新加坡礦渣高性能混凝土應(yīng)用技術(shù)考察紀(jì)實(shí)

  混凝土發(fā)展的方向：低碳綠色

  ——新加坡礦渣高性能混凝土應(yīng)用技術(shù)考察紀(jì)實(shí)

  在全球節(jié)能、降耗、減排的大趨勢(shì)下,“低碳與環(huán)境友好、資源合理利用、節(jié)能減排利廢”是混凝土行業(yè)的發(fā)展方向。我國(guó)兩部委聯(lián)合發(fā)文在建筑工程中推廣高性能混凝土，同時(shí)也對(duì)提高建筑工程質(zhì)量、降低全壽命周期綜合成本提出了更高的要求。作為混凝土礦物摻和料的主力軍——磨細(xì)礦渣粉（GGBS），已成為現(xiàn)代混凝土重要組成部分，而且也是混凝土高性能化不可或缺的一種原材料。與其他礦物摻和料相比，礦渣粉不但能改善混凝土拌和物的工作性、硬化混凝土的耐久性，而且具有高活性、勻質(zhì)性好、質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)能耗低等特點(diǎn)，是世界公認(rèn)的低碳、綠色的建材產(chǎn)品。近年來(lái)，大摻量礦渣粉配制高性能混凝土的應(yīng)用技術(shù)在新加坡得到了普遍應(yīng)用，前景看好。

  新加坡考察專家組成員合影

  為深入交流礦渣粉配制高性能混凝土應(yīng)用技術(shù)、高性能混凝土質(zhì)量控制方法及施工工藝、混凝土綠色生產(chǎn)與管理技術(shù)與理念，由中國(guó)混凝土與水泥制品協(xié)會(huì)礦渣混凝土功能材料分會(huì)組織的考察團(tuán)，日前赴新加坡進(jìn)行了訪問與交流?？疾靾F(tuán)由來(lái)自中冶建筑研究院、中建材合肥粉體技術(shù)研究院、江蘇淮龍新型建材有限公司、唐山行龍建材、唐山龍昂貿(mào)易、香港嘉華建材集團(tuán)、德國(guó)萊歇研磨機(jī)制造（上海）有限公司等企業(yè)的 14人組成，考察期間訪問了新加坡昂國(guó)企業(yè)有限公司（昂國(guó)集團(tuán)），參觀考察了新加坡礦渣粉應(yīng)用典型工程項(xiàng)目，并與美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)新加坡分會(huì)（American Concrete Institute Singapore Chapter）相關(guān)專家進(jìn)行了技術(shù)交流。

  大摻量礦渣粉混凝土在建筑工程中普遍應(yīng)用

  在全球節(jié)能、降耗、減排的大趨勢(shì)下,“低碳與環(huán)境友好、資源合理利用、節(jié)能減排利廢”是混凝土行業(yè)的發(fā)展方向。我國(guó)兩部委聯(lián)合發(fā)文在建筑工程中推廣高性能混凝土，同時(shí)也對(duì)提高建筑工程質(zhì)量、降低全壽命周期綜合成本提出了更高的要求。

  作為混凝土礦物摻和料的主力軍——磨細(xì)礦渣粉（GGBS），已成為現(xiàn)代混凝土重要組成部分，而且也是混凝土高性能化不可或缺的一種原材料。與其他礦物摻和料相比，礦渣粉不但能改善混凝土拌和物的工作性、硬化混凝土的耐久性，而且具有高活性、勻質(zhì)性好、質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)能耗低等特點(diǎn)，是世界公認(rèn)的低碳、綠色的建材產(chǎn)品。

  近十幾年來(lái)，中國(guó)礦渣粉行業(yè)發(fā)展十分迅速，規(guī)模不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)企業(yè)和相關(guān)從業(yè)者數(shù)量與日俱增，礦渣粉行業(yè)在中國(guó)建筑材料領(lǐng)域已占有舉足輕重的地位。截至2013年12月，國(guó)內(nèi)立磨生產(chǎn)線已達(dá)224條，建成的立磨礦渣粉產(chǎn)能達(dá)到1.34億噸；預(yù)計(jì)立磨生產(chǎn)線將達(dá)401條，立磨礦粉產(chǎn)能將高達(dá)2.3億噸，年平均增長(zhǎng)將超過(guò)20%。立磨優(yōu)質(zhì)礦粉市場(chǎng)日趨成熟，其性能和價(jià)值受到廣泛認(rèn)可。

