綠色混凝土的發展與創新

周耀旭，梁麗敏（云南建投綠色高性能混凝土股份有限公司 昆明 650501）

0 引言

經濟的發展和大規模的基礎建設促進了預拌混凝土行業的快速發展，但由于市場惡性競爭及市場需求下降等問題造成了混凝土行業產能的過剩。尤其是近年來，高速發展過程中帶來的資源短缺、環境污染和生態破壞等一些不利因素逐漸突出，國家政府對生態環境保護重視程度越來越高，環保督查和整治力度加大，砂石企業數量和砂石骨料供應量減少，部分地區出現供給短缺、價格飆漲甚至斷供的情況，使預拌混凝土行業陷入了新的發展瓶頸和困境。面對經濟發展新常態，加快行業創新發展，向綠色環保、智能制造轉型升級是必由之路，綠色混凝土即是預拌混凝土行業的一個發展方向。

1 綠色混凝土的提出

1.1 混凝土與資源和環境的關系

生產1m3混凝土需消耗0.3t水泥和1.6t以上砂石；而生產1t水泥則消耗152kg標準煤、0.77t石灰石，產生9.1kg粉塵，排放0.7tCO2。

2007年，水泥產量為23.16億t、規模以上企業生產預拌混凝土18.68億m3?；炷恋纳a消耗了大量的自然資源和能源，原材料的開采嚴重破壞山河環境（詳見圖1~圖2），排放出的CO2、NOX、SOX等有害物質，污染環境（詳見圖3）。

城市建設中大量混凝土的使用也帶來了熱島效應、影響城市生態環境?；炷裂h利用難度大。

1.2 綠色混凝土概念的提出

1998年，丹麥在國際上首次提出了綠色混凝土的概念，并簽署《京都議定書》，降低水泥的需求量和CO2排放量；

圖1 河砂開采造成的環境污染

圖2 礦山開采破壞了生態

圖3 工業生產排放的有害物質污染環境

1998年，清華大學吳中偉院士在國內首次提出“綠色高性能混凝土”的概念，倡導在混凝土制備過程中節約資源和能源，保護環境。

綠色混凝土是從生產制造、使用到廢棄的整個周期中，最大限度地減少資源和能源的消耗，最有效地保護環境，是可以進行清潔生產和使用的，并且可再回收循環利用的高質量高性能的綠色建筑材料。

1.3 綠色混凝土的內涵

2016年6月，中國建材聯合會明確提出綠色建筑材料的定義，即在原材料的選用、開采加工、產品制造、產品應用過程中，能夠有效利用廢棄物、少用天然資源和能源，資源可循環利用的，不僅性能功能符合建筑物等配置的要求，而且在全生命周期內與生態環境和諧，對人類健康無害的建筑材料。

2016年9月，清華大學廉慧珍教授補充完善了綠色混凝土的定義。從原材料，拌合物試配、生產，運輸，成型為構件，直到結構物服役，全過程滿足具體工程設計與施工要求，符合節能、降耗、減排的方針，最大限度地有利于人類可持續發展戰略要求的混凝土。

具體表現如下：

（1） 節能：混凝土節能、降耗、減排的主要措施是少用熟料，使用大摻量礦物摻合料，盡量利用、消納符合技術要求的低能耗、無污染、無害的工業廢料。

（2） 高效：混凝土從生產、施工成型到結構物服役的整個過程必須嚴格控制質量，實現清潔、文明、高效地生產和使用。

（3） 環保：從場站規劃、設計、到運營管理的全程都要符合綠色、低碳、可持續原則，采取必要措施，防止污水、固體垃圾、粉塵、噪音、等污染的產生。

（4） 可持續：既能滿足當代人的需求而又不對后代人需求的能力構成危害，應用現代混凝土的科學技術增加混凝土的使用壽命，盡量減少自然資源和能源的消耗，實現可持續發展。

