节能减排与混凝土配合比设计

节能减排与混凝土配合比设计节能减排与混凝土配合比设计 王 勇 （贵州省建筑材料科学研究设计院，贵州 贵阳 550002） （贵 阳 市 混 凝 土 协 会， 贵州 贵阳 550002） 摘摘要要：本文通过节能减排与混凝土配合比设计的关系，阐述预拌混 凝土企业在混凝土配合比设计中应在保证混凝土强度及相关性能的 同时，尽量减少水泥用量，掺入混凝土矿物掺和料，使用建筑垃圾 再生骨料，生产绿色高性能混凝土，为我国节能减排和循环经济做 贡献；同时，针对行业内普遍存在的所谓“阴阳混凝土配合比”问 题进行了分析和探讨。 关关键键词词：节能减排；混凝土配合比设计；绿色高性能混凝土；循 环经济；“阴阳混凝土配合比” 中中图图分分类类号号: :TU528.0 文文献献标标志志码码：A 文文章章编编号号： Concrete mix design and green high performance concrete WANG YONG （Guizhou building material research design institute, Guiyang 550002, China） （Guiyang City Concrete Association ，Guiyang 550002, China） Abstract：In this paper, energy saving and emission reduction with concrete than design, elaborated ready-mixed concrete companies in the concrete mix proportion design should ensure that the concrete strength and performance while minimizing the amount of cement, mixed with the Concrete mineral admixture, the use of buildingwaste as recycled aggregate production of green high performance concrete, to contribute to our energy reduction and recycling economy; against prevalent in the industry, the so-called “yin and yang concrete tie than the problems were analyzed and discussed. Key words: Energy conservation；Concrete mix design；Green High Performance Concrete；Circular economy；Anion and concrete mix ratio 引引言言： 混凝土是当今世界用量最大、取材最方便、强度高、可塑性强、 耐久性好的建材产品。是占建筑结构工程 80%以上的主要建筑材料， 是城市化和工业化的骨架。它的生产、研发与使用关系到国民经济 发展和生态环境的改善，关系到我国循环经济和节能减排的大政方 针。 一、节能减排与混凝土配合比设计一、节能减排与混凝土配合比设计 节能减排是我国国民经济发展的大政方针。2009 年温总理在哥 本哈根大会上郑重承诺到 2020 年单位国内生产总值二氧化碳排放比 2005 年下降 4045%，并将减排目标作为约束性指标纳入国民经济 和社会发展的中长期规划。 我们知道，水泥生产行业是我国的能耗及二氧化碳排放大户， 平均每烧制一吨水泥熟料，需要 l78kg 左右的标准煤， 排放出近 1 吨的 CO2。按照 1 立方米混凝土大致需要 0.4 吨水泥， 1 吨水泥 大致需要 0.75 吨水泥熟料计算，我国每年生产混凝土近 30 亿立方 米，所需的水泥近 10 亿吨，需要燃烧标准煤近 1.8 亿吨，直接产生 的 CO2排放近 9 亿吨，约占全世界 CO2排放量的 1/10，这个数据相 当惊人。 因此我们混凝土行业要想在节能减排方面做贡献，最佳方式就 是采用无熟料水泥或免烧水泥配制绿色高性能混凝土，从而降低能 3 耗，达到节能减排的目的。 但由于目前无熟料水泥或免烧水泥应用 尚不普及，因此，我们最直接的为节能减排和循环经济做贡献的方 式就是在混凝土配合比设计中在保证混凝土强度及相关耐久性的同 时，尽量少用水泥，多掺入混凝土矿物掺和料（混合材） 、工业废渣、 使用建筑垃圾再生骨料等生产绿色高性能混凝土。 