特別策劃：混凝土摻合料的復合方法探討

特別策劃：混凝土摻合料的復合方法探討

編者按：2015年8月21日，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布公告，批準《混凝土用復合摻合料》為建筑工業(yè)行業(yè)產(chǎn)品標準，編號為JG/T486－2015。該標準自2016年4月1日起實施。礦物摻合料是高性能混凝土的重要組分之一。復合化是礦物摻合料發(fā)展的必然趨勢，是解決目前局部地區(qū)資源供給困難，同時提升礦物摻合料利用水平的有效措施。如何對一些摻合料進行加工處理，不同種類摻合料如何進行復合，以及相關(guān)檢測和使用方法等，本期誠邀行業(yè)專家及技術(shù)人員就新標準及以上問題展開討論。

王棟民（中國礦業(yè)大學(北京)教授，中國硅酸鹽學會固廢分會 理事長）

2016年2月《商品混凝土》推出特別策劃題目“混凝土摻合料的復合方法探討”，我覺得很有意義，既有理論意義，又有實用價值。眾所周知，混凝土摻合料業(yè)已成為現(xiàn)代混凝土不可或缺的第五組分?？梢院敛豢鋸埖卣f，沒有混凝土摻合料，混凝土公司的實驗室主任和總工程師就配不出好的混凝土。混凝土各種礦物摻合料已經(jīng)在我國不同行業(yè)和部門出過很多不同版本的標準，有案可查。去年8月21日，住建部發(fā)布公告，批準新的《混凝土用復合摻合料》為建筑工業(yè)行業(yè)產(chǎn)品標準 JG/T486－2015。該標準將于2016年4月1日起實施后，將進一步推動其發(fā)展和應用。

擬從幾個方面討論：

首先是用于混凝土的礦物摻合料來源的廣泛性。用于混凝土的礦物摻合料包括：粉煤灰、礦渣、硅灰、偏高嶺土、煅燒煤矸石粉、鋼渣微粉、鐵尾礦細粉等，各種不盡窮舉。一般認為，凡是以鋁硅酸鹽類化學成分為主（但也不局限于此）的工業(yè)或者礦業(yè)固體廢棄物經(jīng)過適當處理均具有做混凝土礦物摻合料的潛質(zhì)。對于礦物摻合料的特性，一般從三個方面考慮：化學組成、礦物組成和顆粒分布，對應的檢測方法是 XRF、XRD、LD（激光粒度分析儀），在水泥混凝土中的作用對應的即所謂：物理效應、化學效應和顆粒效應。王愛勤曾經(jīng)在 CCR 上連發(fā)3篇論文論述這些效應。

其次是復合原理和復合效應。吳中偉先生曾經(jīng)提出材料和礦物摻合料的“超疊加效應”，指出不同礦物摻合料復合使用會在混凝土的工作性、強度、耐久性和經(jīng)濟性等方面都產(chǎn)生意想不到的有益效果，如礦渣/粉煤灰的復合使用、粉煤灰/硅灰的復合使用等都會產(chǎn)生積極的效果。近年來在研究一些難用摻合料方面也得到一些體會，嘗到一些益處。如把單摻較難用的鋼渣通過鋼渣/礦渣復合粉磨制備而成的復合微粉就起到了很好的應用效果，把煅燒煤矸石粉與粉煤灰復合使用，將循環(huán)流化床超細粉煤灰與普通粉煤灰復合使用等都取得了很好的效果。

第三是不同礦物摻合料復合的多元化組合。因為摻合料品種很多，可以相互組成很多情況，可以二元復合，也可以多元復合。在復合技術(shù)方面，可以基于化學成分的互補，也可以基于顆粒粒度分布的互補，還可以基于礦相的互補，或者兼而有之。如在高鐵高性能混凝土制備中，鐵道部曾經(jīng)根據(jù)鐵路混凝土的特殊要求，提出一種摻量10%、而能夠高效滿足工程需要多項特定特殊指標的專用礦物摻合料，通過多元復合技術(shù)可以很好實現(xiàn)。

