您所在的位置：首頁 > 消息公告清華大學(xué)教授覃維祖表示，發(fā)展‘低碳混凝土’勢在必行迫在眉睫，需要使用注重砂石骨料品質(zhì)，使用良好粒形與級(jí)配的骨料，盡量減小堆積體空隙率，同時(shí)采用大摻量礦物摻合料，以此來大幅度節(jié)省膠結(jié)材（包括水泥、瀝青和聚合物等）用量。
近期，由中國混凝土與水泥制品協(xié)會(huì)組織的“低碳混凝土”大家談活動(dòng)，吸引了眾多業(yè)內(nèi)專家、學(xué)者、企業(yè)家的參與熱議，大家暢所欲言，集思廣益，為“低碳混凝土”深刻內(nèi)涵的解讀發(fā)表了許多不凡的見解。
日前，中國混凝土與水泥制品協(xié)會(huì)行業(yè)宣傳部采訪了清華大學(xué)教授覃維祖，了解了覃教授對于“低碳混凝土”的深度理解與思考。覃教授直言，發(fā)展“低碳混凝土”勢在必行迫在眉睫，需要使用注重砂石骨料品質(zhì)，使用良好粒形與級(jí)配的骨料，盡量減小堆積體空隙率，同時(shí)采用大摻量礦物摻合料，以此來大幅度節(jié)省膠結(jié)材（包括水泥、瀝青和聚合物等）用量。
與此同時(shí)，覃教授還表示，上個(gè)世界八十年代末，法國法國路橋?qū)嶒?yàn)中心（LCPC）就已經(jīng)在進(jìn)行人工破碎加工骨料如何優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)備及其組合研究，使產(chǎn)品的粒形和分級(jí)更合理，以便可以根據(jù)使用要求進(jìn)行產(chǎn)品配制和生產(chǎn)，降低膠凝材料的使用量。
記者問：發(fā)展“低碳混凝土”，我們首先需要重視什么？
覃教授：發(fā)展“低碳混凝土”，首先需要放大視野、通觀全局。特別要強(qiáng)調(diào)的是，要充分認(rèn)識(shí)發(fā)展“低碳混凝土”的重要意義，要把對發(fā)展“低碳混凝土”重要性、迫切性的認(rèn)識(shí)提高到關(guān)系全球人類生存環(huán)境的高度。
記者問：什么是“低碳混凝土”？
覃教授：顧名思義，發(fā)展“低碳混凝土”是針對混凝土中水泥生產(chǎn)高排放二氧化碳且高消耗煤炭能源的現(xiàn)狀，而提出的一個(gè)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略。眾所周知，生產(chǎn)一噸水泥要排放近一噸的二氧化碳，其中有煤的燃燒，還有石灰石的分解。水泥是高排放碳的產(chǎn)業(yè)。對這個(gè)問題，原中國工程院資深院士、中國建筑材料與土木工程專家、中國建筑材料科學(xué)研究院總工程師/副院長/技術(shù)顧問、清華大學(xué)土木工程系教授/博士生導(dǎo)師吳中偉先生早在二十多年前就對快速增長的我國水泥工業(yè)的二氧化碳排放數(shù)量之大憂心忡忡。吳中偉先生說，我國是水泥大國，生產(chǎn)工藝比較落后，但產(chǎn)量在迅速增加，消耗資源消耗能源以及排放出二氧化碳的問題越來越突出。
清華大學(xué)教授覃維祖
為什么吳中偉先生要強(qiáng)調(diào)這個(gè)問題？這不是行業(yè)的問題，不是技術(shù)的問題，而是涉及到我國基礎(chǔ)設(shè)施可持續(xù)發(fā)展的問題，甚至關(guān)系到人類的生存環(huán)境。所以，吳先生早在上世紀(jì)末就提出要發(fā)展“綠色高性能混凝土”（GHPC），要少用水泥熟料，多用摻合料。他還說：應(yīng)該在應(yīng)用技術(shù)方面來一次大突破，發(fā)展GHPC是當(dāng)前最有效的途徑，用大量工業(yè)廢渣作為活性細(xì)摻料代替大量熟料，最多可達(dá)60%～80%，在GHPC中不是熟料水泥，而是磨細(xì)礦渣和粉煤灰、硅灰等，或它們的復(fù)合，成為膠凝材料的主要組分。
記者問：我國“低碳混凝土”發(fā)展現(xiàn)狀如何？
覃教授：我認(rèn)為，目前業(yè)內(nèi)對“低碳混凝土”的認(rèn)知水準(zhǔn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到吳中偉先生那時(shí)擔(dān)憂的程度。因此，對當(dāng)下我國“低碳混凝土”的發(fā)展現(xiàn)狀不能樂觀。我們的“低碳混凝土”從理念到實(shí)踐到技術(shù)都滯后，與歐美國家，尤其是歐洲幾個(gè)工業(yè)國差距很大。
