商品混凝土企業(yè)發(fā)展綠色高性能混凝土研究

陳江涌

（華新水泥股份有限公司，湖北 武漢 430073）

隨著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量要求高的基礎(chǔ)設(shè)施和高層建筑的迅速發(fā)展，商混行業(yè)對(duì)混凝土性能提出了更高的要求，高性能混凝土就在這種背景下應(yīng)運(yùn)而生。《高性能混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（CECS207-2006）定義高性能混凝土是“采用常規(guī)材料和工藝生產(chǎn)的能保證混凝土結(jié)構(gòu)所要求的各項(xiàng)力學(xué)性能，并具有高耐久性、高工作性和高體積穩(wěn)定性的混凝土。” 如果將高性能混凝土與環(huán)境保護(hù)、生態(tài)保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展結(jié)合起來(lái)考慮，則成為綠色高性能混凝土（GHPC）。在人們傳統(tǒng)觀點(diǎn)中，認(rèn)為高性能混凝土就是高強(qiáng)度混凝土，其實(shí)并非如此，高性能混凝土更看重混凝土的工作性能和耐久性指標(biāo)，低強(qiáng)度混凝土也能成為高性能混凝土。

1 發(fā)展綠色高性能混凝土對(duì)商品混凝土企業(yè)的意義

商品混凝土企業(yè)是混凝土的主要生產(chǎn)者，發(fā)展綠色高性能混凝土，對(duì)于商品混凝土企業(yè)而言，其意義主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

1.1 順應(yīng)行業(yè)環(huán)保的要求

混凝土是資源消耗型產(chǎn)業(yè)，在國(guó)家加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式，大力發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的大背景下，環(huán)境保護(hù)要求越來(lái)越嚴(yán)，商品混凝土企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級(jí)已迫在眉睫。發(fā)展綠色高性能混凝土對(duì)商品混凝土企業(yè)來(lái)說(shuō)，意義重大。

1.2 提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力

綠色高性能混凝土利用粉煤灰及高爐礦渣取代混凝土中30%～40%的水泥，使生產(chǎn)成本降低；可減少工程結(jié)構(gòu)混凝土總用量，減少結(jié)構(gòu)混凝土的自重和體積，增加建筑工程的實(shí)用面積，減少地下基礎(chǔ)部分建設(shè)費(fèi)用，因此可較大幅度的降低建筑工程的綜合成本；隨著綠色高性能混凝土的使用，建筑物的耐久性也有所提高，這些都增強(qiáng)了企業(yè)在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，提高了企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。

1.3 滿足企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的需要

商品混凝土企業(yè)的主要產(chǎn)品從普通混凝土轉(zhuǎn)化為高性能混凝土，對(duì)原材料采購(gòu)、生產(chǎn)工藝、運(yùn)營(yíng)管理、高端銷售模式都會(huì)帶來(lái)一系列的影響，會(huì)深入影響到這個(gè)行業(yè)發(fā)展的格局，使企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，將推動(dòng)企業(yè)從一個(gè)普通工業(yè)企業(yè)向高新技術(shù)企業(yè)轉(zhuǎn)型，對(duì)商混行業(yè)的發(fā)展將會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

2 國(guó)內(nèi)外商混企業(yè)發(fā)展綠色高性能混凝土情況

國(guó)外的商品混凝土行業(yè)巨頭十分重視綠色高性能混凝土的發(fā)展，西麥斯(CEMEX )在建筑行業(yè)成為首家為客戶提供主要產(chǎn)品全面碳含量信息的公司，為發(fā)展綠色預(yù)拌混凝土產(chǎn)品創(chuàng)造了條件，并于2011 年4 月向市場(chǎng)推出其首個(gè)全球預(yù)拌混凝土品牌——Promptis，2012 年1 月推出第二個(gè)全球預(yù)拌混凝土品牌——Hidratium，分別為早強(qiáng)型、能夠快速拆模的混凝土和免養(yǎng)護(hù)混凝土，已經(jīng)在法國(guó)、英國(guó)、愛(ài)爾蘭、西班牙和克羅地亞等國(guó)家得到應(yīng)用。拉法基（Lafage）研發(fā)的新一代綠色混凝土兼?zhèn)涞蜔醾鲗?dǎo)性和高力學(xué)強(qiáng)度，抗壓強(qiáng)度6 至8 倍于普通混凝土，抗折強(qiáng)度10 倍于普通混凝土，在耐久性方面100 倍于標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)。這些新型綠色混凝土所具有的熱工性能提高了住宅舒適度，減少了空調(diào)和采暖的使用，在可持續(xù)發(fā)展建筑解決方案中發(fā)揮了顯著作用。