第四是在制備復合混凝土礦物摻合料時化學外加劑（助磨劑、性能調(diào)節(jié)外加劑等）的合理使用。復合礦物摻合料制備中，可以是簡單混合，也可以是共同粉磨等，外加劑的使用是一個核心關(guān)鍵技術(shù)。請注意，這里的外加劑不是混凝土的減水劑和泵送劑（admixture），而是對于礦物摻合料性能改善和微調(diào)的添加劑（additive）。如微量（1/萬）的三乙醇胺助磨增強劑、微緩凝或促凝劑、水泥需要量減低的外加劑（用于復合煤矸石活性混合材）。

概括一下混凝土復合礦物摻合料的制備應該從單料的選擇、復合的配比、復合的工藝和方法、復合時外加劑的選用等幾個方面進行考慮，最終形成優(yōu)化的高性能產(chǎn)品，服務于現(xiàn)代高性能混凝土的應用，并有效實現(xiàn)固廢的資源化利用。

劉娟紅（北京科技大學，教授、博士生導師）

要注意對“混凝土用復合礦物摻合料”活性認識的誤區(qū)

不能認為“復合摻合料的活性越高，水泥基材料的強度越高，耐久性越好”。

目前，水泥粉磨細度高，又增加了早強成分，水泥早期活性大大提高，導致在較低水膠比時水泥用量高的混凝土28d后的強度不增長或倒縮現(xiàn)象。如果膠凝材料的組成中含有大量的活性摻合料，那么，此類膠凝材料的水化放熱速度快、放熱量大，影響了混凝土的和易性，使混凝土早期開裂敏感度增大。

在現(xiàn)代混凝土技術(shù)中因降低了水膠比，礦物摻合料的化學反應活性并不居決定性地位，而礦物摻合料的需水行為與顆粒的大小、粒徑分布、顆粒的圓形度等因素對水泥基材料性能的影響很大。

要注意復合摻合料的活性與混凝土性能的關(guān)系

結(jié)構(gòu)工程對混凝土的性能要求是多方面的，因此，在選擇摻合料活性時不能單純地考慮強度性能，必須兼顧其它方面的性能。

作為混凝土主要組分的水泥，早期活性越來越高，比表面積很大，已經(jīng)嚴重影響了混凝土結(jié)構(gòu)抵抗環(huán)境作用的耐久性能。但是，從另外一個角度來說，當混凝土中水泥用量較少，高活性礦物摻合料也較少；同時，復合摻入一定摻量的早期活性較低的礦物摻合料（如粉煤灰），降低早期的水化速度和水化熱，依靠粉煤灰等摻合料后期的火山灰反應提高混凝土的后期強度。這對混凝土的耐久性的提高十分有利。

要注意復合摻合料活性的選擇

惰性礦物摻合料也有增強作用，此時主要歸因于惰性礦物摻合料對水泥的稀釋作用，以及微細顆粒的密實填充作用。高細度、低活性的石灰石粉屬于活性低的摻合料，可以減小溫度應力，改善混凝土早期開裂敏感度。其顆粒比水泥顆粒小，具有良好的形態(tài)效應和填充效應，并能起到分散作用，促使水泥顆粒的解絮；因石灰石粉需水量比較低，可以降低水膠比，并能使高等級混凝土的粘度顯著降低；石灰石粉填充在水泥顆粒之間，改善了膠凝材料的顆粒級配，另外填充在界面的空隙中，使水泥石結(jié)構(gòu)和界面結(jié)構(gòu)更為致密，提高了水泥石強度和界面強度。

因此，在選用復合摻合料時不要過分強調(diào)“活性指數(shù)”，應根據(jù)混凝土的強度等級、水膠比、結(jié)構(gòu)尺寸來選用復合摻合料。走出“活性指數(shù)”的誤區(qū)。

