節(jié)能減排與混凝土配合比設(shè)計(jì)

1、節(jié)能減排與混凝土配合比設(shè)計(jì)王勇(貴州省建筑材料科學(xué)研究設(shè)計(jì)院,貴州貴陽(yáng) 550002(貴陽(yáng)市混凝土協(xié)會(huì),貴州貴陽(yáng) 550002摘要:本文通過(guò)節(jié)能減排與混凝土配合比設(shè)計(jì)的關(guān)系,闡述預(yù)拌混凝土企業(yè)在混凝土配合比設(shè)計(jì)中應(yīng)在保證混凝土強(qiáng)度及相關(guān)性能的同時(shí),盡量減少水泥用量,摻入混凝土礦物摻和料,使用建筑垃圾再生骨料,生產(chǎn)綠色高性能混凝土,為我國(guó)節(jié)能減排和循環(huán)經(jīng)濟(jì)做貢獻(xiàn);同時(shí),針對(duì)行業(yè)內(nèi)普遍存在的所謂“陰陽(yáng)混凝土配合比”問(wèn)題進(jìn)行了分析和探討。關(guān)鍵詞:節(jié)能減排;混凝土配合比設(shè)計(jì);綠色高性能混凝土;循環(huán)經(jīng)濟(jì);“陰陽(yáng)混凝土配合比”中圖分類號(hào):TU528.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):Concrete mix

2、design and green high performance concreteWANG 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 concr

3、ete 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 t

4、o our energy reduction and recycling economy; against prevalent in theindustry, the so-called "yin and yang concrete tie than the problems wereanalyzed and discussed.Key words:Energy conservation;Concrete mix design;Green High Performance Concrete;Circular economy;Anion and concrete mix ratio引言

5、:混凝土是當(dāng)今世界用量最大、取材最方便、強(qiáng)度高、可塑性強(qiáng)、耐久性好的建材產(chǎn)品。是占建筑結(jié)構(gòu)工程80%以上的主要建筑材料,是城市化和工業(yè)化的骨架。它的生產(chǎn)、研發(fā)與使用關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的改善,關(guān)系到我國(guó)循環(huán)經(jīng)濟(jì)和節(jié)能減排的大政方針。一、節(jié)能減排與混凝土配合比設(shè)計(jì)節(jié)能減排是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大政方針。2009年溫總理在哥本哈根大會(huì)上鄭重承諾到2020年單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降4045%,并將減排目標(biāo)作為約束性指標(biāo)納入國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的中長(zhǎng)期規(guī)劃。我們知道,水泥生產(chǎn)行業(yè)是我國(guó)的能耗及二氧化碳排放大戶,平均每燒制一噸水泥熟料,需要 l78kg左右的標(biāo)準(zhǔn)煤,排放出近 1

6、噸的CO2。按照 1 立方米混凝土大致需要 0.4噸水泥, 1噸水泥大致需要 0.75噸水泥熟料計(jì)算,我國(guó)每年生產(chǎn)混凝土近30億立方米,所需的水泥近10億噸,需要燃燒標(biāo)準(zhǔn)煤近1.8億噸,直接產(chǎn)生的CO2排放近 9億噸,約占全世界CO2排放量的1/10,這個(gè)數(shù)據(jù)相當(dāng)驚人。因此我們混凝土行業(yè)要想在節(jié)能減排方面做貢獻(xiàn),最佳方式就是采用無(wú)熟料水泥或免燒水泥配制綠色高性能混凝土,從而降低能耗,達(dá)到節(jié)能減排的目的。但由于目前無(wú)熟料水泥或免燒水泥應(yīng)用尚不普及,因此,我們最直接的為節(jié)能減排和循環(huán)經(jīng)濟(jì)做貢獻(xiàn)的方式就是在混凝土配合比設(shè)計(jì)中在保證混凝土強(qiáng)度及相關(guān)耐久性的同時(shí),盡量少用水泥,多摻入混凝土礦物摻和料(混

7、合材、工業(yè)廢渣、使用建筑垃圾再生骨料等生產(chǎn)綠色高性能混凝土。二、綠色混凝土的概念所謂綠色混凝土,是指既能減少對(duì)地球環(huán)境的負(fù)荷,又能與自然生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)共生,為人類構(gòu)造舒適環(huán)境的混凝土材料,即可理解為:節(jié)約資源、能源,不破壞環(huán)境,更有利于環(huán)境。一般說(shuō)來(lái),綠色混凝土應(yīng)具有比傳統(tǒng)混凝土更高的強(qiáng)度和耐久性,可以實(shí)現(xiàn)非再生性資源的可循環(huán)使用和有害物質(zhì)的最低排放,既能減少環(huán)境污染,又能與自然生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)共生。1、綠色混凝土的分類綠色混凝土主要分為:綠色高性能混凝土、再生骨料混凝土、環(huán)保型混凝土及機(jī)敏型混凝土等。2、綠色高性能混凝土(GHPC1998年吳中偉院士首次提出“綠色高性能混凝土”的概念,高性能混凝土

