商品混凝土企业发展绿色高性能混凝土研究

陈江涌

（华新水泥股份有限公司，湖北 武汉 430073）

随着结构复杂、质量要求高的基础设施和高层建筑的迅速发展，商混行业对混凝土性能提出了更高的要求，高性能混凝土就在这种背景下应运而生。《高性能混凝土应用技术规程》（CECS207-2006）定义高性能混凝土是“采用常规材料和工艺生产的能保证混凝土结构所要求的各项力学性能，并具有高耐久性、高工作性和高体积稳定性的混凝土。” 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）。在人们传统观点中，认为高性能混凝土就是高强度混凝土，其实并非如此，高性能混凝土更看重混凝土的工作性能和耐久性指标，低强度混凝土也能成为高性能混凝土。

1 发展绿色高性能混凝土对商品混凝土企业的意义

商品混凝土企业是混凝土的主要生产者，发展绿色高性能混凝土，对于商品混凝土企业而言，其意义主要体现在如下几个方面：

1.1 顺应行业环保的要求

混凝土是资源消耗型产业，在国家加快转变经济增长方式，大力发展低碳经济的大背景下，环境保护要求越来越严，商品混凝土企业进行产业升级已迫在眉睫。发展绿色高性能混凝土对商品混凝土企业来说，意义重大。

1.2 提高企业核心竞争力

绿色高性能混凝土利用粉煤灰及高炉矿渣取代混凝土中30%～40%的水泥，使生产成本降低；可减少工程结构混凝土总用量，减少结构混凝土的自重和体积，增加建筑工程的实用面积，减少地下基础部分建设费用，因此可较大幅度的降低建筑工程的综合成本；随着绿色高性能混凝土的使用，建筑物的耐久性也有所提高，这些都增强了企业在市场上的竞争优势，提高了企业核心竞争力。

1.3 满足企业转型升级的需要

商品混凝土企业的主要产品从普通混凝土转化为高性能混凝土，对原材料采购、生产工艺、运营管理、高端销售模式都会带来一系列的影响，会深入影响到这个行业发展的格局，使企业能够实现转型升级。从长远来看，将推动企业从一个普通工业企业向高新技术企业转型，对商混行业的发展将会产生深远的影响。

2 国内外商混企业发展绿色高性能混凝土情况

国外的商品混凝土行业巨头十分重视绿色高性能混凝土的发展，西麦斯(CEMEX )在建筑行业成为首家为客户提供主要产品全面碳含量信息的公司，为发展绿色预拌混凝土产品创造了条件，并于2011 年4 月向市场推出其首个全球预拌混凝土品牌——Promptis，2012 年1 月推出第二个全球预拌混凝土品牌——Hidratium，分别为早强型、能够快速拆模的混凝土和免养护混凝土，已经在法国、英国、爱尔兰、西班牙和克罗地亚等国家得到应用。拉法基（Lafage）研发的新一代绿色混凝土兼备低热传导性和高力学强度，抗压强度6 至8 倍于普通混凝土，抗折强度10 倍于普通混凝土，在耐久性方面100 倍于标准指标。这些新型绿色混凝土所具有的热工性能提高了住宅舒适度，减少了空调和采暖的使用，在可持续发展建筑解决方案中发挥了显著作用。

国内商品混凝土企业中建商砼在绿色高性能混凝土研究方面走得较早，取得了一定成绩。该公司打造了全国首家“中国建筑绿色混凝土产业示范基地”，将生产各环节有机的结合在一起。该公司通过大力开展科技创新及科技成果转化工作，已建立绿色高性能混凝土减水剂配套产业、绿色高性能矿物超细粉配套产业及环保型混凝土生产基地。

3 商混企业发展绿色高性能混凝土关键技术

对于商混企业，要有效地发展绿色高性能混凝土，要在原材料性能质量控制、配合比设计、变形和开裂防治等方面做具体研究。

3.1 原材料控制

3.1.1 水泥

水泥性能对绿色高性能混凝土影响重大，主要在于水泥熟料矿物组成和水泥细度等方面。

水泥熟料主要矿物组成情况在早期水化热、与减水剂相容性等方面直接影响了高性能混凝土性能。从耐久性角度分析，应尽量降低C3A 和C3S 的含量，适当增加C2S 的含量。

在水泥细度上，人们往往存在一个误区，认为水泥越细，混凝土强度越高。但实际上，水泥磨的越细，早期强度发展越快，但马上就被耗尽，后期强度反而提高不快；而且越细的水泥需水量也越大，与外加剂相容性越差，水化热越大，混凝土容易开裂，因此高性能混凝土对于水泥细度的要求也应是适可而止。