二二、绿绿色色混混凝凝土土的的概概念念 所谓绿色混凝土，是指既能减少对地球环境的负荷，又能与自 然生态系统协调共生，为人类构造舒适环境的混凝土材料，即可理 解为：节约资源、能源，不破坏环境，更有利于环境。一般说来， 绿色混凝土应具有比传统混凝土更高的强度和耐久性，可以实现非 再生性资源的可循环使用和有害物质的最低排放，既能减少环境污 染，又能与自然生态系统协调共生。 1 1、绿绿色色混混凝凝土土的的分分类类 绿色混凝土主要分为：绿色高性能混凝土、再生骨料混凝土、 环保型混凝土及机敏型混凝土等。 2、绿色高性能混凝土、绿色高性能混凝土（GHPCGHPC） 1998 年吴中伟院士首次提出“绿色高性能混凝土”的概念， 高性能混凝土具有普通混凝土无法比拟的优良性能，关于高性能混 凝土的研究是当今土木工程界最热门的课题之一，如果将高性能混 凝土与环境保护、生态保护和可持续发展结合起来考虑，则成为绿 色高性能混凝土（GHPC） 。在 1997 年 3 月的“高强与高性能混凝土” 会议上指出 GHPC 是混凝土的发展方向。真正的绿色高性能混凝土应 该是节能型混凝土，所使用的水泥必须为绿色水泥。普通水泥生产 过程中需要高温煅烧硅质原料和钙质原料，消耗大量的能源。如果 采用高贝利特水泥、无熟料水泥或生态水泥配制混凝土，就能显著 降低能耗，达到节能减排的目的。 三、混凝土配合比设计中水泥用量对混凝土性能的影响三、混凝土配合比设计中水泥用量对混凝土性能的影响 混凝土配合比设计中一定的水泥用量是保障混凝土强度的基本 条件，但从影响混凝土相关性能的角度来看，却并非水泥用量越多 越好，水泥用量过高，易带来很多问题，直接影响混凝土的综合性 能。 现代新型干法旋窑生产的水泥颗粒更细和早强高，导致混凝土易 出现水化热高、脆性大和收缩开裂等隐患；而随着我国国民经济建设 的高速发展，建筑行业混凝土向高强、高性能化迅猛发展，高强、 高性能混凝土的需求量也越来越大，我们知道，高强混凝土易带来 水泥用量高和水化热高的问题，从而引起混凝土产生更大收缩和开 裂几率。 大量试验数据证明，并非水泥用量越高越好，当混凝土配合比设 计中单方水泥用量超过600kg，对混凝土强度基本无贡献，相反会引 起混凝土更大的收缩和开裂几率。高强、高性能绿色混凝土配合比 设计中就是要在保证混凝土强度及相关耐久性的同时，尽量少用水 泥，掺入混凝土矿物掺合料（混合材）不仅能减少水泥用量，为 CO2减排做贡献，同时还能够降低水泥的水化热，减少混凝土收缩开 裂的几率，改善混凝土的相关耐久性，如抗渗性、抗冻性等。也正 因为如此，JGJ55-2011普通混凝土配合比设计规程 、GB/T50476- 2008混凝土结构耐久性设计规范 、GB50010-2010混凝土结构设 计规范 、JGJ/T178- 2009补偿收缩混凝土应用技术规程 、GB 50496-2009大体积混凝土施工规范 、JGJ/T10-2011混凝土泵送 施工技术规程等 6 个规范已将原规范中水灰比概念修改为水胶比， 水泥改为胶凝材料，而胶凝材料是指水泥掺入矿物掺和料（如粉煤 5 灰、矿渣粉、磷渣粉、水淬锰渣粉、硅粉等混合材）的总和，且规 范 中不再单独对最低水泥用量设限，而是对混凝土中最低胶凝材料用量 (300kg/m3)和矿物掺和料其总量中的比例(在 50%)设限。 在现代混凝土配合比设计中使用有水化活性的矿物掺和料(如粉 煤灰、矿渣粉、磷渣粉、水淬锰渣粉、硅粉等混合材)取代部分水泥， 在保证或提升28d 强度的前提下，可有效降低混凝土的水化放热，改 善混凝土的脆性和延展性，减少开裂，提高致密性和耐久性。 四、关于四、关于“阴阳混凝土配合比阴阳混凝土配合比”的误区的误区 前已述及，混凝土配合比设计中，并非水泥用量越多越好，但 业外人士往往认为，水泥用量越多越好，减少水泥用量就是偷工减 料，这是一个误区，需要重新认识。谈到这个问题，我们不能不谈 谈所谓“阴阳混凝土配合比”的问题，相信全省各地混凝土协会也 都遇到类似的问题。 2012 年，贵阳市质监局与省住建厅联合下发的黔建通（2012） 62 号文：“关于开展预拌混凝土生产企业质量行为监督执法检查的 通知” 。并对贵阳市预拌混凝土企业开展了专项大检查，涉及本行业 的有十余家预拌混凝土企业被查处，查处原因以“向用户提交混凝 土配合比资料与施工配合比不吻合” ，即所谓“阴阳混凝土配合比” 的问题，原因之一是以预拌混凝土企业在混凝土生产过程中掺入粉 煤灰并减少水泥用量为由，执法部门以“欺诈”判定预拌混凝土企 业违法，按产值的 3050%对企业进行处罚，少则几十万，多则上 百万，累计罚款金额近千万元，在行业内引起极大的反响。 