國(guó)內(nèi)商品混凝土企業(yè)中建商砼在綠色高性能混凝土研究方面走得較早，取得了一定成績(jī)。該公司打造了全國(guó)首家“中國(guó)建筑綠色混凝土產(chǎn)業(yè)示范基地”，將生產(chǎn)各環(huán)節(jié)有機(jī)的結(jié)合在一起。該公司通過(guò)大力開(kāi)展科技創(chuàng)新及科技成果轉(zhuǎn)化工作，已建立綠色高性能混凝土減水劑配套產(chǎn)業(yè)、綠色高性能礦物超細(xì)粉配套產(chǎn)業(yè)及環(huán)保型混凝土生產(chǎn)基地。

3 商混企業(yè)發(fā)展綠色高性能混凝土關(guān)鍵技術(shù)

對(duì)于商混企業(yè)，要有效地發(fā)展綠色高性能混凝土，要在原材料性能質(zhì)量控制、配合比設(shè)計(jì)、變形和開(kāi)裂防治等方面做具體研究。

3.1 原材料控制

3.1.1 水泥

水泥性能對(duì)綠色高性能混凝土影響重大，主要在于水泥熟料礦物組成和水泥細(xì)度等方面。

水泥熟料主要礦物組成情況在早期水化熱、與減水劑相容性等方面直接影響了高性能混凝土性能。從耐久性角度分析，應(yīng)盡量降低C3A 和C3S 的含量，適當(dāng)增加C2S 的含量。

在水泥細(xì)度上，人們往往存在一個(gè)誤區(qū)，認(rèn)為水泥越細(xì)，混凝土強(qiáng)度越高。但實(shí)際上，水泥磨的越細(xì)，早期強(qiáng)度發(fā)展越快，但馬上就被耗盡，后期強(qiáng)度反而提高不快；而且越細(xì)的水泥需水量也越大，與外加劑相容性越差，水化熱越大，混凝土容易開(kāi)裂，因此高性能混凝土對(duì)于水泥細(xì)度的要求也應(yīng)是適可而止。

3.1.2 骨料

骨料是混凝土的主要組分，一般天然骨料的強(qiáng)度，對(duì)于目前常用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)（C50 以下）來(lái)說(shuō)其實(shí)是足夠的，高性能混凝土更加看重骨料顆粒級(jí)配和粒形。

此外，骨料的其他性能如吸水率、熱膨脹系數(shù)等對(duì)混凝土耐久性有著重要影響，所以配制高性能混凝土的骨料要綜合考慮各方面情況。

骨料的有害雜質(zhì)，如泥土、細(xì)屑、硫酸鹽和有機(jī)雜質(zhì)等，必須及時(shí)處理，對(duì)于重要工程的混凝土所使用的粗骨料，應(yīng)進(jìn)行堿活性檢驗(yàn)，降低堿——骨料反應(yīng)的發(fā)生概率。

3.1.3 摻合料

高性能混凝土中，摻合料的使用起到至關(guān)重要的作用。如果在高性能混凝土中加入磨細(xì)礦渣、優(yōu)質(zhì)粉煤灰、硅灰和稻殼灰等作為活性摻合料，就可以減少水泥用量，減少碳排放，并有效改善混凝土耐久性。

但是粉煤灰等摻合料在使用過(guò)程中，也要根據(jù)不同混凝土的強(qiáng)度等級(jí)、水膠比、結(jié)構(gòu)尺寸等要求來(lái)制備不同活性的礦物摻合料。

未來(lái)，綠色高性能混凝土需要的摻合料將向高細(xì)度、低需水比、低活性方向發(fā)展。

3.2 高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)