歐洲是混凝土技術(shù)和工藝的發(fā)源地，歐洲的水泥品種很多，其中包括多種摻有少量混合材的硅酸鹽水泥，還有幾種摻有多量混合材的水泥。例如，火山灰水泥里火山灰的含量最大可以到55%；礦渣水泥更加突出，Ⅰ型礦渣水泥礦渣含量在35%—65%，Ⅱ型礦渣水泥礦渣含量在65%-80%，Ⅲ型礦渣水泥礦渣含量可達(dá)81%-95%！而歐洲現(xiàn)代混凝土結(jié)構(gòu)中90%的水泥都是用復(fù)合水泥。
記者問：您認(rèn)為發(fā)展“低碳混凝土”技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是什么？
覃教授：結(jié)合自己近半個(gè)世紀(jì)的工作實(shí)踐和思考，我逐漸認(rèn)識(shí)到：歐洲混凝土中水泥熟料占比大幅度降低，也就是“低碳混凝土”的發(fā)展，使用良好粒形與級(jí)配的骨料極其重要，眾所周知，砂石骨料一般要占混凝土體積的70%以上，它們堆積的空隙率是影響拌合物中漿體需求量和用水量，因此也是影響硬化混凝土各項(xiàng)性能的關(guān)鍵。
上個(gè)世紀(jì)七八十年代，歐洲一些國家，例如法國，天然砂石資源接近枯竭。八十年代末，我到法國路橋?qū)嶒?yàn)中心（LCPC）訪問進(jìn)修1年多，該中心在混凝土，包括水泥和瀝青混凝土等技術(shù)領(lǐng)域十分先進(jìn)。在參觀其位于法國西部的實(shí)驗(yàn)場時(shí)，一眼望去到處都是皮帶機(jī)，當(dāng)時(shí)不明白這是在研究什么呢？多年后才醒悟過來：原來他們當(dāng)時(shí)是在進(jìn)行人工破碎加工骨料如何優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)備及其組合研究，目的是使產(chǎn)品的粒形和分級(jí)更合理，依據(jù)研究結(jié)果來編制標(biāo)準(zhǔn)，這對后來最大限度地利用天然資源加工出的骨料，根據(jù)使用要求進(jìn)行配制和生產(chǎn)，獲得堆積體空隙率盡量減小，因此可以滿足大幅度節(jié)省膠結(jié)材（包括水泥、瀝青和聚合物等）用量的效果。
1998年趁著到加拿大開會(huì)前的時(shí)機(jī)，我到位于渥太華的一個(gè)建筑材料實(shí)驗(yàn)室參觀，看到了他們對砂石骨料進(jìn)行預(yù)處理，級(jí)配嚴(yán)格，非常到位，顯然這對于骨料資源從大小顆粒直到微細(xì)粉末，全部“榨干用凈”，充分得到利用（其粒徑分布是從0開始，沒有“篩底”、沒有廢棄物，也沒有含泥量一說）。其實(shí)，這些工作對于混凝土向低碳化生產(chǎn)和應(yīng)用，都起到十分關(guān)鍵的作用。
記者問：“低碳混凝土”還應(yīng)具有哪些必備特征？
覃教授：提高混凝土耐久性，延長結(jié)構(gòu)的使用壽命，也是發(fā)展“低碳混凝土”的應(yīng)有之義。而提高耐久性，要運(yùn)用整體論科學(xué)思想。國內(nèi)改革開放幾十年來，在混凝土外加劑領(lǐng)域的品種、產(chǎn)量和應(yīng)用技術(shù)等方面有了長足的進(jìn)展，這對于拌合物從干硬、半干硬態(tài)向易于泵送的塑性狀態(tài)轉(zhuǎn)變；從單純以水泥為膠結(jié)材、大水灰比低強(qiáng)度向摻加多種工業(yè)副產(chǎn)品轉(zhuǎn)變；同時(shí)，水泥生產(chǎn)和運(yùn)輸技術(shù)也在迅速地發(fā)展，活性高、粉磨細(xì)度大、散裝運(yùn)送的方式應(yīng)運(yùn)而生以低水膠比、高早強(qiáng)與高強(qiáng)混凝土配制、生產(chǎn)與施工的需求。這些變化為混凝土材料配制和生產(chǎn)滿足大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)需要起到重要的作用。