2 綠色混凝土的行業政策與方向

2.1 綠色混凝土的行業政策

綠色發展是國家政策的主導方向。國務院及有關部委相繼發布了一系列政策，形成了比較完善的保障綠色建材發展的政策體系（詳見表1）。

表1 綠色混凝土的行業政策

2.2 國家環保政策

中國政府已將生態環境保護上升到國家高度，以前所未有的決心和力度加強生態環境保護，先后頒布和出臺了一系列的法律和政策著力治理環境污染，促進人與自然和諧發展。

2014年4月24日國家頒布了新修訂的《中華人民共和國環境保護法》（2015年1月1日執行），2015年3月24日，習總書記主持召開中央政治局會議通過《關于加快推進生態文明建設的意見》，把“堅持綠水青山就是金山銀山”的理念寫進中央文件，成為指導中國加快推進生態文明建設的重要指導思想；

2015年8月頒布《中華人民共和國大氣污染防治法》（主席令第三十一號）（2016年1月1日執行），2016年11月國務院印發《“十三五”生態環境保護規劃》，2017年2月中共中央辦公廳、國務院辦公廳頒布《關于劃定并嚴守生態保護紅線的若干意見》，2017年7月環境保護部、發展改革委、水利部頒布《長江經濟帶生態環境保護規劃》，2018年1月1日開始施行《中華人民共和國環境保護稅法》[主席令（第六十一號）]，2018年6月發布《中共中央國務院關于全面加強生態環境保護堅決打好污染防治攻堅戰的意見》，2018年6月國務院印發《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》，2018年8月生態環境部發布《生態環境監測質量監督檢查三年行動計劃（2018-2020年）》；2018年4月26日，習近平總書記考察調研長江經濟時帶強調“新形勢下推動長江經濟帶發展，要堅持共抓大保護、不搞大開發，走生態優先、綠色發展之路”，對長江沿線環保整治提出了嚴格要求。

未來，國家對污染防治、打擊“散亂污”的力度會越來越大，環保要求日益嚴格，倒逼預拌混凝土產業向綠色發展轉型。

2.3 利廢政策

減少水泥熟料的用量，以合適的礦物摻合料取代，是綠色混凝上的主要路線。利廢應堅持“從源頭做起”；必須有利于產品的品質和質量；利廢本身也必須節能、降耗、減排。

2015年6月12日，財政部、國家稅務總局關于印發《資源綜合利用產品和勞務增值稅優惠目錄》的通知，文中把金屬礦山的廢石排除在外，并規定綜合利用比例達到70%方可退稅，基本上預拌混凝土行業難以達到，不利于預拌混凝土行業在綜合利用領域作用的體現。

2016年9月28日，工業和信息化部發布《建材工業發展規劃（2016-2020年）》（工信部規〔2016〕315號）：開展尾礦、粉煤灰、煤矸石、副產石膏、礦渣、電石渣等大宗工業固廢的綜合利用。在保證產品質量和生態安全的前提下，在水泥、混凝土、墻體材料和機制砂石等產品中提高消納產業廢棄物能力，逐步增加可消納固廢的品種。到2020年，新建建筑中綠色建材應用比例達到40%以上。

2016年11月29日，工業和信息化部發布《工業綠色發展規劃（2016-2020年）》（工信部規〔2016〕225號）：大力推進工業固體廢物綜合利用。以高值化、規模化、集約化利用為重點，重點推進冶煉渣及塵泥、化工廢渣、尾礦、煤電廢渣等綜合利用。到2020年，大宗工業固體廢物綜合利用量達到21億t，粉煤灰利用率75%。

2.4 高性能混凝土推廣應用政策

高性能混凝土是重要的綠色建筑材料，可以提高工程質量，降低工程全壽命周期的綜合成本，發展循環經濟，促進技術進步。

住建部和工信部聯合出臺文件加快高性能混凝土推廣應用步伐（詳見表2）。

表2 高性能混凝土推廣應用政策

2.5 行業發展的主要方向

2.5.1全產業鏈的綠色發展

實現預拌混凝土行業全產業鏈的綠色發展，需要建立全產業鏈綠色低碳發展理念，從綠色設計入手，建設綠色工廠，推進綠色技術的應用，生產綠色產品，通過企業的綠色運行、綠色管理、綠色能源，構建完整的綠色制造體系。