高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)是高性能混凝土技術(shù)的關(guān)鍵。具體要做到采用低水膠比、大流動(dòng)性設(shè)計(jì)指標(biāo)和廣泛應(yīng)用高性能外加劑和礦物超細(xì)粉。國(guó)內(nèi)外對(duì)于高性能混凝土配合比有吳中偉院士提出的簡(jiǎn)易配合比設(shè)計(jì)方法，臺(tái)灣科技大學(xué)黃兆龍教授提出的致密配比方法，清華大學(xué)廉慧珍教授提出的據(jù)以飽和面干骨料的配合比設(shè)計(jì)方法，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)王棟民教授及武漢理工大學(xué)陳建奎教授提出的全計(jì)算配合比設(shè)計(jì)方法等。

其實(shí)選用哪種配合比設(shè)計(jì)方法都不重要，重要的是考慮和常規(guī)混凝土配合比設(shè)計(jì)不同，重點(diǎn)針對(duì)高性能混凝土的耐久性指標(biāo)（抗?jié)B性、抗凍性、抗侵蝕性、抗碳化性、抗堿骨料反應(yīng)、抗氯離子滲透性）進(jìn)行全面分析，此外還要對(duì)現(xiàn)行的《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》進(jìn)行合理調(diào)整，加大粉煤灰和礦渣粉應(yīng)用的比重。

3.3 高性能混凝土變形和開(kāi)裂的防治措施

高性能混凝土在具體應(yīng)用中，著重要解決好由于采用較高的水泥用量引起的混凝土干縮問(wèn)題、進(jìn)一步水化造成的裂紋問(wèn)題、由于高強(qiáng)度帶來(lái)的脆性問(wèn)題等。

為了抵御高性能混凝土變形，在混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)要嚴(yán)格按規(guī)范考慮短期荷載作用下變形和長(zhǎng)期荷載作用下變形（徐變）的影響因素，這樣可以降低混凝土內(nèi)部溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力，減弱混凝土開(kāi)裂現(xiàn)象；此外對(duì)于商品混凝土應(yīng)用到工程部位之后，必須告誡和督導(dǎo)施工單位實(shí)行及時(shí)和充分的濕養(yǎng)護(hù)，減少混凝土早期開(kāi)裂。

4 對(duì)商混企業(yè)發(fā)展綠色高性能混凝土建議

4.1 樹(shù)立長(zhǎng)遠(yuǎn)觀念

商混行業(yè)中，盡管大量強(qiáng)度低、性能差的混凝土充斥其間，短時(shí)間內(nèi)獲得了較大收益，但長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，綠色高性能混凝土才是商品混凝土的主要發(fā)展方向。未來(lái)商品混凝土企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)，將主要是技術(shù)優(yōu)勢(shì)和管理優(yōu)勢(shì)之間的競(jìng)爭(zhēng)，而技術(shù)優(yōu)勢(shì)的競(jìng)爭(zhēng)具有不可復(fù)制和不可替代性。因此需要廣大的商混企業(yè)高屋建瓴，克服思想狹隘觀念，積極主動(dòng)發(fā)展綠色高性能混凝土。

4.2 提高研發(fā)能力

發(fā)展高性能混凝土不能僅僅依靠大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)，還要依靠廣大的商品混凝土企業(yè)。商混企業(yè)有第一線使用綠色高性能混凝土的有利條件，最了解用戶需求和產(chǎn)品特點(diǎn)，最有可能在產(chǎn)品研發(fā)上標(biāo)新立異。未來(lái)的商品混凝土企業(yè)要逐步提高研發(fā)能力，推出不同性能的產(chǎn)品，提高產(chǎn)品的適用性。

在高性能混凝土研發(fā)過(guò)程中，最關(guān)鍵的是要緊緊和市場(chǎng)需求聯(lián)系在一起，這是商混企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)研發(fā)的重大區(qū)別，其次商混企業(yè)研發(fā)還要注重產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性，綜合考慮產(chǎn)品的投資收益。

4.3 開(kāi)展行業(yè)協(xié)作

商品混凝土企業(yè)之間主要是競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系，但也有合作的關(guān)系。對(duì)于綠色高性能混凝土這一新生事物而言，更需要廣大的商混企業(yè)之間互相交流，互通有無(wú)。

通過(guò)行業(yè)協(xié)會(huì)能把各個(gè)企業(yè)的力量凝聚在一起，使綠色高性能混凝土的推廣應(yīng)用有更廣泛的支撐，使其發(fā)展駛?cè)肟燔嚨馈?/p>