節(jié)能減排與混凝土配合比設計

1、節(jié)能減排與混凝土配合比設計王勇(貴州省建筑材料科學研究設計院,貴州貴陽 550002(貴陽市混凝土協(xié)會,貴州貴陽 550002摘要:本文通過節(jié)能減排與混凝土配合比設計的關系,闡述預拌混凝土企業(yè)在混凝土配合比設計中應在保證混凝土強度及相關性能的同時,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,生產綠色高性能混凝土,為我國節(jié)能減排和循環(huán)經濟做貢獻;同時,針對行業(yè)內普遍存在的所謂“陰陽混凝土配合比”問題進行了分析和探討。關鍵詞:節(jié)能減排;混凝土配合比設計;綠色高性能混凝土;循環(huán)經濟;“陰陽混凝土配合比”中圖分類號:TU528.0 文獻標志碼:A 文章編號: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、:混凝土是當今世界用量最大、取材最方便、強度高、可塑性強、耐久性好的建材產品。是占建筑結構工程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、研發(fā)與使用關系到國民經濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的改善,關系到我國循環(huán)經濟和節(jié)能減排的大政方針。一、節(jié)能減排與混凝土配合比設計節(jié)能減排是我國國民經濟發(fā)展的大政方針。2009年溫總理在哥本哈根大會上鄭重承諾到2020年單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降4045%,并將減排目標作為約束性指標納入國民經濟和社會發(fā)展的中長期規(guī)劃。我們知道,水泥生產行業(yè)是我國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左右的標準煤,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噸水泥熟料計算,我國每年生產混凝土近30億立方米,所需的水泥近10億噸,需要燃燒標準煤近1.8億噸,直接產生的CO2排放近 9億噸,約占全世界CO2排放量的1/10,這個數(shù)據(jù)相當驚人。因此我們混凝土行業(yè)要想在節(jié)能減排方面做貢獻,最佳方式就是采用無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,達到節(jié)能減排的目的。但由于目前無熟料水泥或免燒水泥應用尚不普及,因此,我們最直接的為節(jié)能減排和循環(huán)經濟做貢獻的方式就是在混凝土配合比設計中在保證混凝土強度及相關耐久性的同時,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,是指既能減少對地球環(huán)境的負荷,又能與自然生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調共生,為人類構造舒適環(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。一般說來,綠色混凝土應具有比傳統(tǒng)混凝土更高的強度和耐久性,可以實現(xiàn)非再生性資源的可循環(huán)使用和有害物質的最低排放,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、具有普通混凝土無法比擬的優(yōu)良性能,關于高性能混凝土的研究是當今土木工程界最熱門的課題之一,如果將高性能混凝土與環(huán)境保護、生態(tài)保護和可持續(xù)發(fā)展結合起來考慮,則成為綠色高性能混凝土(GHPC。在1997年3月的“高強與高性能混凝土”會議上指出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。普通水泥生產過程中需要高溫煅燒硅質原料和鈣質原料,消耗大量的能源。如果采用高貝利特水泥、無熟料水泥或生態(tài)水泥配制混凝土,就能顯著降低能耗,達到節(jié)能減排的目的。三、混凝土配合比設計中水泥用量對混凝土性能的影響混凝土配合比設計中一定的水泥用量是保障混凝土強度的基本條件

9、,但從影響混凝土相關性能的角度來看,卻并非水泥用量越多越好,水泥用量過高,易帶來很多問題,直接影響混凝土的綜合性能?，F(xiàn)代新型干法旋窯生產的水泥顆粒更細和早強高,導致混凝土易出現(xiàn)水化熱高、脆性大和收縮開裂等隱患;而隨著我國國民經濟建設的高速發(fā)展,建筑行業(yè)混凝土向高強、高性能化迅猛發(fā)展,高強、高性能混凝土的需求量也越來越大,我們知道,高強混凝土易帶來水泥用量高和水化熱高的問題,從而引起混凝土產生更大收縮和開裂幾率。大量試驗數(shù)據(jù)證明,并非水泥用量越高越好,當混凝土配合比設計中單方水泥用量超過600kg,對混凝土強度基本無貢獻,相反會引起混凝土更大的收縮和開裂幾率。高強、高性能綠色混凝土配合比設計中就