8、具有普通混凝土無(wú)法比擬的優(yōu)良性能,關(guān)于高性能混凝土的研究是當(dāng)今土木工程界最熱門(mén)的課題之一,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1997年3月的“高強(qiáng)與高性能混凝土”會(huì)議上指出GHPC是混凝土的發(fā)展方向。真正的綠色高性能混凝土應(yīng)該是節(jié)能型混凝土,所使用的水泥必須為綠色水泥。普通水泥生產(chǎn)過(guò)程中需要高溫煅燒硅質(zhì)原料和鈣質(zhì)原料,消耗大量的能源。如果采用高貝利特水泥、無(wú)熟料水泥或生態(tài)水泥配制混凝土,就能顯著降低能耗,達(dá)到節(jié)能減排的目的。三、混凝土配合比設(shè)計(jì)中水泥用量對(duì)混凝土性能的影響混凝土配合比設(shè)計(jì)中一定的水泥用量是保障混凝土強(qiáng)度的基本條件

9、,但從影響混凝土相關(guān)性能的角度來(lái)看,卻并非水泥用量越多越好,水泥用量過(guò)高,易帶來(lái)很多問(wèn)題,直接影響混凝土的綜合性能。現(xiàn)代新型干法旋窯生產(chǎn)的水泥顆粒更細(xì)和早強(qiáng)高,導(dǎo)致混凝土易出現(xiàn)水化熱高、脆性大和收縮開(kāi)裂等隱患;而隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展,建筑行業(yè)混凝土向高強(qiáng)、高性能化迅猛發(fā)展,高強(qiáng)、高性能混凝土的需求量也越來(lái)越大,我們知道,高強(qiáng)混凝土易帶來(lái)水泥用量高和水化熱高的問(wèn)題,從而引起混凝土產(chǎn)生更大收縮和開(kāi)裂幾率。大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明,并非水泥用量越高越好,當(dāng)混凝土配合比設(shè)計(jì)中單方水泥用量超過(guò)600kg,對(duì)混凝土強(qiáng)度基本無(wú)貢獻(xiàn),相反會(huì)引起混凝土更大的收縮和開(kāi)裂幾率。高強(qiáng)、高性能綠色混凝土配合比設(shè)計(jì)中就

10、是要在保證混凝土強(qiáng)度及相關(guān)耐久性的同時(shí),盡量少用水泥,摻入混凝土礦物摻合料(混合材不僅能減少水泥用量,為CO2減排做貢獻(xiàn),同時(shí)還能夠降低水泥的水化熱,減少混凝土收縮開(kāi)裂的幾率,改善混凝土的相關(guān)耐久性,如抗?jié)B性、抗凍性等。也正因?yàn)槿绱? JGJ55-2011普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程、GB/T50476-2008混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范、GB50010-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范、JGJ/T178- 2009補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程、GB 50496-2009大體積混凝土施工規(guī)范、JGJ/T10-2011混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程等6個(gè)規(guī)范已將原規(guī)范中水灰比概念修改為水膠比,水泥改為膠凝材料,而膠凝

11、材料是指水泥摻入礦物摻和料(如粉煤灰、礦渣粉、磷渣粉、水淬錳渣粉、硅粉等混合材的總和,且規(guī)范中不再單獨(dú)對(duì)最低水泥用量設(shè)限,而是對(duì)混凝土中最低膠凝材料用量 (300kg/m3和礦物摻和料其總量中的比例(在50%設(shè)限。在現(xiàn)代混凝土配合比設(shè)計(jì)中使用有水化活性的礦物摻和料(如粉煤灰、礦渣粉、磷渣粉、水淬錳渣粉、硅粉等混合材取代部分水泥,在保證或提升28d強(qiáng)度的前提下,可有效降低混凝土的水化放熱,改善混凝土的脆性和延展性,減少開(kāi)裂,提高致密性和耐久性。四、關(guān)于“陰陽(yáng)混凝土配合比”的誤區(qū)前已述及,混凝土配合比設(shè)計(jì)中,并非水泥用量越多越好,但業(yè)外人士往往認(rèn)為,水泥用量越多越好,減少水泥用量就是偷工減料,這是