但是與此同時(shí)，我們也出現(xiàn)了部分鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物出現(xiàn)了劣化加速的現(xiàn)象。通過翻閱國外文獻(xiàn)得知：當(dāng)今影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性最重要的原因，來自混凝土中的水泥熟料粉磨細(xì)度大、水化快、用量高、溫升大且迅速，造成所謂的熱裂縫（Thermal Cracking），根據(jù)德國慕尼黑大學(xué)教授Springenschmid率領(lǐng)多位研究生歷時(shí)20余年的研究，發(fā)現(xiàn)它已經(jīng)代替干縮成為近幾十年來鋼筋混凝土出現(xiàn)開裂，并且造成結(jié)構(gòu)耐久性危機(jī)的主因。
而低碳混凝土正是針對當(dāng)今水泥活性高、粉磨細(xì)度大，且在混凝土中用量不斷加大帶來的弊病，通過采用優(yōu)化骨料填充作用減小其堆積體的空隙率，同時(shí)采用大摻量礦物摻合料，以大幅度降低拌和物用水量、降低水泥用量，獲得滿足工程施工對拌合物和易性，以及硬化后混凝土各項(xiàng)性能指標(biāo)的目標(biāo)。
另外一個(gè)突出的例子，就是北美開發(fā)的高性能大摻量粉煤灰混凝土，也是通過上述各項(xiàng)措施的綜合，以每立方混凝土用水泥150千克，粉煤灰200千克和用水量低至130千克以下配制出來的。由于優(yōu)化骨料級(jí)配和大摻量粉煤灰良好的填充、減水作用（粉煤灰的密度只有水泥的2/3，200千克粉煤灰相當(dāng)于300千克水泥所占體積）。我自1993年到清華大學(xué)任教，曾承擔(dān)“九五”期間的攻關(guān)項(xiàng)目。通過實(shí)驗(yàn)研究，在石子二級(jí)配（5~10mm和10~20mm各占一半）前提下，用150千克水泥與200千克粉煤灰，用水量105至133千克，配制出強(qiáng)度發(fā)展良好（3天30兆帕、28天50兆帕、1年80兆帕）、水泥用量大幅度減小的高質(zhì)量混凝土。
記者問：您對“低碳混凝土”的技術(shù)路徑有哪些思考？
覃教授：“低碳混凝土”的技術(shù)路徑中至少有以下特征：應(yīng)用級(jí)配和粒形良好的砂石骨料減小空隙率，同時(shí)采用大摻量礦物摻合料以及品質(zhì)良好的外加劑，以獲得低水泥用量、低用水量的混凝土配制與應(yīng)用效果。
發(fā)展低碳混凝土，就是要善用資源，少用水泥熟料，對環(huán)境友好，以可持續(xù)發(fā)展。長期以來，國內(nèi)的混凝土業(yè)一直忽略砂石骨料這個(gè)占填充體積主要組分的品質(zhì)，通常把混凝土生產(chǎn)的資金投向水泥、外加劑，而砂石的采購原則，是誰家便宜就買誰的！于是，陳舊、落后的破碎加工設(shè)備一直占據(jù)著整個(gè)市場，粒形差、針片狀顆粒多、含泥量高的砂石遍布全國。
其實(shí)依我看，這種局面的改變并不難。1993年去廣東一條高速公路工地搞咨詢服務(wù)時(shí)，看到實(shí)驗(yàn)室里堆放著針片狀顆粒很多的石子，就向?qū)Ψ浇忉專哼@種骨料十分影響高速公路的質(zhì)量，需要改變。等到兩年后去又一條高速公路工地時(shí)，驚奇地發(fā)現(xiàn)針片狀顆粒消失了！詢問后得知：采石場老板根據(jù)施工方向他們提出的要求，購進(jìn)了反擊破等先進(jìn)的加工設(shè)備，通過客戶較高的支付獲得了補(bǔ)償。
但是這只是個(gè)別實(shí)例，大量落后的設(shè)備生產(chǎn)出來的骨料至今還充斥市場，所謂的“連續(xù)級(jí)配”石子在到處泛濫，其實(shí)里面5~10mm這個(gè)關(guān)鍵粒徑范圍的顆粒幾乎空缺（因?yàn)樗鹬畛浯笫又g空隙的重要作用，缺少它，就只有用砂漿去填充，使得膠結(jié)材和其它粉體用量、用水量高居不下），這種情況迫切需要改變！