于吉濤（碳酸鹽粉體聯(lián)盟理事長、山東眾森科技股份有限公司董事長）

2015年8月21日，住建部發(fā)布了《混凝土用復合摻合料》行業(yè)標準，自2016年4月1日起實施。

該標準的發(fā)布背景，從宏觀上講，是我國經(jīng)濟在持續(xù)多年高速發(fā)展后處于一個新常態(tài)，混凝土行業(yè)普遍面臨發(fā)展困境，同時國家大力推廣應用高性能混凝土、建筑產(chǎn)業(yè)化，行業(yè)面對著新的挑戰(zhàn)和選擇；從微觀來看，近幾年混凝土行業(yè)普遍面臨各地天然河砂枯竭，機制砂行業(yè)快速興起，以及受鋼鐵行業(yè)經(jīng)營下滑、清潔能源興起帶來火電減少，出現(xiàn)傳統(tǒng)礦物摻合料在各地不同程度短缺的現(xiàn)實難題；從混凝土行業(yè)自身來看，剛剛過去的2015年是全國混凝土行業(yè)十多年來市場最不景氣的時期，行業(yè)增速、混凝土價格、盈利增速、行業(yè)收入等均達到新低，同時行業(yè)虧損面擴大，企業(yè)應收賬款創(chuàng)新高。與其相對應的則是混凝土行業(yè)產(chǎn)能嚴重過剩，經(jīng)濟形勢下行，全國混凝土行業(yè)產(chǎn)能利用率普遍不足30%，未來市場競爭還將更加激烈。

在這樣的背景下，《混凝土用復合摻合料》標準的發(fā)布，對混凝土企業(yè)來講，既充滿挑戰(zhàn)又是一次難得的機遇。為什么這樣講？因為復合摻合料技術(shù)是混凝土企業(yè)擺脫當前困難和挑戰(zhàn)，解決天然河砂、傳統(tǒng)摻合料等原材料不足困境，做好石灰石粉資源綜合利用，降低生產(chǎn)成本，乃至今后生產(chǎn)高性能混凝土，實現(xiàn)混凝土一體化生產(chǎn)，發(fā)展PC構(gòu)件延伸產(chǎn)業(yè)鏈，讓企業(yè)健康發(fā)展的一個關(guān)鍵技術(shù)和環(huán)節(jié)。

復合摻合料及特殊性能

《混凝土用復合摻合料》標準給出的定義為：由兩種或兩種以上的礦物摻合料，按一定比例混合均勻的粉體材料；或由兩種或兩種以上的礦物原料，按一定比例混合后，必要時可摻加適量石膏和助磨劑，再粉磨至規(guī)定細度的粉體材料。其中的礦物摻合料、礦物原料的選擇范圍必須是粉煤灰、礦渣、硅灰、火山灰、石灰石粉、磷渣、鋼渣、助磨劑、石膏。

礦物摻合料應用于混凝土是現(xiàn)代混凝土技術(shù)的重要特征之一，現(xiàn)在混凝土生產(chǎn)已經(jīng)離不開礦物摻合料。過去混凝土中添加摻合料主要是為了降低生產(chǎn)成本和達到資源綜合利用、保護環(huán)境的目的，現(xiàn)在隨著技術(shù)的發(fā)展，礦物摻合料已經(jīng)成為混凝土中不能或缺的功能性材料了。

傳統(tǒng)的混凝土礦物摻合料包括粉煤灰、礦渣粉、硅灰等。以往混凝土生產(chǎn)以單摻一種礦物摻合料為主，但單一的摻合料發(fā)揮的作用有限，只能帶來某一方面的益處，比如提高混凝土流動度，或是提高抗凍性，或是對抗碳化有作用。后來有了雙摻，讓粉煤灰、礦渣各自發(fā)揮有利的一面。而利用兩種或兩種以上礦物摻合料復合產(chǎn)生的超疊加效應，就能取得比單一礦物摻合料更好的效果，還能取代部分水泥用量，降低混凝土生產(chǎn)成本。

