歲末，由中國混凝土與水泥制品協(xié)會組織的“低碳混凝土”大家談活動，吸引了眾多業(yè)內(nèi)專家、學者、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。近日，協(xié)會行業(yè)宣傳部采訪了清華大學教授覃維祖。以下是采訪內(nèi)容，從中我們可以看出覃教授對“低碳混凝土”的深度理解與思考。

覃維祖：發(fā)展“低碳混凝土”勢在必行迫在眉睫

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。特別要強調(diào)的是，要充分認識發(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、迫切性的認識提高到關(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)。對這個問題，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。為什么吳中偉先生要強調(diào)這個問題，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是當前最有效的途徑，用大量工業(yè)廢渣作為活性細摻料代替大量熟料，最多可達60％～80％，在GHPC中不是熟料水泥，而是磨細礦渣和粉煤灰、硅灰等，或它們的復合，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：我認為，目前業(yè)內(nèi)對“低碳混凝土”的認知水準，遠遠沒有達到吳中偉先生那時擔憂的程度。因此，對當下我國“低碳混凝土”的發(fā)展現(xiàn)狀不能樂觀。我們的“低碳混凝土”從理念到實踐到技術(shù)都滯后，與歐美國家，尤其是歐洲幾個工業(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81%-95%！而歐洲現(xiàn)代混凝土結(jié)構(gòu)中90%的水泥都是用復合水泥。

 記者問：您認為發(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)合自己近半個世紀的工作實踐和思考，我逐漸認識到：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性能的關(guān)鍵。上個世紀七八十年代，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)嶒炛行模↙CPC）訪問進修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。在參觀其位于法國西部的實驗場時，一眼望去到處都是皮帶機，當時不明白這是在研究什么呢？多年后才醒悟過來：原來他們當時是在進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)品的粒形和分級更合理，依據(jù)研究結(jié)果來編制標準，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年乘著到加拿大開會前的時機，我到位于渥太華的一個建筑材料實驗室參觀，看到了他們對砂石骨料進行預處理，級配嚴格，非常到位，顯然這對于骨料資源從大小顆粒直到微細粉末，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，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，要運用整體論科學思想。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、大水灰比低強度向摻加多種工業(yè)副產(chǎn)品轉(zhuǎn)變；同時，水泥生產(chǎn)和運輸技術(shù)也在迅速地發(fā)展，活性高、粉磨細度大、散裝運送的方式應(yīng)運而生以低水膠比、高早強與高強混凝土配制、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，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。通過翻閱國外文獻得知：當今影響混凝土結(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)德國慕尼黑大學教授Springenschmid率領(lǐng)多位研究生歷時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)耐久性危機的主因。而低碳混凝土正是針對當今水泥活性高、粉磨細度大，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性能指標的目標。另外一個突出的例子，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于300千克水泥所占體積）。我自1993年到清華大學任教，曾承擔“九五”期間的攻關(guān)項目。通過實驗研究，在石子二級配（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)用級配和粒形良好的砂石骨料減小空隙率，同時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)著整個市場，粒形差、針片狀顆粒多、含泥量高的砂石遍布全國。其實依我看，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，看到實驗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，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，購進了反擊破等先進的加工設(shè)備，通過客戶較高的支付獲得了補償。但是這只是個別實例，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)級配”石子在到處泛濫，其實里面5~10mm這個關(guān)鍵粒徑范圍的顆粒幾乎空缺（因為它起著填充大石子之間空隙的重要作用，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良好契機。我們要知道，機制砂與天然砂是兩種材料，應(yīng)用過程中，不能將機制砂與河砂簡單地進行置換。因為機制砂棱角多、表面粗糙，需要用良好的石子級配去減小空隙率，用更多的漿體去潤滑和填充。所以在改善石子級配的同時，增大粉煤灰或其他摻合料用量并適當增加含氣量，同時減少水化快、親水性強的水泥用量，是用好機制砂配制混凝土的“訣竅”。當然，提高機制砂的品質(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道理，需要遵循優(yōu)勝劣汰的規(guī)律，要“堤內(nèi)損失堤外補”，獲得一個整體的、綜合的優(yōu)良效果。

其實，現(xiàn)今我們身邊就有發(fā)展“低碳混凝土”的非常先進的榜樣——重慶大業(yè)集團，他們自2004年建站起就自行生產(chǎn)機制砂石，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，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)溫度裂縫的擔憂。我們應(yīng)該大力宣傳這樣的低碳混凝土實踐典范。

采訪結(jié)束時，覃教授強調(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“低碳混凝土”獲得長足地發(fā)展。