特別策劃：混凝土摻合料的復合方法探討

特別策劃：混凝土摻合料的復合方法探討

編者按：2015年8月21日，住房城鄉(xiāng)建設部發(fā)布公告，批準《混凝土用復合摻合料》為建筑工業(yè)行業(yè)產品標準，編號為JG/T486－2015。該標準自2016年4月1日起實施。礦物摻合料是高性能混凝土的重要組分之一。復合化是礦物摻合料發(fā)展的必然趨勢，是解決目前局部地區(qū)資源供給困難，同時提升礦物摻合料利用水平的有效措施。如何對一些摻合料進行加工處理，不同種類摻合料如何進行復合，以及相關檢測和使用方法等，本期誠邀行業(yè)專家及技術人員就新標準及以上問題展開討論。

王棟民（中國礦業(yè)大學(北京)教授，中國硅酸鹽學會固廢分會 理事長）

2016年2月《商品混凝土》推出特別策劃題目“混凝土摻合料的復合方法探討”，我覺得很有意義，既有理論意義，又有實用價值。眾所周知，混凝土摻合料業(yè)已成為現代混凝土不可或缺的第五組分。可以毫不夸張地說，沒有混凝土摻合料，混凝土公司的實驗室主任和總工程師就配不出好的混凝土。混凝土各種礦物摻合料已經在我國不同行業(yè)和部門出過很多不同版本的標準，有案可查。去年8月21日，住建部發(fā)布公告，批準新的《混凝土用復合摻合料》為建筑工業(yè)行業(yè)產品標準 JG/T486－2015。該標準將于2016年4月1日起實施后，將進一步推動其發(fā)展和應用。

擬從幾個方面討論：

首先是用于混凝土的礦物摻合料來源的廣泛性。用于混凝土的礦物摻合料包括：粉煤灰、礦渣、硅灰、偏高嶺土、煅燒煤矸石粉、鋼渣微粉、鐵尾礦細粉等，各種不盡窮舉。一般認為，凡是以鋁硅酸鹽類化學成分為主（但也不局限于此）的工業(yè)或者礦業(yè)固體廢棄物經過適當處理均具有做混凝土礦物摻合料的潛質。對于礦物摻合料的特性，一般從三個方面考慮：化學組成、礦物組成和顆粒分布，對應的檢測方法是 XRF、XRD、LD（激光粒度分析儀），在水泥混凝土中的作用對應的即所謂：物理效應、化學效應和顆粒效應。王愛勤曾經在 CCR 上連發(fā)3篇論文論述這些效應。

其次是復合原理和復合效應。吳中偉先生曾經提出材料和礦物摻合料的“超疊加效應”，指出不同礦物摻合料復合使用會在混凝土的工作性、強度、耐久性和經濟性等方面都產生意想不到的有益效果，如礦渣/粉煤灰的復合使用、粉煤灰/硅灰的復合使用等都會產生積極的效果。近年來在研究一些難用摻合料方面也得到一些體會，嘗到一些益處。如把單摻較難用的鋼渣通過鋼渣/礦渣復合粉磨制備而成的復合微粉就起到了很好的應用效果，把煅燒煤矸石粉與粉煤灰復合使用，將循環(huán)流化床超細粉煤灰與普通粉煤灰復合使用等都取得了很好的效果。

第三是不同礦物摻合料復合的多元化組合。因為摻合料品種很多，可以相互組成很多情況，可以二元復合，也可以多元復合。在復合技術方面，可以基于化學成分的互補，也可以基于顆粒粒度分布的互補，還可以基于礦相的互補，或者兼而有之。如在高鐵高性能混凝土制備中，鐵道部曾經根據鐵路混凝土的特殊要求，提出一種摻量10%、而能夠高效滿足工程需要多項特定特殊指標的專用礦物摻合料，通過多元復合技術可以很好實現。

第四是在制備復合混凝土礦物摻合料時化學外加劑（助磨劑、性能調節(jié)外加劑等）的合理使用。復合礦物摻合料制備中，可以是簡單混合，也可以是共同粉磨等，外加劑的使用是一個核心關鍵技術。請注意，這里的外加劑不是混凝土的減水劑和泵送劑（admixture），而是對于礦物摻合料性能改善和微調的添加劑（additive）。如微量（1/萬）的三乙醇胺助磨增強劑、微緩凝或促凝劑、水泥需要量減低的外加劑（用于復合煤矸石活性混合材）。