現(xiàn)在國內(nèi)一些市場傳統(tǒng)礦物摻合料短缺，價格上揚，已經(jīng)影響到了混凝土企業(yè)的正常生產(chǎn)，擴大摻合料來源目前在一些市場已經(jīng)成為混凝土企業(yè)的重要任務。復合摻合料雖然只是一種新產(chǎn)品、新技術(shù)，但由于復合摻合料具備優(yōu)于單一礦物摻合料的特性和優(yōu)勢，通過技術(shù)調(diào)節(jié)可以滿足不同建設(shè)工程對混凝土生產(chǎn)的不同需求，具備滿足工程項目的個性化需求，在未來市場肯定大有用武之地。

石灰石粉應用難題將得到徹底解決

最近看到兩個和砂子有關(guān)的新聞：一是“非法采砂”2016年或?qū)⑷胄?，非法采挖河砂的行為將會很快得到法律的遏制。二是在山西，坑口噸煤價格賣不過一方砂子的價格，隨著天然河砂越用越少，價格會越來越高，將來可能有錢也買不到。

近年來隨著天然河砂資源的枯竭，機制砂取代河砂在各地蓬勃興起，但隨之而來的是機制砂生產(chǎn)而產(chǎn)生的大量灰石石粉的出路怎么解決？石灰石粉作為一種惰性材料，長期以來沒有得到很好的應用，一直是行業(yè)一大難題?，F(xiàn)在有了答案，就是用它生產(chǎn)復合摻合料。

山東眾森科技股份有限公司在國內(nèi)最早研究出大摻量石灰石專用助磨劑，對石灰石（粉）在水泥粉磨中的應用曾做過大量研究。因此，當國家倡導水泥行業(yè)向上下游延伸產(chǎn)業(yè)鏈后，特別是近年來機制砂興起后，公司馬上意識到這是一個新課題，也是一個新機遇。

機制砂石骨料生產(chǎn)中剩余有大約20% 的石灰石粉，隨著技術(shù)的進步，近年來石灰石粉應用于混凝土生產(chǎn)，是適應現(xiàn)代混凝土發(fā)展趨勢的結(jié)果，石灰石粉在滿足混凝土大流態(tài)需求和減少水泥、礦物摻合料等膠凝材料用量等方面優(yōu)勢明顯，因此我們決定延續(xù)對石灰石粉在混凝土中應用的深入研究。

通過市場調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，當前我國電力行業(yè)重點發(fā)展包括風能、太陽能、核電等清潔能源，限制火力發(fā)電，還有鋼鐵市場需求不足，企業(yè)生產(chǎn)量下降，造成混凝土用傳統(tǒng)礦物摻合料出現(xiàn)了不同程度的短缺，一些地方甚至發(fā)生造假、售假現(xiàn)象。擴大摻合料來源，研究利用低品質(zhì)礦物摻合料成為混凝土行業(yè)未來發(fā)展方向，因此我們選擇了復合摻合料的研究。

2013年6月，在中國混凝土與水泥制品協(xié)會的支持下，由我們山東眾森發(fā)起，在全國成立了“水泥與混凝土用碳酸鹽粉體材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”（簡稱碳酸鹽粉體聯(lián)盟）。碳酸鹽粉體聯(lián)盟是國內(nèi)首個從事石灰石粉節(jié)能與技術(shù)創(chuàng)新的企業(yè)、高校、科研機構(gòu)和行業(yè)協(xié)會自愿參與的開放性組織，是當前我國研究應用石灰石粉、推廣復合摻合料的重要平臺。聯(lián)盟成立以來，專門針對包括石灰石粉在內(nèi)的復合摻合料進行研究獲得成功，并在廣西、湖南市場成功應用。

復合摻合料是混凝土一體化生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)

