混凝土與水泥制品行業(yè)轉(zhuǎn)型方向的思考

  中國混凝土與水泥制品行業(yè)是國家建筑工程和土木工程建設(shè)的重要支撐產(chǎn)業(yè)，是建材行業(yè)最大的材料產(chǎn)業(yè)，是一個不斷創(chuàng)新發(fā)展、做大做強的產(chǎn)業(yè)。

  在深化改革語境下的創(chuàng)新發(fā)展、創(chuàng)新驅(qū)動語境下的轉(zhuǎn)型升級、生態(tài)保護語境下的綠色發(fā)展的大氣候下，混凝土與水泥制品行業(yè)在通過創(chuàng)新發(fā)展促進轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)低碳高效的綠色發(fā)展方面，是大有可為的。但目前也有一部分扛著“綠色發(fā)展”大旗的一些做法值得反思。

  下面，從幾個方面談?wù)勎业膸c看法：

  一、應(yīng)該從全局的視角來思考混凝土與水泥制品行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的問題

  混凝土與水泥制品行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級不能僅僅著眼于自己的生產(chǎn)制造業(yè)，必須應(yīng)該從國家全局的視角來思考，特別是要從混凝土與水泥制品的應(yīng)用領(lǐng)域或可能應(yīng)用的領(lǐng)域著眼，例如，海洋工程領(lǐng)域如何能夠更多使用大型混凝土預制構(gòu)件來替代容易銹蝕的鋼結(jié)構(gòu)件、來替代操作困難的現(xiàn)澆混凝土；交通工程領(lǐng)域如何能夠在樁基工程中以預制樁更多地替換現(xiàn)場施工的灌注樁，以降低污染環(huán)境和浪費材料，提高工程質(zhì)量的可控性。

  只有以關(guān)聯(lián)行業(yè)（或有可能成為關(guān)聯(lián)行業(yè)）的要求，作為我們混凝土與水泥制品行業(yè)的創(chuàng)新與轉(zhuǎn)型的動力，我們行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級才大有可為。要研究國家發(fā)展戰(zhàn)略對各行業(yè)的發(fā)展要求可能給我們混凝土與水泥制品行業(yè)帶來的轉(zhuǎn)型升級、創(chuàng)新發(fā)展的機遇。

  二、創(chuàng)新與轉(zhuǎn)型必須朝向低碳高效的綠色發(fā)展方向，杜絕偽創(chuàng)新開倒車

  混凝土與水泥制品行業(yè)創(chuàng)新與轉(zhuǎn)型必須朝向低碳高效的綠色發(fā)展方向，切實做好創(chuàng)新的評估分析和鑒別，杜絕偽創(chuàng)新開倒車。

  干粉砂漿曾經(jīng)被認為是綠色創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)，但對面廣量大的建筑砂漿（砌筑/抹灰）而言，制作干粉砂漿時，先要花費大量的熱能將砂子烘干，在消耗大量能源費用的同時產(chǎn)生大量碳排放；到建筑工地后，仍然需要加水攪拌或機噴，不可避免地產(chǎn)生大量粉塵污染，因此環(huán)保問題依舊；從干粉砂漿工廠到工地的運輸途中，由于機械振動等原因，干拌好的干粉砂漿因為砂與水泥等粉料的容重不一致，必然發(fā)生分層，導致現(xiàn)場使用時砂漿質(zhì)量問題。因此，應(yīng)大力推廣使用預拌砂漿，與預拌混凝土一樣供應(yīng)工地。

  三、行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級需要主角和高校/研究院的有機配合

  大家都知道，科技創(chuàng)新的主體是企業(yè)，因此企業(yè)是主角，包含我在內(nèi)的高校學者是配角。近幾十年高校開展的科研項目非常多、花費的經(jīng)費也非常巨大，但管用的成果寥寥（全國兩會分組討論有很多委員認為95%的成果和論文是垃圾），糾其原因主要是：脫離實際。只有年輕的航天工程（導彈）團隊科研成績斐然。非正規(guī)軍的成果也不錯，“三無”學者拿到了諾貝爾獎。

  中國科技創(chuàng)新的主體表現(xiàn)最好的是華為集 團（沒有上市圈錢），其科研團隊有7.6萬人，在全球設(shè)了16家研發(fā)中心，2014投入研發(fā)經(jīng)費408億元（比A股154家化工+166家機械設(shè)備+14家機床業(yè)+67家醫(yī)藥近400家企業(yè)的總和還要多幾十億，也比臺灣最牛的五大科技企業(yè)的研發(fā)經(jīng)費總和多12億美元），占當年銷售收入的14.2%?；貓笠彩秦S厚的：2014年獲專利授權(quán)38825件（90%以上是發(fā)明專利），銷售收入2882億元、納稅337億，均超過中國互聯(lián)網(wǎng)3巨頭（百度、阿里、騰訊）BAT的總和。