  雖然我國(guó)礦渣粉的生產(chǎn)量已躍居世界之首，但混凝土業(yè)界卻大多沒有深刻認(rèn)識(shí)到它的功能性，仍把優(yōu)質(zhì)礦渣粉當(dāng)成一種便宜的水泥替代品，平均使用量還不足膠凝材料的10%。加之低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)及行業(yè)中的一些不規(guī)范的經(jīng)營(yíng)行為，已嚴(yán)重制約了礦渣粉行業(yè)的健康發(fā)展。

  因資源短缺的限制及為滿足海洋工程的耐久性需要，大摻量礦渣粉配制高性能混凝土的應(yīng)用技術(shù)在新加坡建筑工程中得到了普遍應(yīng)用，并取得了良好效果。在有控制溫升要求或耐久性要求較高的工程中，配制混凝土?xí)r，礦渣粉甚至占膠凝材料總量的75%以上。

  礦渣粉成綠色混凝土必需元素

  在新加坡昂國(guó)集團(tuán)水泥廠和中心實(shí)驗(yàn)室，考察團(tuán)與昂國(guó)集團(tuán)技術(shù)團(tuán)隊(duì)交流了建筑可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)。據(jù)昂國(guó)集團(tuán)陳恩義博士介紹，新加坡昂國(guó)企業(yè)有限公司（昂國(guó)集團(tuán)），前身為“雙龍洋灰有限公司”，1973年成立，1983年在新加坡證交所主板上市，2005年2月17日正式更名為昂國(guó)企業(yè)有限公司?？偛课挥谛录悠?，業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)橫跨亞洲、美洲和非洲。昂國(guó)集團(tuán)兩大核心業(yè)務(wù)為建筑材料和工程塑料，輔助業(yè)務(wù)為高科技與創(chuàng)業(yè)基金投資及高檔房地產(chǎn)開發(fā)。1997年，昂國(guó)公司在新加坡生產(chǎn)比表面積500m2/kg礦渣粉，開發(fā)成功礦渣粉含量65%~75%的高性能大摻量礦渣水泥，并廣泛用于有低水化熱和高耐久性要求的大型混凝土基礎(chǔ)工程；2003年，集團(tuán)將礦渣粉生產(chǎn)業(yè)務(wù)重點(diǎn)移入中國(guó)大陸，現(xiàn)與唐鋼、濟(jì)鋼、淮鋼、武鋼及青鋼組成合資公司，建成礦渣粉產(chǎn)能達(dá)到1000萬(wàn)噸以上的生產(chǎn)線，產(chǎn)能及產(chǎn)量躍居全國(guó)第二位。在推廣應(yīng)用礦渣粉的過(guò)程中，昂國(guó)集團(tuán)首先完成了礦渣粉各項(xiàng)物理性能的改善與優(yōu)化，2008年以后，著力開發(fā)礦渣粉的綠色、低碳及可持續(xù)發(fā)展的應(yīng)用與認(rèn)證，把礦渣粉打造成為綠色建筑首選的建材產(chǎn)品。在新加坡，昂國(guó)集團(tuán)與礦渣粉相關(guān)的代表產(chǎn)品有比表面積超過(guò)800m2/kg的超細(xì)礦渣粉、比表面積超過(guò)450m2/kg的普通礦渣粉及礦渣粉含量20%～83%的系列礦渣水泥。另外，以超細(xì)礦渣粉為主開發(fā)的超細(xì)水泥主要應(yīng)用于土壤改良與基礎(chǔ)灌漿工程。昂國(guó)公司對(duì)旗下中國(guó)大陸每家生產(chǎn)廠的礦渣粉都作了碳排放（碳足跡）認(rèn)證。

  新加坡沒有像粉煤灰一樣的火山灰質(zhì)摻和料的資源，為滿足工程低水化熱及抗化學(xué)腐蝕等要求，在依據(jù)工程耐久性要求的工程中均使用礦渣粉及少量的硅灰作為摻和料。新加坡大部分工程設(shè)計(jì)壽命為100年以上，很多工程的礦渣粉摻量在65%～75%，以降低大體積混凝土的水化熱及提高混凝土的抗化學(xué)腐蝕能力，比如：大型污水處理系統(tǒng)（Deep Tunnel Sewerage System）、濱海灣高速公路（Marina Coastal Expressway）、濱海灣金沙娛樂城（Marina Sands）等。另外，礦渣粉作為綠色混凝土所必需的元素，用于潔凈科技園（CleanTech Park）等項(xiàng)目，其主要作用之一是減少整個(gè)工程的碳排放。