目前形勢下，針對產(chǎn)能嚴重過剩的混凝土行業(yè)如何走出目前困境，各方都在認真思考和研究。

2015年10月，中國建材聯(lián)合會喬龍德會長在“中國大型預拌混凝土企業(yè)圓桌會議”指出：混凝土企業(yè)要重視產(chǎn)品的高性能、高品位、高質(zhì)量，重視產(chǎn)業(yè)鏈一體化發(fā)展。中國混凝土與水泥制品協(xié)會徐永模會長在這次會上指出：產(chǎn)業(yè)鏈組合是企業(yè)做大做強的一個重要途徑，礦物粉體材料將形成一個重要的功能材料產(chǎn)業(yè)。徐永模會長在2015年12月成都召開的混凝土與水泥制品行業(yè)大會上還講道：水泥—混凝土一體化發(fā)展是企業(yè)轉(zhuǎn)型升級、戰(zhàn)略創(chuàng)新的主要形式，并肯定了中建西部建設(shè)以“混凝土”為核心向上下游產(chǎn)業(yè)拓展，形成貫穿資源開發(fā)—生產(chǎn)—運輸—服務—檢測的產(chǎn)業(yè)鏈模式。

可以說，在當前錯綜復雜的行業(yè)形勢下，業(yè)內(nèi)專家和領(lǐng)導都認識到了混凝土一體化生產(chǎn)的重要意義。

令人振奮的是，在廣西南寧，盛天集團混凝土公司已經(jīng)在混凝土生產(chǎn)一體化方面已經(jīng)先行一步，盛天集團混凝土公司已經(jīng)成功做到——以股份制形式擁有礦山資源，企業(yè)擁有自己的物流運輸；在攪拌站現(xiàn)場進行石子整形、機制砂生產(chǎn)；利用石灰石粉現(xiàn)場生產(chǎn)復合摻合料；現(xiàn)場生產(chǎn)外加劑；外購 P·Ⅱ52.5水泥，加上自己生產(chǎn)的骨料、復合摻合料、外加劑等生產(chǎn)高性能混凝土。

盛天混凝土一體化生產(chǎn)模式帶來的效果是，原材料最大限度地實現(xiàn)性能穩(wěn)定、容易調(diào)整、可以滿足個性化需求，且質(zhì)量、供應有保障，混凝土成本大大降低，企業(yè)系統(tǒng)競爭力大幅提升。

在2015年11月碳酸鹽粉體聯(lián)盟召開的“高性能混凝土暨循環(huán)生產(chǎn)一體化技術(shù)交流會議”上，代表們參觀了盛天混凝土一體化生產(chǎn)現(xiàn)場，給予高度評價。

從最初為解決石灰石粉應用難題，到研發(fā)推廣應用復合摻合料，再到一體化生產(chǎn)高性能混凝土，這一系列創(chuàng)新，不僅為混凝土企業(yè)帶來原材料的穩(wěn)定和標準、企業(yè)效益的提升，更為混凝土行業(yè)帶來生產(chǎn)模式的創(chuàng)新。這種創(chuàng)新模式，還為混凝土企業(yè)未來進一步實現(xiàn)管理創(chuàng)新、“兩化融合”等創(chuàng)造了必要條件。這既符合行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的發(fā)展要求，也順應了當前供給側(cè)改革的總體趨勢。

2016年，碳酸鹽粉體聯(lián)盟將在全國各地舉辦“高性能混凝土生產(chǎn)一體化應用技術(shù)萬里行”活動?；顒佑媱澮怨橇稀⑹?、復合摻合料、復合膠凝材料一體化解決方案為主題，向混凝土企業(yè)、礦山企業(yè)、水泥企業(yè)等介紹有關(guān)方面知識。我們歡迎更多的企業(yè)加入到高性能混凝土生產(chǎn)一體化技術(shù)的行列中來，讓我們共同參與和見證混凝土行業(yè)的進步。