  現(xiàn)在多數(shù)企業(yè)在充當科技創(chuàng)新主體方面，表現(xiàn)不佳，主要是人才缺乏、投入不足，而高校在科研選題方面往往又脫離實際，所以中國只能“制造”，很少“創(chuàng)造”。只有企業(yè)加大研發(fā)投入、提出創(chuàng)新目標要求，和高校/研究院的人才/實驗設(shè)備優(yōu)勢有機配合、共同科研攻關(guān)，才有可能研發(fā)出實用、創(chuàng)新的成果，為企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級、社會的發(fā)展進步共同作出貢獻！

  希望我們中國混凝土與水泥制品協(xié)會預制混凝土樁分會，能夠成為校企聯(lián)合、共同選題、合作研發(fā)的平臺，為促進工程材料產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級留下“功勛”痕跡。

  四、混凝土與水泥制品行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的應(yīng)該著力的幾個重點方向

  1、 “住宅產(chǎn)業(yè)化”、“交通工程構(gòu)件預制化”應(yīng)該是建設(shè)工程實現(xiàn)低碳高效綠色發(fā)展的重要途徑

  “住宅產(chǎn)業(yè)化”就是通過精密設(shè)計，將建筑物設(shè)計成由若干預制塊拼裝而成，這些預制塊交由工廠批量生產(chǎn)，經(jīng)過各環(huán)節(jié)的層層質(zhì)控檢查將預制塊拼裝而成可直接使用的建筑物。各種混凝土預制塊在工廠批量完成，原材料利用率高、質(zhì)量可控性高、粉塵污染范圍及程度小，是低碳高效綠色模式。德國、日本的“住宅產(chǎn)業(yè)化” 率已達80%，所以，中國的同行往這個方向轉(zhuǎn)型升級大有可為！

  鐵路、高速公路、橋梁工程方面，軌枕（軌道板）及部分梁已經(jīng)實現(xiàn)了預制化，但大量的樁基工程仍然以現(xiàn)場施工的灌注樁為主，嚴重污染環(huán)境、浪費材料、質(zhì)量可控性差。我們的研究分析表明：在相同原材料成本的情況下，預制樁的軸向承載力、水平承載力均大大高于灌注樁，而且質(zhì)量可控性高、環(huán)境污染小、施工速度快。因此，“交通工程構(gòu)件預制化”是可以促進混凝土與水泥制品行業(yè)轉(zhuǎn)型升級、實現(xiàn)路橋施工低碳高效綠色化的重要途徑。

  在日本、德國這兩個制造業(yè)強國，水利工程、市政工程也基本多數(shù)構(gòu)件預制化，我們也應(yīng)該向這個方向轉(zhuǎn)型升級,特別是政府重視的管廊。

  當然，“住宅產(chǎn)業(yè)化”、“交通工程構(gòu)件預制化”給混凝土與水泥制品行業(yè)轉(zhuǎn)型升級帶來的機遇能否抓住，不僅僅取決于技術(shù)創(chuàng)新，更取決于“蛋糕”的重新分配是否能夠成功，也就是原來由施工企業(yè)享用的“現(xiàn)澆”產(chǎn)值是否能夠變更為預制企業(yè)享用的“預制”產(chǎn)值。

  2、低碳節(jié)能的高性能混凝土生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)該是水泥制品行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的主要方向之一

  為了保證生產(chǎn)效率和工藝流暢，水泥制品行業(yè)基本上都需要借力蒸汽養(yǎng)護，產(chǎn)生蒸汽最經(jīng)濟的方法就是用煤鍋爐，但燃煤是產(chǎn)生三氧化硫、氮氧化物及微細粉塵等PM2.5污染物的主要原因。在通過減少工業(yè)化生產(chǎn)時的燃料消耗來治理大氣污染的大背景下，從限制到禁止企業(yè)運行小型燃煤鍋爐（35t及其以下）勢在必行，因此探索、研究、推廣免蒸壓混凝土配制技術(shù)是水泥制品行業(yè)內(nèi)部主動轉(zhuǎn)型升級的主要方向之一。

  我們從2010年就開始了相關(guān)研究，雖然能夠達到C80及以上強度等級的要求，但由于要采用其它摻合料使成本增加太大，產(chǎn)品在經(jīng)濟上沒有市場競爭力。隨著外加劑技術(shù)的進展，我們近一年來的研究取得了有市場競爭力的、實用的不使用摻合料的免蒸壓混凝土配方。經(jīng)過對多個外加劑廠家提供的多個品種試配遴選后，只有海歸專家技術(shù)領(lǐng)銜的紅墻的產(chǎn)品能夠滿足要求。

