝土材料整體質(zhì)量會下降,并達到境界點,相應的工程建筑需要拆除。外部因素主要為自然因素,如化學腐蝕、風沙的侵蝕,這種變化是宏觀性的,時間積累會嚴重破壞建筑結(jié)構(gòu)外觀,直到影響整體質(zhì)量。
另外,還有內(nèi)部缺陷因素,這類因素就更為復雜,具體有這幾點。
首先是碳化破壞,混凝土內(nèi)部Ca(OH)2與空氣中的CO2會發(fā)生反應,形成水CaCO3物質(zhì),這屬于化學變化,不僅會降低質(zhì)量,堿度降低,同時也會讓混凝土結(jié)構(gòu)體出現(xiàn)開裂問題,使得鋼筋受到腐蝕危害。凍融破壞主要是混凝土處于低溫狀態(tài),其中內(nèi)部毛細孔中的水在結(jié)冰時產(chǎn)生的體積膨脹應力超過混凝土的抗拉強度時,很容易出現(xiàn)裂縫問題。此外還有堿骨料反應破壞、滲透破壞等因素的影響,隨著時間的流逝,混凝土綜合性能將大大下降,只能予以拆除。因此,混凝土的耐久性一直是人們思考的問題。
(1)根據(jù)施工作業(yè)環(huán)境具體選擇水泥產(chǎn)品。把握材料的配比、科學化,并展開性能質(zhì)量測試;采用優(yōu)質(zhì)骨料,特別是砂石的質(zhì)量要高;在施工建設(shè)中加入引氣劑、減水劑等外加劑,既可以提高混凝土抗腐蝕性,也能提高其抗凍性;在建筑外部涂抹防護層,或者做相應的浸漬處理。
(2)降低對傳統(tǒng)水泥的依賴,積極使用活性摻合料,滿足可持續(xù)發(fā)展要求。工程建筑領(lǐng)域主要材料以鋼筋混凝土為主,根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn),我國現(xiàn)階段用于生產(chǎn)水泥的石灰石儲量僅為400 多億立方米,若以每年10 億立方米的用量計算,這些材料還可以維持50多年。因此,這些材料短缺會給我國社會發(fā)展帶來嚴重影響,值得人們關(guān)注。所以在現(xiàn)代基礎(chǔ)建設(shè)中,需要發(fā)展新的材料替代混凝土。目前來看,可以在建筑施工中應積極使用活性摻合料,這種材料應用在混凝土當中可以大量提高混凝土的持久性與強度,并且可以大幅度降低對水泥的消耗。另外,也可以采用新型材料來替代傳統(tǒng)水泥制品,特別是新能源材料。
(3)工業(yè)建筑再生利用。在混凝土材料短缺的今天,現(xiàn)代建筑中開始對工業(yè)廢渣、廢棄材料進行重新整合,篩選其中質(zhì)量高,能夠再生利用的廢舊材料,重新進行整理后投入到工業(yè)建筑領(lǐng)域,成為混凝土再生骨料。這種形式可以有效降低水泥的用量,不過在使用中需要合理采用再生骨料,既可以提高整體混凝土性能,也更經(jīng)濟,是滿足混凝土可持續(xù)性發(fā)展的重要策略。
(4)研發(fā)膠凝材料降低水泥的用量:在解決混凝土問題上,還有一種方案就是研發(fā)一種新型膠凝材料,大量在混凝土中使用,既可以降低水泥的使用,也可以節(jié)約資源,保護環(huán)境。例如,生態(tài)水泥:這類水泥的原材料主要采用的是各種廢棄物經(jīng)過二次加工制作而成,這類廢舊材料如工業(yè)建筑垃圾、城市生活廢舊垃圾等,重新進行篩選,成為水泥的原材料,既可以保護資源,也可以保護環(huán)境;其次是使用無熟料水泥:這種水泥最大的特點是降低了硅酸鹽的使用,這種水泥主要成分包括了活性混合材料(如?;郀t礦渣、粉煤灰等)和堿性激發(fā)劑等,需要嚴格控制配比,這樣再生產(chǎn)制作中可以降低對石灰石以及黏土的依賴,同時也可以更好地利用工業(yè)二次垃圾;發(fā)展再生水泥:這種水泥同樣采用廢舊材料為基礎(chǔ),采用廢舊的混凝土作為水泥原料制作水泥,可以有效降低水泥的用量,節(jié)約大量的水泥原料。
這幾點都是目前可以有效節(jié)約水泥原材料的方法,特別是對礦物質(zhì)的依賴實現(xiàn)了混凝土材料的可持續(xù)性發(fā)展,節(jié)約資源的同時,也可以降低對環(huán)境的破壞。這些年,科學技術(shù)在不斷進步,盡可能降低對自然資源的索取,研發(fā)更為出色的新型水泥材料,滿足我國工業(yè)化的發(fā)展。
目前來看,我國的混凝土原材料中骨料的占用比是最高的,一般來說每立方米需要大概1700kg~2000kg砂石骨料。這些年房地產(chǎn)市場的高速發(fā)展,對于砂石骨料的采購量大幅度增加。而要高質(zhì)量、純天然的砂石骨料越來越少,我國西北沙漠有大量的砂石材料,但卻無法滿足質(zhì)量要求,難以應用到工程建設(shè)。所以,目前要持續(xù)用純天然的砂石骨料作為混凝土原材料顯然不合適,在未來的發(fā)展中需要找尋替代品,只有這樣才能滿足我國社會的發(fā)展。
另外,我國每年有大量的老化工程建筑需要拆除,這樣產(chǎn)生的廢舊混凝土非常龐大,很多材料無法及時處理會占用土地資源,也會給環(huán)境帶來巨大的破壞。因此需要對這些廢舊混凝土資源進行二次處理,再利用。如將這些廢舊混凝土進行地基回填或者將廢舊混凝土進行機械粉碎,經(jīng)過清洗,分級以后,以科學的比例再次制作混凝土骨料,這種骨料可以用來替代傳統(tǒng)的砂石骨料,降低對于自然的破壞。
具體再生骨料組合形式有以下幾種。
第一種是粗、細骨料全部為再生骨料。
第二種則是粗骨料用再生骨料,細骨料仍采用天然砂。
第三種則是粗骨料采用天然骨料,細骨料用再生骨料。不管哪種,在工業(yè)中都可以大量的應用,可以有效降低對自然砂石材料的用量,保障我國自然資源的可持續(xù)性發(fā)展。同時,我國還應該加強對混凝土材料的使用推廣,積極采用可再生資源,降低對傳統(tǒng)砂石骨料、水泥的用量,保障我國社會的可持續(xù)性發(fā)展。
混凝土出現(xiàn)一百多年,混凝土材料的出現(xiàn)加快了城市化、工業(yè)化的發(fā)展,為我國基礎(chǔ)建設(shè)做出了重要的貢獻。不過傳統(tǒng)混凝土材料為不可再生資源,不僅破壞環(huán)境,大量開采及使用會影響我國的可持續(xù)性發(fā)展。因此,當下需要研究新型的混凝土技術(shù),在材料、生產(chǎn)工藝、廢舊混凝土材料二次利用等方面創(chuàng)新,這樣保障我國社會的可持續(xù)性發(fā)展。