概括一下混凝土復合礦物摻合料的制備應該從單料的選擇、復合的配比、復合的工藝和方法、復合時外加劑的選用等幾個方面進行考慮，最終形成優(yōu)化的高性能產品，服務于現代高性能混凝土的應用，并有效實現固廢的資源化利用。

劉娟紅（北京科技大學，教授、博士生導師）

要注意對“混凝土用復合礦物摻合料”活性認識的誤區(qū)

不能認為“復合摻合料的活性越高，水泥基材料的強度越高，耐久性越好”。

目前，水泥粉磨細度高，又增加了早強成分，水泥早期活性大大提高，導致在較低水膠比時水泥用量高的混凝土28d后的強度不增長或倒縮現象。如果膠凝材料的組成中含有大量的活性摻合料，那么，此類膠凝材料的水化放熱速度快、放熱量大，影響了混凝土的和易性，使混凝土早期開裂敏感度增大。

在現代混凝土技術中因降低了水膠比，礦物摻合料的化學反應活性并不居決定性地位，而礦物摻合料的需水行為與顆粒的大小、粒徑分布、顆粒的圓形度等因素對水泥基材料性能的影響很大。

要注意復合摻合料的活性與混凝土性能的關系

結構工程對混凝土的性能要求是多方面的，因此，在選擇摻合料活性時不能單純地考慮強度性能，必須兼顧其它方面的性能。

作為混凝土主要組分的水泥，早期活性越來越高，比表面積很大，已經嚴重影響了混凝土結構抵抗環(huán)境作用的耐久性能。但是，從另外一個角度來說，當混凝土中水泥用量較少，高活性礦物摻合料也較少；同時，復合摻入一定摻量的早期活性較低的礦物摻合料（如粉煤灰），降低早期的水化速度和水化熱，依靠粉煤灰等摻合料后期的火山灰反應提高混凝土的后期強度。這對混凝土的耐久性的提高十分有利。

要注意復合摻合料活性的選擇

惰性礦物摻合料也有增強作用，此時主要歸因于惰性礦物摻合料對水泥的稀釋作用，以及微細顆粒的密實填充作用。高細度、低活性的石灰石粉屬于活性低的摻合料，可以減小溫度應力，改善混凝土早期開裂敏感度。其顆粒比水泥顆粒小，具有良好的形態(tài)效應和填充效應，并能起到分散作用，促使水泥顆粒的解絮；因石灰石粉需水量比較低，可以降低水膠比，并能使高等級混凝土的粘度顯著降低；石灰石粉填充在水泥顆粒之間，改善了膠凝材料的顆粒級配，另外填充在界面的空隙中，使水泥石結構和界面結構更為致密，提高了水泥石強度和界面強度。

因此，在選用復合摻合料時不要過分強調“活性指數”，應根據混凝土的強度等級、水膠比、結構尺寸來選用復合摻合料。走出“活性指數”的誤區(qū)。

于吉濤（碳酸鹽粉體聯盟理事長、山東眾森科技股份有限公司董事長）

2015年8月21日，住建部發(fā)布了《混凝土用復合摻合料》行業(yè)標準，自2016年4月1日起實施。

該標準的發(fā)布背景，從宏觀上講，是我國經濟在持續(xù)多年高速發(fā)展后處于一個新常態(tài)，混凝土行業(yè)普遍面臨發(fā)展困境，同時國家大力推廣應用高性能混凝土、建筑產業(yè)化，行業(yè)面對著新的挑戰(zhàn)和選擇；從微觀來看，近幾年混凝土行業(yè)普遍面臨各地天然河砂枯竭，機制砂行業(yè)快速興起，以及受鋼鐵行業(yè)經營下滑、清潔能源興起帶來火電減少，出現傳統礦物摻合料在各地不同程度短缺的現實難題；從混凝土行業(yè)自身來看，剛剛過去的2015年是全國混凝土行業(yè)十多年來市場最不景氣的時期，行業(yè)增速、混凝土價格、盈利增速、行業(yè)收入等均達到新低，同時行業(yè)虧損面擴大，企業(yè)應收賬款創(chuàng)新高。與其相對應的則是混凝土行業(yè)產能嚴重過剩，經濟形勢下行，全國混凝土行業(yè)產能利用率普遍不足30%，未來市場競爭還將更加激烈。