3.1.2 骨料

骨料是混凝土的主要组分，一般天然骨料的强度，对于目前常用的混凝土强度等级（C50 以下）来说其实是足够的，高性能混凝土更加看重骨料颗粒级配和粒形。

此外，骨料的其他性能如吸水率、热膨胀系数等对混凝土耐久性有着重要影响，所以配制高性能混凝土的骨料要综合考虑各方面情况。

骨料的有害杂质，如泥土、细屑、硫酸盐和有机杂质等，必须及时处理，对于重要工程的混凝土所使用的粗骨料，应进行碱活性检验，降低碱——骨料反应的发生概率。

3.1.3 掺合料

高性能混凝土中，掺合料的使用起到至关重要的作用。如果在高性能混凝土中加入磨细矿渣、优质粉煤灰、硅灰和稻壳灰等作为活性掺合料，就可以减少水泥用量，减少碳排放，并有效改善混凝土耐久性。

但是粉煤灰等掺合料在使用过程中，也要根据不同混凝土的强度等级、水胶比、结构尺寸等要求来制备不同活性的矿物掺合料。

未来，绿色高性能混凝土需要的掺合料将向高细度、低需水比、低活性方向发展。

3.2 高性能混凝土配合比设计

高性能混凝土配合比设计是高性能混凝土技术的关键。具体要做到采用低水胶比、大流动性设计指标和广泛应用高性能外加剂和矿物超细粉。国内外对于高性能混凝土配合比有吴中伟院士提出的简易配合比设计方法，台湾科技大学黄兆龙教授提出的致密配比方法，清华大学廉慧珍教授提出的据以饱和面干骨料的配合比设计方法，中国矿业大学王栋民教授及武汉理工大学陈建奎教授提出的全计算配合比设计方法等。

其实选用哪种配合比设计方法都不重要，重要的是考虑和常规混凝土配合比设计不同，重点针对高性能混凝土的耐久性指标（抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、抗碳化性、抗碱骨料反应、抗氯离子渗透性）进行全面分析，此外还要对现行的《普通混凝土配合比设计规程》进行合理调整，加大粉煤灰和矿渣粉应用的比重。

3.3 高性能混凝土变形和开裂的防治措施

高性能混凝土在具体应用中，着重要解决好由于采用较高的水泥用量引起的混凝土干缩问题、进一步水化造成的裂纹问题、由于高强度带来的脆性问题等。

为了抵御高性能混凝土变形，在混凝土强度设计时要严格按规范考虑短期荷载作用下变形和长期荷载作用下变形（徐变）的影响因素，这样可以降低混凝土内部温度应力和收缩应力，减弱混凝土开裂现象；此外对于商品混凝土应用到工程部位之后，必须告诫和督导施工单位实行及时和充分的湿养护，减少混凝土早期开裂。

4 对商混企业发展绿色高性能混凝土建议

4.1 树立长远观念

商混行业中，尽管大量强度低、性能差的混凝土充斥其间，短时间内获得了较大收益，但长远来看，绿色高性能混凝土才是商品混凝土的主要发展方向。未来商品混凝土企业之间的竞争，将主要是技术优势和管理优势之间的竞争，而技术优势的竞争具有不可复制和不可替代性。因此需要广大的商混企业高屋建瓴，克服思想狭隘观念，积极主动发展绿色高性能混凝土。

4.2 提高研发能力

发展高性能混凝土不能仅仅依靠大学和科研机构，还要依靠广大的商品混凝土企业。商混企业有第一线使用绿色高性能混凝土的有利条件，最了解用户需求和产品特点，最有可能在产品研发上标新立异。未来的商品混凝土企业要逐步提高研发能力，推出不同性能的产品，提高产品的适用性。

在高性能混凝土研发过程中，最关键的是要紧紧和市场需求联系在一起，这是商混企业和科研机构研发的重大区别，其次商混企业研发还要注重产品的经济性，综合考虑产品的投资收益。

4.3 开展行业协作

商品混凝土企业之间主要是竞争的关系，但也有合作的关系。对于绿色高性能混凝土这一新生事物而言，更需要广大的商混企业之间互相交流，互通有无。

通过行业协会能把各个企业的力量凝聚在一起，使绿色高性能混凝土的推广应用有更广泛的支撑，使其发展驶入快车道。