  昂國(guó)集團(tuán)知識(shí)管理部余晶介紹了昂國(guó)推廣綠色建筑與可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)。2007年昂國(guó)集團(tuán)獲得了新加坡首家綠色環(huán)境理事會(huì)頒發(fā)的綠色標(biāo)簽產(chǎn)品，開始綠色行動(dòng)計(jì)劃；2008年開創(chuàng)綠色混凝土產(chǎn)品即降低混凝土的碳排放量。昂國(guó)集團(tuán)作為新加坡首家獲得碳足跡測(cè)算報(bào)告的企業(yè)，2011年對(duì)中國(guó)大陸合資公司的礦渣粉作了碳排放的計(jì)算，2013年與武漢鋼鐵廠合作，建立了中國(guó)大陸第一個(gè)碳中和試驗(yàn)大樓，并在新加坡做碳排放的評(píng)估。通過(guò)碳足跡的計(jì)算可以得出礦渣粉是低碳產(chǎn)品，生產(chǎn)1噸硅酸鹽水泥排放850kg ～900kg二氧化碳，生產(chǎn)1噸低碳礦渣粉排放100kg左右二氧化碳，使用礦渣粉代替硅酸鹽水泥可以減少90%二氧化碳排放。新加坡將在2030年要求80%以上的建筑達(dá)到綠色建筑評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，政府鼓勵(lì)開發(fā)商做綠色建筑，使用計(jì)算碳足跡的建材產(chǎn)品包括礦渣粉將得到加分。昂國(guó)集團(tuán)在新加坡推廣礦渣粉應(yīng)用過(guò)程中，已從一個(gè)材料供應(yīng)商的角色轉(zhuǎn)變成推廣綠色建筑理念的技術(shù)支持企業(yè)，成為綠色建材的引領(lǐng)者。在整個(gè)銷售過(guò)程中，集團(tuán)知識(shí)管理部、銷售部及生產(chǎn)管理部為客戶宣傳綠色建筑及綠色建材的理念。同時(shí)余晶還介紹碳足跡計(jì)算的流程。

  考察團(tuán)參觀了昂國(guó)集團(tuán)裕廊島水泥中轉(zhuǎn)站、中心實(shí)驗(yàn)室、淡濱尼混凝土攪拌站，并實(shí)地考察了使用大摻量礦渣粉的綠色建筑工程。

  大摻量礦渣粉混凝土應(yīng)用前景看好

  在新加坡理工學(xué)院，考察團(tuán)參加了礦渣粉分會(huì)與美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)新加坡分會(huì)（ACI Singapore Chapter）共同組織的低碳及高性能混凝土技術(shù)發(fā)展交流論壇。美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)新加坡分會(huì)副會(huì)長(zhǎng)、董事江加標(biāo)介紹了新加坡分會(huì)的基本情況。分會(huì)成立于1985年，基本宗旨為推廣混凝土知識(shí)及混凝土應(yīng)用技術(shù)，主要業(yè)務(wù)有現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)員的認(rèn)證與培訓(xùn)；ASTM標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)員培訓(xùn)及混凝土質(zhì)量認(rèn)證體系的培訓(xùn)；不定期舉辦技術(shù)研討會(huì)并設(shè)立建材方面的獎(jiǎng)學(xué)金，從而吸引年青學(xué)生投入建材領(lǐng)域工作。

  分會(huì)會(huì)長(zhǎng)、董事陸金平作了《低碳混凝土設(shè)計(jì)及應(yīng)用》的報(bào)告，他認(rèn)為混凝土的耐久性與節(jié)能減排、節(jié)約資源有著密不可分的關(guān)系。高性能、高耐久的混凝土材料能減少材料用量，減少水泥用量，增加使用壽命。預(yù)拌混凝土要真正實(shí)現(xiàn)低碳的目標(biāo)，必須從項(xiàng)目設(shè)計(jì)開始，盡量用高性能混凝土取代普通混凝土，盡量使用礦物摻和料代替水泥，盡量使用再生骨料代替天然骨料并利用好外加劑；根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，提出適合項(xiàng)目的高耐久及高性能混凝土的質(zhì)量要求，以免過(guò)度設(shè)計(jì)。他還講解了耐久低碳混凝土的設(shè)計(jì)步驟。

  島嶼及三合土混凝土公司高級(jí)技術(shù)經(jīng)理林成發(fā)作了《礦渣粉在新加坡高性能混凝土中的應(yīng)用》的報(bào)告，主要介紹了摻加65%以上礦渣粉配制混凝土的經(jīng)驗(yàn)。他說(shuō)，在新加坡地鐵工程的基礎(chǔ)及隧道中基本要使用大摻量礦渣粉配制混凝土，其中濱海高速隧道項(xiàng)目90%混凝土使用了大摻量礦渣粉混凝土。近15年來(lái)，大摻量礦渣粉混凝土配制技術(shù)獲得突飛猛進(jìn)的發(fā)展，使用60%礦渣粉與7%硅灰復(fù)合配制高強(qiáng)、高性能混凝土目前已在工程中大量使用，大摻量礦渣粉配制的混凝土長(zhǎng)期強(qiáng)度均超過(guò)只使用硅酸鹽配制的混凝土強(qiáng)度。在新加坡，當(dāng)前正在推廣自密實(shí)混凝土，基本以摻加礦渣粉配合外加劑作為核心技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