加强行政执法部门的监督检查，规范行业内的质量管理和提高 质量意识，避免工程质量事故的发生，是极其重要和必须的；执法 部门的监督检查对提高预拌混凝土行业的管理水平和质量水平具有 重要意义，这也是无容置疑的。我们希冀行政执法部门加强对混凝 土的强度、耐久性等有关客户要求技术指标进行监督检测，保障混 凝土工程质量，避免混凝土工程质量事故的发生，毕竟建筑工程质 量是百年大计。但以在混凝土配合比设计中掺用粉煤灰判定“欺诈” ， 显然不妥当。前已述及，并非水泥用量越多越好，水泥用量过高， 易带来混凝土的水化热高和收缩大等问题，引起混凝土收缩和开裂， 影响混凝土工程的质量及使用寿命。因此，科学合理的混凝土配合 比应是在保障混凝土强度及其相关性能的基础上尽量少用水泥，这 既是为节能减排做贡献，也是为保障混凝土的工程质量，特别是随 着高强、高性能混凝土的需求量越来越大时，混凝土矿物外加剂、 粉煤灰、矿微粉的掺入更是显得必须和重要。 因此，绝不能简单的以在混凝土配合比设计中掺用粉煤灰判定 “欺诈” 。这是我们执法部门需要认清楚的。 “向用户提交混凝土配合比资料与施工配合比不吻合”是处罚 原因之二，这也是值得我们探讨的。 众所周知，预拌混凝土产品是一种半成品，影响该产品质量的 因素取决于原材料、配合比设计以及搅拌、运输、泵送等条件。执 法部门判定预拌混凝土是否满足施工和设计要求，应以混凝土的和 易性、强度以及相关要求性能指标的检验结果为依据。 事实上，混凝土配合比设计应是预拌混凝土企业的核心技术， 是应该保密的，特别是在目前市场竞争比较激烈的情况下，混凝土 配合比的设计更是预拌混凝土企业的核心技术。谁能够在保障客户 要求混凝土质量的同时降低水泥用量、改善混凝土的性能、谁就拥 有竞争优势！ 试想某年产 50 万立方的预拌混凝土企业，如其质量管理水平较 7 高、则可降低混凝土配合比设计时的均方差 ，避免水泥浪费，在 筛分工艺上调整混凝土砂、石原材料的级配，增加砂、石集料的密 实度，降低空隙率，再采用混凝土配合比优化设计（如掺入矿物掺 和料等） ，则可减少水泥用量，降低混凝土单方造价并减少混凝土水 化热。如其每方混凝土成本平均降低 10 元，一年的收益就是 500 万 元。反之，该企业也可以低于别的企业 10 元的单方报价进入市场竞 争。可见，混凝土配合比设计实在是企业的核心技术，是企业参与 市场竞争和耐以生存的关键技术，是应该保密的。 五、混凝土配合比设计的动态性五、混凝土配合比设计的动态性 业内专家、技术人员都知道混凝土配合比设计是动态的，没有 一层不变的混凝土配合比，也没有包打天下的混凝土配合比。原因 是因为混凝土的原料信息是动态的，正如一句谚语所说“天下没有 完全一样的两粒砂子！” ，每车混凝土的砂、石原料都在发生变化， 其级配、粗细、粒形、含泥量、含水率等都在变化。预拌混凝土企 业根据砂、石原料变化的动态信息适时调整混凝土配合比是必须的， 也是为了保证混凝土的质量；即使水泥标号、砂、石骨料不变化， 浇注混凝土时的气温和混凝土搅拌车输送距离的变化也是不可避免 的，因此，混凝土配合比使用过程中，必须根据气候和输送距离的 变化及时考虑和调整混凝土配合比，以保障必要的混凝土塌落度损 失，从而保证混凝土的可泵性和混凝土质量。 GB50164-2011混凝土质量控制标准的 4 条“混凝土配合比 控制”的 4.0.4 条明确说明：“在混凝土配合比使用过程中，应根 据混凝土质量的动态信息及时调整” 。第 4.0.4 条文说明：“在混凝 土配合比使用过程中，现场会出现各种情况，需要对混凝土配合比 进行适当调整，比如因气候或施工情况变化可能影响混凝土质量， 则需要适当调整混凝土配合比” 。 工程界没有一层不变的混凝土配合比！只有根据原料、气候等 的动态信息及时调整混凝土配合比，才是科学和合理的，也只有这 样，才能真正确实有效的保证混凝土质量。 因此，从混凝土配合比调整的必要性来看，执法部门以所谓 “阴阳混凝土配合比”判定预拌混凝土企业为“欺诈”也是不恰当 的。执法部门应以预拌混凝土企业提供的混凝土和易性、强度以及 相关要求性能指标是否满足施工和设计要求来判定混凝土质量是否 合格、是否满足工程质量验收技术要求。 为了加强工程质量的监督管理，建议由预拌混凝土企业提供所 浇注的混凝土参考配合比及工程要求技术指标（如强度等级、抗渗 要求、抗冻要求）给相关管理监督部门存档以备核查。执法部门则 以检查预拌混凝土企业生产的混凝土和易性、强度以及相关要求性 能指标是否满足施工和设计要求来监督管理混凝土质量，从而保障 工程质量。 六、结语六、结语 混凝土材料的生产和使用在为现代文明做出巨大贡献的同时， 每年也要消耗掉大量的自然资源和能源。我们希