在這樣的背景下，《混凝土用復合摻合料》標準的發(fā)布，對混凝土企業(yè)來講，既充滿挑戰(zhàn)又是一次難得的機遇。為什么這樣講？因為復合摻合料技術是混凝土企業(yè)擺脫當前困難和挑戰(zhàn)，解決天然河砂、傳統摻合料等原材料不足困境，做好石灰石粉資源綜合利用，降低生產成本，乃至今后生產高性能混凝土，實現混凝土一體化生產，發(fā)展PC構件延伸產業(yè)鏈，讓企業(yè)健康發(fā)展的一個關鍵技術和環(huán)節(jié)。

復合摻合料及特殊性能

《混凝土用復合摻合料》標準給出的定義為：由兩種或兩種以上的礦物摻合料，按一定比例混合均勻的粉體材料；或由兩種或兩種以上的礦物原料，按一定比例混合后，必要時可摻加適量石膏和助磨劑，再粉磨至規(guī)定細度的粉體材料。其中的礦物摻合料、礦物原料的選擇范圍必須是粉煤灰、礦渣、硅灰、火山灰、石灰石粉、磷渣、鋼渣、助磨劑、石膏。

礦物摻合料應用于混凝土是現代混凝土技術的重要特征之一，現在混凝土生產已經離不開礦物摻合料。過去混凝土中添加摻合料主要是為了降低生產成本和達到資源綜合利用、保護環(huán)境的目的，現在隨著技術的發(fā)展，礦物摻合料已經成為混凝土中不能或缺的功能性材料了。

傳統的混凝土礦物摻合料包括粉煤灰、礦渣粉、硅灰等。以往混凝土生產以單摻一種礦物摻合料為主，但單一的摻合料發(fā)揮的作用有限，只能帶來某一方面的益處，比如提高混凝土流動度，或是提高抗凍性，或是對抗碳化有作用。后來有了雙摻，讓粉煤灰、礦渣各自發(fā)揮有利的一面。而利用兩種或兩種以上礦物摻合料復合產生的超疊加效應，就能取得比單一礦物摻合料更好的效果，還能取代部分水泥用量，降低混凝土生產成本。

現在國內一些市場傳統礦物摻合料短缺，價格上揚，已經影響到了混凝土企業(yè)的正常生產，擴大摻合料來源目前在一些市場已經成為混凝土企業(yè)的重要任務。復合摻合料雖然只是一種新產品、新技術，但由于復合摻合料具備優(yōu)于單一礦物摻合料的特性和優(yōu)勢，通過技術調節(jié)可以滿足不同建設工程對混凝土生產的不同需求，具備滿足工程項目的個性化需求，在未來市場肯定大有用武之地。

石灰石粉應用難題將得到徹底解決

最近看到兩個和砂子有關的新聞：一是“非法采砂”2016年或將入刑，非法采挖河砂的行為將會很快得到法律的遏制。二是在山西，坑口噸煤價格賣不過一方砂子的價格，隨著天然河砂越用越少，價格會越來越高，將來可能有錢也買不到。

近年來隨著天然河砂資源的枯竭，機制砂取代河砂在各地蓬勃興起，但隨之而來的是機制砂生產而產生的大量灰石石粉的出路怎么解決？石灰石粉作為一種惰性材料，長期以來沒有得到很好的應用，一直是行業(yè)一大難題。現在有了答案，就是用它生產復合摻合料。

山東眾森科技股份有限公司在國內最早研究出大摻量石灰石專用助磨劑，對石灰石（粉）在水泥粉磨中的應用曾做過大量研究。因此，當國家倡導水泥行業(yè)向上下游延伸產業(yè)鏈后，特別是近年來機制砂興起后，公司馬上意識到這是一個新課題，也是一個新機遇。

機制砂石骨料生產中剩余有大約20% 的石灰石粉，隨著技術的進步，近年來石灰石粉應用于混凝土生產，是適應現代混凝土發(fā)展趨勢的結果，石灰石粉在滿足混凝土大流態(tài)需求和減少水泥、礦物摻合料等膠凝材料用量等方面優(yōu)勢明顯，因此我們決定延續(xù)對石灰石粉在混凝土中應用的深入研究。