12、一個(gè)誤區(qū),需要重新認(rèn)識(shí)。談到這個(gè)問(wèn)題,我們不能不談?wù)勊^“陰陽(yáng)混凝土配合比”的問(wèn)題,相信全省各地混凝土協(xié)會(huì)也都遇到類似的問(wèn)題。2012年,貴陽(yáng)市質(zhì)監(jiān)局與省住建廳聯(lián)合下發(fā)的黔建通(2012 62號(hào)文:“關(guān)于開(kāi)展預(yù)拌混凝土生產(chǎn)企業(yè)質(zhì)量行為監(jiān)督執(zhí)法檢查的通知”。并對(duì)貴陽(yáng)市預(yù)拌混凝土企業(yè)開(kāi)展了專項(xiàng)大檢查,涉及本行業(yè)的有十余家預(yù)拌混凝土企業(yè)被查處,查處原因以“向用戶提交混凝土配合比資料與施工配合比不吻合”,即所謂“陰陽(yáng)混凝土配合比”的問(wèn)題,原因之一是以預(yù)拌混凝土企業(yè)在混凝土生產(chǎn)過(guò)程中摻入粉煤灰并減少水泥用量為由,執(zhí)法部門(mén)以“欺詐”判定預(yù)拌混凝土企業(yè)違法,按產(chǎn)值的3050%對(duì)企業(yè)進(jìn)行處罰,少則幾十萬(wàn),多則

13、上百萬(wàn),累計(jì)罰款金額近千萬(wàn)元,在行業(yè)內(nèi)引起極大的反響。加強(qiáng)行政執(zhí)法部門(mén)的監(jiān)督檢查,規(guī)范行業(yè)內(nèi)的質(zhì)量管理和提高質(zhì)量意識(shí),避免工程質(zhì)量事故的發(fā)生,是極其重要和必須的;執(zhí)法部門(mén)的監(jiān)督檢查對(duì)提高預(yù)拌混凝土行業(yè)的管理水平和質(zhì)量水平具有重要意義,這也是無(wú)容置疑的。我們希冀行政執(zhí)法部門(mén)加強(qiáng)對(duì)混凝土的強(qiáng)度、耐久性等有關(guān)客戶要求技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)督檢測(cè),保障混凝土工程質(zhì)量,避免混凝土工程質(zhì)量事故的發(fā)生,畢竟建筑工程質(zhì)量是百年大計(jì)。但以在混凝土配合比設(shè)計(jì)中摻用粉煤灰判定“欺詐”,顯然不妥當(dāng)。前已述及,并非水泥用量越多越好,水泥用量過(guò)高,易帶來(lái)混凝土的水化熱高和收縮大等問(wèn)題，引起混凝土收縮和開(kāi)裂，影響混凝土 工程的質(zhì)量

14、及使用壽命。因此，科學(xué)合理的混凝土配合比應(yīng)是在保障 混凝土強(qiáng)度及其相關(guān)性能的基礎(chǔ)上盡量少用水泥，這既是為節(jié)能減排 做貢獻(xiàn)，也是為保障混凝土的工程質(zhì)量，特別是隨著高強(qiáng)、高性能混 凝土的需求量越來(lái)越大時(shí)，混凝土礦物外加劑、粉煤灰、礦微粉的摻 入更是顯得必須和重要。 因此，絕不能簡(jiǎn)單的以在混凝土配合比設(shè)計(jì)中摻用粉煤灰判定 “欺詐” 。這是我們執(zhí)法部門(mén)需要認(rèn)清楚的。 “向用戶提交混凝土配合比資料與施工配合比不吻合” 是處罰原 因之二，這也是值得我們探討的。 眾所周知，預(yù)拌混凝土產(chǎn)品是一種半成品，影響該產(chǎn)品質(zhì)量的因 素取決于原材料、配合比設(shè)計(jì)以及攪拌、運(yùn)輸、泵送等條件。執(zhí)法部 門(mén)判定預(yù)拌混凝土是否滿足施

15、工和設(shè)計(jì)要求，應(yīng)以混凝土的和易性、 強(qiáng)度以及相關(guān)要求性能指標(biāo)的檢驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)。 事實(shí)上，混凝土配合比設(shè)計(jì)應(yīng)是預(yù)拌混凝土企業(yè)的核心技術(shù)，是 應(yīng)該保密的，特別是在目前市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)比較激烈的情況下，混凝土配合 比的設(shè)計(jì)更是預(yù)拌混凝土企業(yè)的核心技術(shù)。 誰(shuí)能夠在保障客戶要求混 凝土質(zhì)量的同時(shí)降低水泥用量、改善混凝土的性能、誰(shuí)就擁有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu) 勢(shì)！ 試想某年產(chǎn) 50 萬(wàn)立方的預(yù)拌混凝土企業(yè)，如其質(zhì)量管理水平較 高、則可降低混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)的均方差 ，避免水泥浪費(fèi)，在篩 分工藝上調(diào)整混凝土砂、 石原材料的級(jí)配， 增加砂、 石集料的密實(shí)度， 降低空隙率，再采用混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)（如摻入礦物摻和料等） ， 則可減少