  上表中的數(shù)據(jù)為振動成型的立方塊試件數(shù)據(jù)。如果采用離心成型工藝混凝土強度一般可以再提高5%以上。

  從表中數(shù)據(jù)可以知道：廣東地區(qū)只有每年的4～11月的8個月適合采用“雙免”工藝，每年的12月～次年的3月四個月可以采用“單免”工藝。生產(chǎn)場地（堆場）要3天以上生產(chǎn)量的堆放周轉(zhuǎn)，鋼模配備也比傳統(tǒng)工藝多些。

  單單從混凝土原材料來看，“雙免”工藝比傳統(tǒng)“雙蒸”工藝高。如果考慮節(jié)省的燃料費用和“雙蒸”工藝的電力費用、人工工資支出差額，則“雙免”工藝比傳統(tǒng)“雙蒸”工藝可以節(jié)省成本7.59元/m3混凝土，而且完全滿足了環(huán)保要求。下表是成本分析對照表。

  3、引孔植樁--樁基施工的發(fā)展方向

  在日本預制樁的施工方法基本上都是引孔植樁。引孔植樁的設(shè)備由引孔鉆機和靜壓樁機兩部分組成。引孔的方式有：孔的直徑大于等于樁的直徑--需要注漿保障樁側(cè)外表面的摩擦承載力；孔的直徑小于樁的直徑-保留一定的擠土效應(yīng)以保障樁側(cè)外表面的摩擦承載力。

  廣州市從化市環(huán)市西路與迎賓路交叉口西南側(cè)3棟23層的商住樓（地下室2層），23層101m高的湛江海洋大學住宅綜合樓（地下室1層）就是兩種引孔植樁的典型成功案例。國內(nèi)采用引孔植樁施工方法的工地在逐漸增多，但采用的動機主要是為了避免擠土效應(yīng)對臨近建筑物或同一工程臨樁的負面影響。

  實際上，預制樁的引孔植樁施工方法除了避免擠土效應(yīng)的負面影響外，其對提高植樁完成后的樁力學性能和耐久性能意義更大。一般錘擊施工會導致樁身承載力下降15%左右，保護層微裂縫遍布。

  此外, 引孔植樁施工方法，還能夠使一些原來不能打樁的地質(zhì)能夠采用預制鋼筋混凝土管樁。

  所以，我們應(yīng)該大力促進引孔植樁施工方法，特別對于有耐久性要求的工程。

  4、自動化工藝的研發(fā)和推廣，是水泥制品行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的主要突破口

  水泥制品行業(yè)屬于勞動強度大、噪音和粉塵污染嚴重的苦、累產(chǎn)業(yè)，招工難，留人更難。近年行業(yè)各企業(yè)也著力進行自動化工藝的研發(fā)和推廣，在切、鐓一體（編籠尚不能融入一體）化，各工段自動掛鉤，養(yǎng)護控制智能化等方面取得了很大進展和應(yīng)用普及。但在自動喂料、自動合模（或先合模后喂料）、自動拆模等關(guān)鍵工序方面進展不大，效果不完美，與日本的差距很大。

  5、探索海砂的安全使用途徑，是解決和砂資源枯竭的重要替代方法

  由于河砂資緊缺，許多工程在偷偷地使用海洗砂，放言：用淡水洗過的海砂是符合氯離子濃度限額標準的，粗看看各家的化驗結(jié)果確實如此。我們對海洗砂取樣后立即進行化驗的結(jié)果是：氯離子濃度是0.008%，符合0.01%的限額要求，但磨細到接近水泥細度的同批海洗砂的氯離子濃度是0.026%，嚴重超標了！說明海洗砂孔隙內(nèi)部的氯離子是不容易被洗走的，所謂“安全的工程”是不安全的。

  我們公司年輕科技人員正在做這方面的系統(tǒng)研究，探索氯離子滲出達到濃度平衡時的實際值。另有課題組在探索高堿度環(huán)境保護鋼筋不被氯離子促銹的機理及實用技術(shù)研究。

  高堿度環(huán)境保護鋼筋不被氯離子促銹的實用技術(shù)研究，將可以使海砂在鋼筋混凝土工程中安全使用。

  6、全面提高結(jié)構(gòu)工程的混凝土設(shè)計標號，能夠顯著促進建設(shè)工程的低碳高效

  隨著外加劑技術(shù)的發(fā)展，中國混凝土攪拌站配制、供應(yīng)C50～C60混凝土已經(jīng)屬于非常平常的業(yè)務(wù)，廣東的一些混凝土攪拌站已經(jīng)實際配制、供應(yīng)過C80～C90混凝土。