近幾年，國內(nèi)河沙資源日趨枯竭，機(jī)制砂生產(chǎn)與應(yīng)用異軍突起，質(zhì)量也在不斷提升。這為我國混凝土走向低碳提供了一個(gè)良好契機(jī)。我們要知道，機(jī)制砂與天然砂是兩種材料，應(yīng)用過程中，不能將機(jī)制砂與河砂簡單地進(jìn)行置換。因?yàn)闄C(jī)制砂棱角多、表面粗糙，需要用良好的石子級(jí)配去減小空隙率，用更多的漿體去潤滑和填充。所以在改善石子級(jí)配的同時(shí)，增大粉煤灰或其他摻合料用量并適當(dāng)增加含氣量，同時(shí)減少水化快、親水性強(qiáng)的水泥用量，是用好機(jī)制砂配制混凝土的“訣竅”。當(dāng)然，提高機(jī)制砂的品質(zhì)，例如將原巖破碎之前，必須篩掉或沖洗掉覆土等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也和前面說到的石子加工一個(gè)道理，需要遵循優(yōu)勝劣汰的規(guī)律，要“堤內(nèi)損失堤外補(bǔ)”，獲得一個(gè)整體的、綜合的優(yōu)良效果。
其實(shí)，現(xiàn)今我們身邊就有發(fā)展“低碳混凝土”的非常先進(jìn)的榜樣——重慶大業(yè)集團(tuán)，他們自2004年建站起就自行生產(chǎn)機(jī)制砂石，經(jīng)破碎加工后的砂石還要通過整形改善粒形，并把生產(chǎn)過程產(chǎn)生的大量石粉加入攪拌機(jī)，致使生產(chǎn)和使用的C30混凝土，每立方水泥用量僅120千克?。〒胶狭蠟?80千克）這樣低的水泥用量跟粉煤灰、礦粉、石粉復(fù)合，混凝土拌合物的品質(zhì)保持優(yōu)良、穩(wěn)定，不存在離析泌水，也不存在出現(xiàn)溫度裂縫的擔(dān)憂。我們應(yīng)該大力宣傳這樣的低碳混凝土實(shí)踐典范。
采訪結(jié)束時(shí)，覃教授強(qiáng)調(diào)：發(fā)展“低碳混凝土”，水泥減量勢在必行。但只要改變觀念，注重砂石骨料的質(zhì)量關(guān)，同時(shí)用好大摻量粉煤灰、礦渣、石粉等工業(yè)固廢，我們就一定能推動(dòng)“低碳混凝土”獲得長足地發(fā)展。
據(jù)悉，覃維祖教授長期致力于高性能混凝土結(jié)構(gòu)、混凝土早期開裂和耐久性評(píng)價(jià)、活性粉末混凝土及其工程應(yīng)用、高摻量粉煤灰混凝土及其在路橋工程中的應(yīng)用等方面的研究，是我國建筑材料方面的專家。2020年，覃教授曾受邀參加了由砂石骨料網(wǎng)主辦的“東海論壇-首屆中國砂石高質(zhì)量發(fā)展峰會(huì)”，并在“精品砂石·高性能混凝土技術(shù)研討會(huì)”上發(fā)表演講，深入解析“高性能混凝土與精品砂石的關(guān)系”，令參會(huì)嘉賓們感到受益匪淺。
砂石潮流浩浩蕩蕩，隨著中共中央、國務(wù)院再度下發(fā)重磅文件，直指碳達(dá)峰、碳中和，建材行業(yè)的節(jié)能減排，“低碳混凝土”的大力發(fā)展應(yīng)用已成必然趨勢。但究竟如何更好地規(guī)范和完善砂石生產(chǎn)工藝流程？如何通過優(yōu)質(zhì)機(jī)制砂石級(jí)配降低混凝土的生產(chǎn)成本？精品砂石骨料在實(shí)際應(yīng)用中如何更精準(zhǔn)穩(wěn)定的調(diào)配？大企業(yè)集團(tuán)在打造新的砂石生產(chǎn)線時(shí)，會(huì)融入哪些低碳設(shè)計(jì)理念？諸如此類問題，都橫亙在行業(yè)同仁面前。
故2022年2月底3月初，砂石骨料網(wǎng)將在浙江召開以“低碳·智能·品質(zhì)·融合”為主題的“東海論壇—第二屆中國砂石高質(zhì)量發(fā)展峰會(huì)暨砂石骨料網(wǎng)年會(huì)”，擬邀請覃維祖教授出席演講，深入淺出的剖析“低碳混凝土”。屆時(shí)，組委會(huì)還將聯(lián)合自然資源、工信等行業(yè)主管部門和國家頂級(jí)智囊、院校研究機(jī)構(gòu)、砂石（建材下游混凝土）行業(yè)主流企業(yè)、砂石與混凝土協(xié)會(huì)、最新工藝技術(shù)及智能節(jié)能裝備、港口物流、資深投行與媒體等一起深入解析行業(yè)成熟的生產(chǎn)工藝，探討分析最新政策及區(qū)域市場變化，找尋砂石企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展路徑，聚焦提高砂石品質(zhì)工藝，探討降低生產(chǎn)能耗相關(guān)舉措，促進(jìn)雙碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。