16、水泥用量，降低混凝土單方造價(jià)并減少混凝土水化熱。如其 每方混凝土成本平均降低 10 元，一年的收益就是 500 萬(wàn)元。反之， 6 該企業(yè)也可以低于別的企業(yè) 10 元的單方報(bào)價(jià)進(jìn)入市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。可見(jiàn)， 混凝土配合比設(shè)計(jì)實(shí)在是企業(yè)的核心技術(shù)， 是企業(yè)參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和耐 以生存的關(guān)鍵技術(shù)，是應(yīng)該保密的。 五、混凝土配合比設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)性 業(yè)內(nèi)專家、技術(shù)人員都知道混凝土配合比設(shè)計(jì)是動(dòng)態(tài)的，沒(méi)有一 層不變的混凝土配合比，也沒(méi)有包打天下的混凝土配合比。原因是因 為混凝土的原料信息是動(dòng)態(tài)的，正如一句諺語(yǔ)所說(shuō)“天下沒(méi)有完全一 樣的兩粒砂子！，每車混凝土的砂、石原料都在發(fā)生變化，其級(jí)配、 ” 粗細(xì)、粒形、含泥量、含水率等

17、都在變化。預(yù)拌混凝土企業(yè)根據(jù)砂、 石原料變化的動(dòng)態(tài)信息適時(shí)調(diào)整混凝土配合比是必須的， 也是為了保 證混凝土的質(zhì)量；即使水泥標(biāo)號(hào)、砂、石骨料不變化，澆注混凝土?xí)r 的氣溫和混凝土攪拌車輸送距離的變化也是不可避免的，因此，混凝 土配合比使用過(guò)程中， 必須根據(jù)氣候和輸送距離的變化及時(shí)考慮和調(diào) 整混凝土配合比，以保障必要的混凝土塌落度損失，從而保證混凝土 的可泵性和混凝土質(zhì)量。 GB50164-2011混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)的 4 條“混凝土配合比控 制”的 4.0.4 條明確說(shuō)明： “在混凝土配合比使用過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)混 凝土質(zhì)量的動(dòng)態(tài)信息及時(shí)調(diào)整” 。第 4.0.4 條文說(shuō)明： “在混凝土配合 比使用過(guò)程

18、中，現(xiàn)場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)各種情況，需要對(duì)混凝土配合比進(jìn)行適當(dāng) 調(diào)整，比如因氣候或施工情況變化可能影響混凝土質(zhì)量，則需要適當(dāng) 調(diào)整混凝土配合比” 。 工程界沒(méi)有一層不變的混凝土配合比！只有根據(jù)原料、氣候等的 動(dòng)態(tài)信息及時(shí)調(diào)整混凝土配合比，才是科學(xué)和合理的，也只有這樣， 才能真正確實(shí)有效的保證混凝土質(zhì)量。 因此，從混凝土配合比調(diào)整的必要性來(lái)看，執(zhí)法部門(mén)以所謂“陰 7 陽(yáng)混凝土配合比”判定預(yù)拌混凝土企業(yè)為“欺詐”也是不恰當(dāng)?shù)?。?zhí) 法部門(mén)應(yīng)以預(yù)拌混凝土企業(yè)提供的混凝土和易性、 強(qiáng)度以及相關(guān)要求 性能指標(biāo)是否滿足施工和設(shè)計(jì)要求來(lái)判定混凝土質(zhì)量是否合格、 是否 滿足工程質(zhì)量驗(yàn)收技術(shù)要求。 為了加強(qiáng)工程質(zhì)量的監(jiān)督管理， 建議由預(yù)拌混凝土企業(yè)提供所澆 注的混凝土參考配合比及工程要求技術(shù)指標(biāo) （如強(qiáng)度等級(jí)、 抗?jié)B要求、 抗凍要求）給相關(guān)管理監(jiān)督部門(mén)存檔以備核查。執(zhí)法部門(mén)則以檢查預(yù) 拌混凝土企業(yè)生產(chǎn)的混凝土和易性、 強(qiáng)度以及相關(guān)要求性能指標(biāo)是否 滿足施工和設(shè)計(jì)要求來(lái)監(jiān)督管理混凝土質(zhì)量，從而保障工程質(zhì)量。 六、結(jié)語(yǔ) 混凝土材料的生產(chǎn)和使用在為現(xiàn)代文明做出巨大貢獻(xiàn)的同時(shí)， 每 年也要消耗掉大量的自然資源和能源。 我們希冀預(yù)拌混凝土企業(yè)在混 凝土配合比設(shè)計(jì)中在保證混凝