2.5.2產業結構的優化調整

實現組織結構、產品結構、業態結構的全面整合、轉型和優化。加強綠色工廠和示范站點的建設：綠色工廠建設是實現預拌混凝土產業綠色發展的核心。

2.5.3提升預拌混凝土工廠智能制造能力

建立以智能工廠為代表的現代生產體系，加強智能化技術在生產過程的研究與應用示范。

2.5.4強化綠色礦山建設帶動行業前端環境和生態保護

砂石骨料生產已成為整個產業鏈最觸目驚心的短板，在很多地區已經直接影響到預拌混凝土產業的正常發展。為此，須強化綠色礦山建設，采用采選一體化及無廢開采技術，在開采過程中同時開展礦山的綠化工程，保持礦區生態體系的完整性。

2.5.5加大工業固體廢棄物和建筑廢棄物的綜合利用力度

涉及建筑廢棄物的產生、運輸、處置、生產建材、再生產品應用等多個環節。

2.5.6建立綠色物流體系

發展要點是搭好平臺、優化網絡、降低成本、減少排放、節約能源。

2.5.7提高高品質混凝土生產和應用水平

超高、超深、超大、復雜條件下高強高性能混凝上的應用。

2.5.8適應建筑工業化和裝配式建筑要求

通過“標準化設計、工廠化生產、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理和智能化應用”，全面提升建筑品質，實現建筑業節能減排和可持續發展。

2.5.9 綠色發展的要點

綠色發展的要點，詳見圖4

圖4 綠色發展的要點

綠色生產是指以節能、降耗、減污為目標，以管理和技術為手段，按照有利于生態環境保護的原則來組織生產過程，創造出綠色產品，并滿足綠色消費的生產模式。

（1） 混凝土產品綠色化：高性能綠色混凝土為人類提供溫和、舒適、便捷的生存環境，強調產品與自然環境的協調相容性，比傳統混凝土材料有著更優秀的強度、工作性能和耐久性。

（2）生產組織全過程綠色化：即從場站規劃、設計、建設到運營管理的全過程，都要符合綠色、低碳、可持續原則，采取必要措施，防止污水、固體垃圾、粉塵、噪音等污染的產生。

（3）物料轉化全過程的綠色化：從骨料、水泥、外加劑等材料的生產，到混凝土預拌、配送、現場澆筑，甚至到建筑廢渣循環使用等各個環節均采取必要的技術，有效實施污染控制、實現節能降耗。

（4） 智能制造是實現綠色生產的必要手段與途徑；信息化技術的廣泛應用可有效提升企業綠色生產水平。通過對數據的深度分析實現結果的預測和預判，實現成本數據化管理，保持產品最優成本控制的同時減少質量管控風險；生產裝備進一步升級，提高產品質量的穩定供應能力，運輸車輛改造升級，實現運輸過程實時監控調整；全市場層面協同，實現上下游信息貫通，更好地滿足工程對混凝土的技術要求。

3 綠色混凝土技術的研究與應用

3.1 混凝土低碳綠色發展技術

立足于建筑垃圾、冶煉廢渣、粉煤灰、爐渣、石粉等固體廢棄物，結合區域資源現狀，采用系統論研究方法，研究大摻量礦物摻合料混凝土在不同環境下的結構穩定性，突破固體廢棄物資源綜合利用成套技術，不斷完善固體廢棄物資源的綜合利用領域。提高礦渣粉、粉煤灰、石灰石粉、偏高嶺土等單一和復合粉體材料的功能性和水化活性，滿足混凝土綠色化、高性能化的各種需求，并在混凝土生產和應用中安全、有效地降低水泥熟料用量，提高混凝土抗裂技術，滿足混凝土結構在不同服役條件下的抗裂要求，實現節能減排、發展低碳經濟的目標。同時，因地制宜的研究開發低品位原材料如石屑砂、風化砂、特細山砂、再生骨料等低品質骨料在混凝土中的綜合利用。

3.2 低品位偏高嶺土的資源綜合利用關鍵技術

云南臨滄地區存在大量鐵鈦含量2%~4%、白度低、可塑性差的低品位高嶺土。2017年，公司攻克了高鐵鈦偏高嶺土的復合優化以及偏高嶺土混凝土成套配制與應用關鍵技術，制備出了C30～C60偏高嶺土高性能混凝土，并實在云通嘉園、置地廣場、恒隆廣場等工程中推廣應用，主編了《混凝土用偏高嶺土》DB53/T843-2017，成果達到國內領先水平。