  但打開多數(shù)建筑的施工圖紙，設(shè)計要求的混凝土大多是C25～C40級別。而C50～C60混凝土的生產(chǎn)成本只比C25～C40混凝土高20～40元/m3，但承載能力要高50～100%，同樣設(shè)計荷載的情況下，可以大幅度減小截面積、降低構(gòu)件自重、減少原材料用量、提高構(gòu)件的耐久性，顯著促進建設(shè)工程的低碳高效。

  7、在海洋工程、污水工程中大力推廣應(yīng)用堿-礦碴膠凝材料，可大幅度降低工程腐蝕損失

  堿-礦碴膠凝材料的耐海水腐蝕能力卓著！鋼筋在PH大于12的環(huán)境中是不銹蝕的，而配比合適的堿-礦渣混凝土能夠為其內(nèi)部的鋼筋提供這樣的堿度環(huán)境，而且靠堿金屬提高的堿度不會導致硫酸鹽腐蝕問題，所以美加及烏克蘭專家普遍推廣高堿度防腐（海水）法。

  8、開發(fā)萬噸級混凝土攪拌泵送船是我國島礁建設(shè)、海洋開發(fā)的重要助力器

  島礁遠離大陸，缺乏工程設(shè)備的立足之地。如果能夠開發(fā)制造萬噸級混凝土攪拌泵送船，而且?guī)в形捌剖δ?，帶有足夠的高堿防海水腐蝕的膠凝材料，具備大功率長距離泵送能力，那么島礁建設(shè)工程就能更加高效地進行。

  9、開發(fā)海上“漂浮建筑”（耐腐蝕平底水泥“船”）可以幫助我國在南海小型礁、沙維護主權(quán)的低成本有效手段之一。

  建設(shè)大型島礁成本巨大，不可能南海普遍建設(shè)（只能在關(guān)鍵節(jié)點建設(shè)）。廣闊的海域需要這種造價幾百萬級別（可供十幾個人值班生活）的海上漂浮建筑。這種漂浮建筑單體300多m2，防腐蝕水泥混凝土結(jié)構(gòu)，水面下分隔浮倉（填充輕質(zhì)阻燃泡沫）和儲藏層，水面上一層為生活工作層，一層頂板為雨水收集和蔬菜種植、健身鍛煉平臺。長（寬）/高≥6，確保臺風不能將其掀翻。

  10、裝配式纖維增強水泥基抗爆混凝土預制屏障的研發(fā)

  纖維的摻入，可以使混凝土的抗沖擊能力提高十幾倍，大大提高混凝土構(gòu)筑物的抗爆能力。纖維應(yīng)該選用抗高溫的（碳纖維最好但太貴無法廣泛推廣）；水泥基材料在高溫下須具備瓷性膠結(jié)作用。

  11、預填骨料式速凝混凝土道面搶修材料的研發(fā)

  2005年我與南京航空航天大學的同行做過研究，效果不錯-干料全部預拌先填，液態(tài)膠凝材料邊振邊滲入，5min硬化，60～90min可以承受戰(zhàn)斗機起飛荷載。

  12、“海綿城市”建設(shè)中混凝土與水泥制品行業(yè)轉(zhuǎn)型升級應(yīng)該充當主角

  海綿城市，就是讓城市像一塊海綿一樣呼吸，下大雨時就吸水，干旱時就把吸收的水再吐出來，以有效地防止出現(xiàn)城市內(nèi)澇和干旱。也就是將城市建設(shè)成“自然積存、自然滲透、自然凈化”的“海綿體”。

  近30年以來，我們不遺余力地發(fā)展工業(yè)、招商引資、把農(nóng)村變成城市，原先的農(nóng)田、河流、湖泊因開發(fā)建設(shè)變成了房屋、廣場和道路，雨水或無法直接下滲，或無法直接進入濕地水系。在這個過程中，“錢包變厚”的同時也不斷地抹掉城市的自然特性，打造了一個個水泥森林。

  顯然，解決這一問題有效途徑是：使盡可能多的混凝土道面、地坪具備透水、吐濕功能，因此，研究推廣高強度透水混凝土及其制品就是符合綠色發(fā)展方向要求的轉(zhuǎn)型升級。

  13、低承載道面全面推行綠色植草混凝土是一種促進生態(tài)建設(shè)的有效方法

  城市到處是水泥森林，市民期盼綠色植物。但城市里未被水泥混凝土覆蓋的面積有限，能夠使水泥道面既承載又能長草，是緩解城市熱島效應(yīng)、提升城市生態(tài)環(huán)境品質(zhì)的有效途徑之一。

  研究推廣低堿度多孔（能長草）高強混凝土道面磚，全面應(yīng)用在低承載道面上，是混凝土與水泥制品行業(yè)轉(zhuǎn)型升級促進生態(tài)建設(shè)的又一有效方法。