10、是要在保證混凝土強度及相關耐久性的同時,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,同時還能夠降低水泥的水化熱,減少混凝土收縮開裂的幾率,改善混凝土的相關耐久性,如抗?jié)B性、抗凍性等。也正因為如此, JGJ55-2011普通混凝土配合比設計規(guī)程、GB/T50476-2008混凝土結構耐久性設計規(guī)范、GB50010-2010混凝土結構設計規(guī)范、JGJ/T178- 2009補償收縮混凝土應用技術規(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規(guī)程等6個規(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)范中不再單獨對最低水泥用量設限,而是對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%設限。在現(xiàn)代混凝土配合比設計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,減少開裂,提高致密性和耐久性。四、關于“陰陽混凝土配合比”的誤區(qū)前已述及,混凝土配合比設計中,并非水泥用量越多越好,但業(yè)外人士往往認為,水泥用量越多越好,減少水泥用量就是偷工減料,這是

12、一個誤區(qū),需要重新認識。談到這個問題,我們不能不談談所謂“陰陽混凝土配合比”的問題,相信全省各地混凝土協(xié)會也都遇到類似的問題。2012年,貴陽市質監(jiān)局與省住建廳聯(lián)合下發(fā)的黔建通(2012 62號文:“關于開展預拌混凝土生產企業(yè)質量行為監(jiān)督執(zhí)法檢查的通知”。并對貴陽市預拌混凝土企業(yè)開展了專項大檢查,涉及本行業(yè)的有十余家預拌混凝土企業(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“陰陽混凝土配合比”的問題,原因之一是以預拌混凝土企業(yè)在混凝土生產過程中摻入粉煤灰并減少水泥用量為由,執(zhí)法部門以“欺詐”判定預拌混凝土企業(yè)違法,按產值的3050%對企業(yè)進行處罰,少則幾十萬,多則

13、上百萬,累計罰款金額近千萬元,在行業(yè)內引起極大的反響。加強行政執(zhí)法部門的監(jiān)督檢查,規(guī)范行業(yè)內的質量管理和提高質量意識,避免工程質量事故的發(fā)生,是極其重要和必須的;執(zhí)法部門的監(jiān)督檢查對提高預拌混凝土行業(yè)的管理水平和質量水平具有重要意義,這也是無容置疑的。我們希冀行政執(zhí)法部門加強對混凝土的強度、耐久性等有關客戶要求技術指標進行監(jiān)督檢測,保障混凝土工程質量,避免混凝土工程質量事故的發(fā)生,畢竟建筑工程質量是百年大計。但以在混凝土配合比設計中摻用粉煤灰判定“欺詐”,顯然不妥當。前已述及,并非水泥用量越多越好,水泥用量過高,易帶來混凝土的水化熱高和收縮大等問題，引起混凝土收縮和開裂，影響混凝土 工程的質量

14、及使用壽命。因此，科學合理的混凝土配合比應是在保障 混凝土強度及其相關性能的基礎上盡量少用水泥，這既是為節(jié)能減排 做貢獻，也是為保障混凝土的工程質量，特別是隨著高強、高性能混 凝土的需求量越來越大時，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，絕不能簡單的以在混凝土配合比設計中摻用粉煤灰判定 “欺詐” 。這是我們執(zhí)法部門需要認清楚的。 “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，預拌混凝土產品是一種半成品，影響該產品質量的因 素取決于原材料、配合比設計以及攪拌、運輸、泵送等條件。執(zhí)法部 門判定預拌混凝土是否滿足施