  中國(guó)混凝土與水泥制品協(xié)會(huì)礦渣粉分會(huì)秘書長(zhǎng)韓小華在《分享、交流、合作》的報(bào)告中介紹了分會(huì)成立的目的與意義。分會(huì)成立后，作為會(huì)員之間、會(huì)員與混凝土行業(yè)的交流平臺(tái)，完成礦渣粉生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù)論壇、礦渣粉分會(huì)首屆專家委員會(huì)工作會(huì)議、機(jī)制砂與石粉應(yīng)用技術(shù)萬(wàn)里行和第六屆全國(guó)混凝土設(shè)計(jì)大賽等交流活動(dòng)。今年分會(huì)還將計(jì)劃組織第二屆礦渣粉生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù)論壇及礦渣粉生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù)全國(guó)巡講活動(dòng)，還將參與行業(yè)及協(xié)會(huì)礦渣粉相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的編制工作。

  中國(guó)混凝土與水泥制品協(xié)會(huì)礦渣粉分會(huì)專家委員趙筠在《中國(guó)混凝土技術(shù)與生產(chǎn)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)》的報(bào)告中，介紹了混凝土的行業(yè)現(xiàn)狀與特點(diǎn)、面臨的挑戰(zhàn)及未來(lái)的發(fā)展方向。2014年中國(guó)水泥產(chǎn)量達(dá)24億噸，人均混凝土消耗量1.6立方米，總產(chǎn)值超過(guò)萬(wàn)億元。中國(guó)大陸預(yù)拌混凝土行業(yè)產(chǎn)能嚴(yán)重過(guò)剩，分散度高，結(jié)構(gòu)混凝土用量應(yīng)超過(guò)25億立方米?；炷良夹g(shù)取得的很大進(jìn)步主要體現(xiàn)在礦渣粉、粉煤灰等礦物摻和料及外加劑應(yīng)用技術(shù)的推廣?；炷列袠I(yè)面臨的挑戰(zhàn)來(lái)自于資源枯竭和環(huán)境保護(hù)的雙重危機(jī)，這就要求混凝土必須更多利用工業(yè)廢料或替代材料，如使用工業(yè)廢棄物鋼渣和其他冶金渣、尾礦等作為礦物摻和料；使用低活性礦物摻和料替代部分水泥；使用機(jī)制砂替代天然砂；將建筑垃圾循環(huán)使用。

  趙筠認(rèn)為，未來(lái)高性能混凝土將得到普遍應(yīng)用，C35及以上強(qiáng)度等級(jí)的混凝土占預(yù)拌混凝土總量的50%以上；在超高層建筑和大跨度結(jié)構(gòu)及預(yù)制混凝土構(gòu)件、預(yù)應(yīng)力混凝土、鋼管混凝土中， C60及以上強(qiáng)度等級(jí)混凝土將得到進(jìn)一步推廣應(yīng)用；在基礎(chǔ)底板等采用大體積混凝土的部位中，大摻量摻和料混凝土也將進(jìn)一步推廣，以提高資源綜合利用水平。

  通過(guò)本次交流活動(dòng)，考察團(tuán)成員了解到，新加坡在推廣礦渣粉應(yīng)用技術(shù)時(shí)更看重其能夠改善混凝土的功能性，特別是降低混凝土水化熱、提高混凝土耐化學(xué)腐蝕性等，尤其是對(duì)礦渣粉的碳足跡進(jìn)行計(jì)算評(píng)估，使用礦渣粉比只使用硅酸鹽水泥配制的混凝土價(jià)格更高，充分體現(xiàn)了礦渣粉的功能性。目前國(guó)內(nèi)大摻量礦渣粉應(yīng)用技術(shù)受到標(biāo)準(zhǔn)與理念的限制，應(yīng)該借鑒新加坡的推廣理念，針對(duì)客戶的需求做更多的技術(shù)及理念上的支持，轉(zhuǎn)變使用者及行業(yè)監(jiān)管部門對(duì)礦渣粉的認(rèn)識(shí)，從而促使礦渣粉行業(yè)健康發(fā)展。