3.3 高抗裂低收縮超大體積混凝土的開發與應用技術

（1） 恒隆廣場辦公樓筏板基礎長10.6m，寬7.4m，底板厚5.0m，局部電梯井厚7.0m，混凝土等級為C45P10，混凝土總方量為22000m3，是目前云南省單次連續澆筑最大體積筏板之一，創云南省首例。

（2）置地廣場T1辦公塔樓基礎防水筏板混凝土等級為C40P8，筏板厚度2.6m，電梯井位置厚度8.0m，混凝土總方量為9500m3。

（3） 集成使用“多摻技術”-摻高活性偏高嶺土、礦渣粉、粉煤灰、膨脹劑成功研發出高抗裂低收縮超大體積混凝土，最大絕熱溫升降低6℃，早期收縮降低20%以上，抗裂性能提高25%以上。

3.4 廢棄石屑在混凝土中的應用關鍵技術

石屑是生產碎石過程中篩出的不符合機制砂標準的廢料，其級配差、含粉量高。2013年，公司與云南省建筑科學研究院合作開發了石灰巖石屑混凝土成套配制與應用技術，將石屑中超量部分的石粉作為惰性礦物摻合料，確定取代系數，解決了石粉含量超標的石灰巖廢石屑在混凝土應用領域的技術難題，提高10%~20%石粉含量的石灰巖廢石屑資源綜合利用率到100%，實現了高石粉含量的石灰巖廢石屑的資源化利用，主編了《石屑在混凝土中的應用技術規程》DBJ53/T-75-2015，經鑒定，成果達到國內領先水平，獲2017年云南省科技進步二等獎。

3.5 再生骨料混凝土的開發與應用

（1）再生骨料混凝土的研究開發可以解決廢棄混凝土的處理問題、節約天然骨料資源，詳見圖5；

圖5 建筑垃圾的處理和利用

（2）再生骨料存在孔隙率高、吸水率大、強度低、耐久性差等特點；

（3）國內已形成成套再生骨料生產設備、再生骨料混凝土配制應用技術。

（4）上海出臺了《上海市建筑廢棄混凝土回收利用管理辦法》，2019年1月實施，強制C25以下混凝土再生骨料取代率不低于15%，交通基礎設施施工工程取代率不低于30%。

3.6 預拌混凝土清潔生產綜合技術的開發與應用

（1）混凝土攪拌站廢漿水綜合利用關鍵技術開發與應用：公司開發了混凝土廢料漿回收利用控制設備及系統，實現自動漿量的精準控制；實現了廢料漿在C10~C40混凝土中的應用，廢料漿最高濃度可達10%。

（2）混凝土攪拌站粉料集中除塵系統的開發及應用，解決了混凝土攪拌站粉塵污染的處理和控制，達到了環保、安全、回收利用的效果，滿足了國家粉塵排放的標準。

3.7 高品質骨料的開發與應用

高品質骨料是高性能混凝土重要的原材料。所謂高品質骨料就是其粒形、級配、堅固性、吸水率等技術指標好，用于混凝土有利于和易性、體積穩定性和耐久性的優質骨料。

圖6 高品質骨料

建工行業標準《高性能混凝土用骨料》通過審查。該標準提出了砂的分計篩余、石粉的MB值、石粉流動度比、砂的需水量比等新的技術指標，對骨料的級配、粒形、人工砂（包括機制砂和混合砂）石粉含量提出了新的表征方法。該標準的實施，將引導混凝土配合比設計更加重視骨料體系的設計與優化，更加重視級配、粒形的作用，更加科學認識、合理使用人工砂中的石粉。

表3 高性能混凝土用粗骨料技術指標（部分）

表4 高性能混凝土用砂的篩分及技術指標（部分）

表5 高性能混凝土細骨料技術指標（部分）

3.8 功能型聚羧酸減水劑的開發與應用

（1）降粘型聚羧酸減水劑?；炷琳扯冗^高已成為超高強混凝土、超高泵送混凝土亟待攻克的主要技術難題。與普通聚羧酸減水劑相比，降粘型聚羧酸減水劑側鏈短、分子量小、羥基含量少，通過降低與水的結合，最大限度釋放自由水，達到降粘效果。該減水劑降粘效果好，同時兼具更佳的初始減水率和經時保坍性能，力學等綜合性能優越。