15、工和設計要求，應以混凝土的和易性、 強度以及相關要求性能指標的檢驗結果為依據(jù)。 事實上，混凝土配合比設計應是預拌混凝土企業(yè)的核心技術，是 應該保密的，特別是在目前市場競爭比較激烈的情況下，混凝土配合 比的設計更是預拌混凝土企業(yè)的核心技術。 誰能夠在保障客戶要求混 凝土質量的同時降低水泥用量、改善混凝土的性能、誰就擁有競爭優(yōu) 勢！ 試想某年產 50 萬立方的預拌混凝土企業(yè)，如其質量管理水平較 高、則可降低混凝土配合比設計時的均方差 ，避免水泥浪費，在篩 分工藝上調整混凝土砂、 石原材料的級配， 增加砂、 石集料的密實度， 降低空隙率，再采用混凝土配合比優(yōu)化設計（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 萬元。反之， 6 該企業(yè)也可以低于別的企業(yè) 10 元的單方報價進入市場競爭?？梢姡?混凝土配合比設計實在是企業(yè)的核心技術， 是企業(yè)參與市場競爭和耐 以生存的關鍵技術，是應該保密的。 五、混凝土配合比設計的動態(tài)性 業(yè)內專家、技術人員都知道混凝土配合比設計是動態(tài)的，沒有一 層不變的混凝土配合比，也沒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態(tài)的，正如一句諺語所說“天下沒有完全一 樣的兩粒砂子！，每車混凝土的砂、石原料都在發(fā)生變化，其級配、 ” 粗細、粒形、含泥量、含水率等

17、都在變化。預拌混凝土企業(yè)根據(jù)砂、 石原料變化的動態(tài)信息適時調整混凝土配合比是必須的， 也是為了保 證混凝土的質量；即使水泥標號、砂、石骨料不變化，澆注混凝土時 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 土配合比使用過程中， 必須根據(jù)氣候和輸送距離的變化及時考慮和調 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量。 GB50164-2011混凝土質量控制標準的 4 條“混凝土配合比控 制”的 4.0.4 條明確說明： “在混凝土配合比使用過程中，應根據(jù)混 凝土質量的動態(tài)信息及時調整” 。第 4.0.4 條文說明： “在混凝土配合 比使用過程

18、中，現(xiàn)場會出現(xiàn)各種情況，需要對混凝土配合比進行適當 調整，比如因氣候或施工情況變化可能影響混凝土質量，則需要適當 調整混凝土配合比” 。 工程界沒有一層不變的混凝土配合比！只有根據(jù)原料、氣候等的 動態(tài)信息及時調整混凝土配合比，才是科學和合理的，也只有這樣， 才能真正確實有效的保證混凝土質量。 因此，從混凝土配合比調整的必要性來看，執(zhí)法部門以所謂“陰 7 陽混凝土配合比”判定預拌混凝土企業(yè)為“欺詐”也是不恰當?shù)?。?zhí) 法部門應以預拌混凝土企業(yè)提供的混凝土和易性、 強度以及相關要求 性能指標是否滿足施工和設計要求來判定混凝土質量是否合格、 是否 滿足工程質量驗收技術要求。 為了加強工程質量的監(jiān)督管理， 建議由預拌混凝土企業(yè)提供所澆 注的混凝土參考配合比及工程要求技術指標 （如強度等級、 抗?jié)B要求、 抗凍要求）給相關管理監(jiān)督部門存檔以備核查。執(zhí)法部門則以檢查預 拌混凝土企業(yè)生產的混凝土和易性、 強度以及相關要求性能指標是否 滿足施工和設計要求來監(jiān)督管理混凝土質量，從而保障工程質量。 六、結語 混凝土材料的生產和使用在為現(xiàn)代文明做出巨大貢獻的同時， 每 年也要消耗掉大量的自然資源和能源。 我們希冀預拌混凝土企業(yè)在混 凝土配合比設計中在保證混凝