通過市場調研中發(fā)現，當前我國電力行業(yè)重點發(fā)展包括風能、太陽能、核電等清潔能源，限制火力發(fā)電，還有鋼鐵市場需求不足，企業(yè)生產量下降，造成混凝土用傳統礦物摻合料出現了不同程度的短缺，一些地方甚至發(fā)生造假、售假現象。擴大摻合料來源，研究利用低品質礦物摻合料成為混凝土行業(yè)未來發(fā)展方向，因此我們選擇了復合摻合料的研究。

2013年6月，在中國混凝土與水泥制品協會的支持下，由我們山東眾森發(fā)起，在全國成立了“水泥與混凝土用碳酸鹽粉體材料產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯盟”（簡稱碳酸鹽粉體聯盟）。碳酸鹽粉體聯盟是國內首個從事石灰石粉節(jié)能與技術創(chuàng)新的企業(yè)、高校、科研機構和行業(yè)協會自愿參與的開放性組織，是當前我國研究應用石灰石粉、推廣復合摻合料的重要平臺。聯盟成立以來，專門針對包括石灰石粉在內的復合摻合料進行研究獲得成功，并在廣西、湖南市場成功應用。

復合摻合料是混凝土一體化生產的關鍵技術

目前形勢下，針對產能嚴重過剩的混凝土行業(yè)如何走出目前困境，各方都在認真思考和研究。

2015年10月，中國建材聯合會喬龍德會長在“中國大型預拌混凝土企業(yè)圓桌會議”指出：混凝土企業(yè)要重視產品的高性能、高品位、高質量，重視產業(yè)鏈一體化發(fā)展。中國混凝土與水泥制品協會徐永模會長在這次會上指出：產業(yè)鏈組合是企業(yè)做大做強的一個重要途徑，礦物粉體材料將形成一個重要的功能材料產業(yè)。徐永模會長在2015年12月成都召開的混凝土與水泥制品行業(yè)大會上還講道：水泥—混凝土一體化發(fā)展是企業(yè)轉型升級、戰(zhàn)略創(chuàng)新的主要形式，并肯定了中建西部建設以“混凝土”為核心向上下游產業(yè)拓展，形成貫穿資源開發(fā)—生產—運輸—服務—檢測的產業(yè)鏈模式。

可以說，在當前錯綜復雜的行業(yè)形勢下，業(yè)內專家和領導都認識到了混凝土一體化生產的重要意義。

令人振奮的是，在廣西南寧，盛天集團混凝土公司已經在混凝土生產一體化方面已經先行一步，盛天集團混凝土公司已經成功做到——以股份制形式擁有礦山資源，企業(yè)擁有自己的物流運輸；在攪拌站現場進行石子整形、機制砂生產；利用石灰石粉現場生產復合摻合料；現場生產外加劑；外購 P·Ⅱ52.5水泥，加上自己生產的骨料、復合摻合料、外加劑等生產高性能混凝土。

盛天混凝土一體化生產模式帶來的效果是，原材料最大限度地實現性能穩(wěn)定、容易調整、可以滿足個性化需求，且質量、供應有保障，混凝土成本大大降低，企業(yè)系統競爭力大幅提升。

在2015年11月碳酸鹽粉體聯盟召開的“高性能混凝土暨循環(huán)生產一體化技術交流會議”上，代表們參觀了盛天混凝土一體化生產現場，給予高度評價。

從最初為解決石灰石粉應用難題，到研發(fā)推廣應用復合摻合料，再到一體化生產高性能混凝土，這一系列創(chuàng)新，不僅為混凝土企業(yè)帶來原材料的穩(wěn)定和標準、企業(yè)效益的提升，更為混凝土行業(yè)帶來生產模式的創(chuàng)新。這種創(chuàng)新模式，還為混凝土企業(yè)未來進一步實現管理創(chuàng)新、“兩化融合”等創(chuàng)造了必要條件。這既符合行業(yè)轉型升級的發(fā)展要求，也順應了當前供給側改革的總體趨勢。

2016年，碳酸鹽粉體聯盟將在全國各地舉辦“高性能混凝土生產一體化應用技術萬里行”活動。活動計劃以骨料、石粉、復合摻合料、復合膠凝材料一體化解決方案為主題，向混凝土企業(yè)、礦山企業(yè)、水泥企業(yè)等介紹有關方面知識。我們歡迎更多的企業(yè)加入到高性能混凝土生產一體化技術的行列中來，讓我們共同參與和見證混凝土行業(yè)的進步。