（2）抗泥型聚羧酸減水劑。普通聚羧酸減水劑對砂石原材料中的粘土和淤泥敏感性大，砂石含泥量較高時，表現出減水率不足、坍落度損失大等現象。通過引入犧牲劑（聚乙二醇、甲氧基聚乙二醇）或引入完全抑制粘土溶脹的陽離子聚合物解決。該減水劑能顯著降低混凝土流動性損失，同時不影響混凝土強度。

3.9 新型綠色超緩凝混凝土的研發與應用關鍵技術

超深基坑支護結構咬合樁（詳見圖7）要求素樁混凝土初凝時間不小于60h、28d強度滿足設計要求。2015年，公司攻克了超緩凝混凝土凝結時間動態調控與超緩凝混凝土配制關鍵技術，編制了國內首部針對超緩凝混凝土的配制和應用技術的標準規范《超緩凝混凝土配制及應用技術規程》（DBJ53/T-79-2016），獲授權發明專利2項，成果達到國內領先水平，榮獲云南省科技進步二等獎、中國施工企業管理協會科技創新成果二等獎。

圖7 超深基坑支護結構咬合樁示意圖

3.10 超高層泵送混凝土的開發與應用技術

天津117大廈，攻克了超長樁施工、大底板澆筑、混凝土超高泵送等16項技術難題，實現C60混凝土泵送高度621m，超越哈利法塔混凝土泵送高度。

深圳平安金融中心，中建一局研發了適用于超高層建筑的混凝土配制與應用技術，實現了C100混凝土模擬千米高程泵送（盤管總長度達2300m）。泵送到如此高度是全球首次，毫無經驗可借鑒。此次試驗的成功一舉刷新了業內C100超高強度混凝土的泵送紀錄。

3.11 結構用輕骨料高強混凝土的應用技術

輕骨料混凝土具有質輕、保溫、隔熱、耐火、抗震、自養護等諸多優點，在超高層、大跨度建筑中具有廣闊的應用前景、良好的經濟效益和社會效益。同時，因輕骨料混凝土在生產和泵送過程中骨料極易上浮、工作性難保持、施工困難等問題，制約了輕骨料混凝土的應用發展。輕骨料混凝土強度最高可達C80。目前國內已研制出強度等級大于C40的該材料，已經在山西省晉城市三星級綠色建筑-銘基鳳凰城節能示范樓成功應用。國內還開展了LC60混凝土的配制技術研究。

圖8 天津117大廈

圖9 C100混凝土模擬千米高程泵送

圖10 輕骨料混凝土的研究應用

3.12 綠色高強高性能透水混凝土的開發與應用技術

“海綿城市”是一種新型的城市雨洪管理概念，即讓城市能夠像海綿一樣，在適應環境變化和應對自然災害等方面具有良好的“彈性”，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時再將蓄存的水“釋放”并加以利用（詳見圖11）。

2015年我國正式開啟“海綿城市”試點。到2020年城市建成區20%以上的面積要達到目標要求，到2030年城市建成區80%以上的面積要達到目標要求。

圖11 海面城市示意圖

透水混凝土（詳見圖12）具有透氣透水、吸聲降噪、緩解城市“熱島效應”和地表徑流、改善地表土壤生態環境、保護地下水資源、美化環境等優點，主要應用于“海綿城市”建設。2009年，《透水水泥混凝土路面技術規程》（CJJ/T135-2009）發布實施，2016年正式啟動國家建材行業標準《植生混凝土》、《透水混凝土》編制，公司參與了編制工作。

圖12 透水混凝土

北京仁創科技集團開發了抗壓強度達到15~30 MPa，透水系數4.1x10-2cm/s以上透水磚，已在科技部廣場、北京奧林匹克廣場、上海世博會園區使用。盛紅集團利用風積沙（硅砂）、粘合劑和固化劑等制備高強、高透水性砂基透水磚，其強度可達到50MPa左右，透水系數大約為5.5x10-2cm/s。

公司率先在云南省開發并形成了強度等級為C10～C30的透水混凝土，透水系數大于1.0mm/s，28d抗壓強度最大達35MPa以上。

3.13 公路橋涵綠色高性能混凝土的開發與應用技術

“十三五”期間是高速公路加快成網的關鍵時期，綠色混凝土是高等級公路不可缺少的基礎材料。截止到2017年，我國高速公路里程增加到13.1萬km。2018年將新增高速公路通車里程5000km，新改建國省干線公路1.6萬km，新改建農村公路20萬km。

國家下一步將加快高速公路的成網、重點支撐“一帶一路”、京津冀協同發展、長江經濟帶三大戰略，主要服務于新型城鎮化建設、支持扶貧攻堅。

我公司積極響應國家“一帶一路”及“走出去”的政策，積極投身到“一帶一路”沿線國家的基礎設施建設中，承擔了香麗高速公路的混凝土供應，其中虎跳峽金沙江大橋是香麗高速主干線的控制性工程，建成后將成為世界最大獨塔單跨地錨式懸索橋。公司攻克了金沙江特大橋在雙重和多重破壞因素作用下結構混凝土的耐久性關鍵技術，采用中熱水泥研發出了塔柱C55高抗裂大體積混凝土，實現161m泵送施工，最高溫峰下降11℃左右，溫峰延后7h左右，有效降低了溫度應力集中導致的溫度應力裂縫，提高了混凝土抗裂性能。開發了最大單體構件錨碇C30P12高抗滲大體積混凝土，推廣應用7.92萬m3。

4 綠色混凝土技術的未來前景

4.1 地下綜合管廊中的“綠色長廊”

住建部將地下綜合管廊建設納入整個城市基礎設施“十三五”規劃，將投351億元建設地下綜合管廊。

據統計，目前全國共有69個城市在建的地下綜合管廊，約1000km，總投資約880億元。地下綜合管廊的主體就是綠色混凝土制品與管道的集合。

4.2 裝配式建筑中的“綠色骨胳”

“十三五”期間，國務院要求積極推廣綠色建筑和建材，大力發展鋼結構和裝配式建筑，提高建筑工程標準和質量。裝配式建筑的主體都是用高性能的綠色混凝土所構建。

4.3 新型城鎮化建設中的綠色前景

圖13 地下綜合管廊示意圖

2016年2月6日，國務院發布《關于深入推進新型城鎮化建設的若干意見》，要求“堅持適用、經濟、綠色、美觀方針；加快建設綠色城市、智慧城市、人文城市等新型城市，積極推廣應用綠色建材”。

推進新型化城鎮建設的過程，正是綠色建材和綠色混凝土大顯身手的時候。

5 結語

綜上所述，“堅持綠水青山就是金山銀山”的理念將是今后行業發展的重要指導思想，綠色發展是行業擺脫困境的創新發展之路。加快預拌混凝土的綠色發展需要尋找到強硬的綠色支撐點。一是固體廢棄物與建筑垃圾的資源化相融合，通過骨料與摻合料兩個環節來完全承接資源化產品，完成變廢為寶工作；二是與裝配式建筑相結合，落實國家關于大力發展裝配式建筑的指導意見，全面推薦裝配式建筑發展，利用高性能的綠色混凝土構件混凝土裝配式建筑主體，實現綠色建材與混凝土的全新集成；三是與海綿城市相融合，利用再生透水磚、再生護坡磚、再生空心砌塊、保溫砌塊等預拌混凝土制品構件綠色“海綿體”，助力建設海綿城市；四是與城市地下綜合管廊相融合，構建綠色混凝土制品與管道的集合；五是與國家重點工程相結合，全面融入國家高鐵、核電、超高超大層建筑等基建中，為重點工程提供預拌混凝土；六是與綠色建筑、建筑節能相融合。云南省預拌混凝土行業發展機遇與挑戰并存，我們應當排除萬難聯合迎戰，共同推動行業發展。

（云南省混凝土協會推薦，編輯部根據會議發言整編）