新加坡礦渣高性能混凝土應用技術考察紀實

  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用技術考察紀實

  在全球節(jié)能、降耗、減排的大趨勢下,“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，同時也對提高建筑工程質量、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、勻質性好、質量穩(wěn)定、生產(chǎn)能耗低等特點，是世界公認的低碳、綠色的建材產(chǎn)品。近年來，大摻量礦渣粉配制高性能混凝土的應用技術在新加坡得到了普遍應用，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用技術、高性能混凝土質量控制方法及施工工藝、混凝土綠色生產(chǎn)與管理技術與理念，由中國混凝土與水泥制品協(xié)會礦渣混凝土功能材料分會組織的考察團，日前赴新加坡進行了訪問與交流。考察團由來自中冶建筑研究院、中建材合肥粉體技術研究院、江蘇淮龍新型建材有限公司、唐山行龍建材、唐山龍昂貿易、香港嘉華建材集團、德國萊歇研磨機制造（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企業(yè)有限公司（昂國集團），參觀考察了新加坡礦渣粉應用典型工程項目，并與美國混凝土學會新加坡分會（American Concrete Institute Singapore Chapter）相關專家進行了技術交流。

  大摻量礦渣粉混凝土在建筑工程中普遍應用

  在全球節(jié)能、降耗、減排的大趨勢下,“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，同時也對提高建筑工程質量、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、勻質性好、質量穩(wěn)定、生產(chǎn)能耗低等特點，是世界公認的低碳、綠色的建材產(chǎn)品。

  近十幾年來，中國礦渣粉行業(yè)發(fā)展十分迅速，規(guī)模不斷擴大，生產(chǎn)企業(yè)和相關從業(yè)者數(shù)量與日俱增，礦渣粉行業(yè)在中國建筑材料領域已占有舉足輕重的地位。截至2013年12月，國內立磨生產(chǎn)線已達224條，建成的立磨礦渣粉產(chǎn)能達到1.34億噸；預計立磨生產(chǎn)線將達401條，立磨礦粉產(chǎn)能將高達2.3億噸，年平均增長將超過20%。立磨優(yōu)質礦粉市場日趨成熟，其性能和價值受到廣泛認可。

  雖然我國礦渣粉的生產(chǎn)量已躍居世界之首，但混凝土業(yè)界卻大多沒有深刻認識到它的功能性，仍把優(yōu)質礦渣粉當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%。加之低價競爭及行業(yè)中的一些不規(guī)范的經(jīng)營行為，已嚴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用技術在新加坡建筑工程中得到了普遍應用，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，配制混凝土時，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

  在新加坡昂國集團水泥廠和中心實驗室，考察團與昂國集團技術團隊交流了建筑可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)驗。據(jù)昂國集團陳恩義博士介紹，新加坡昂國企業(yè)有限公司（昂國集團），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日正式更名為昂國企業(yè)有限公司?？偛课挥谛录悠拢瑯I(yè)務網(wǎng)絡橫跨亞洲、美洲和非洲。昂國集團兩大核心業(yè)務為建筑材料和工程塑料，輔助業(yè)務為高科技與創(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工程；2003年，集團將礦渣粉生產(chǎn)業(yè)務重點移入中國大陸，現(xiàn)與唐鋼、濟鋼、淮鋼、武鋼及青鋼組成合資公司，建成礦渣粉產(chǎn)能達到1000萬噸以上的生產(chǎn)線，產(chǎn)能及產(chǎn)量躍居全國第二位。在推廣應用礦渣粉的過程中，昂國集團首先完成了礦渣粉各項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)展的應用與認證，把礦渣粉打造成為綠色建筑首選的建材產(chǎn)品。在新加坡，昂國集團與礦渣粉相關的代表產(chǎn)品有比表面積超過800m2/kg的超細礦渣粉、比表面積超過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，以超細礦渣粉為主開發(fā)的超細水泥主要應用于土壤改良與基礎灌漿工程。昂國公司對旗下中國大陸每家生產(chǎn)廠的礦渣粉都作了碳排放（碳足跡）認證。

  新加坡沒有像粉煤灰一樣的火山灰質摻和料的資源，為滿足工程低水化熱及抗化學腐蝕等要求，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計壽命為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）等項目，其主要作用之一是減少整個工程的碳排放。

  昂國集團知識管理部余晶介紹了昂國推廣綠色建筑與可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)驗。2007年昂國集團獲得了新加坡首家綠色環(huán)境理事會頒發(fā)的綠色標簽產(chǎn)品，開始綠色行動計劃；2008年開創(chuàng)綠色混凝土產(chǎn)品即降低混凝土的碳排放量。昂國集團作為新加坡首家獲得碳足跡測算報告的企業(yè)，2011年對中國大陸合資公司的礦渣粉作了碳排放的計算，2013年與武漢鋼鐵廠合作，建立了中國大陸第一個碳中和試驗大樓，并在新加坡做碳排放的評估。通過碳足跡的計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%以上的建筑達到綠色建筑評級標準，政府鼓勵開發(fā)商做綠色建筑，使用計算碳足跡的建材產(chǎn)品包括礦渣粉將得到加分。昂國集團在新加坡推廣礦渣粉應用過程中，已從一個材料供應商的角色轉變成推廣綠色建筑理念的技術支持企業(yè)，成為綠色建材的引領者。在整個銷售過程中，集團知識管理部、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。同時余晶還介紹碳足跡計算的流程。

  考察團參觀了昂國集團裕廊島水泥中轉站、中心實驗室、淡濱尼混凝土攪拌站，并實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用前景看好

  在新加坡理工學院，考察團參加了礦渣粉分會與美國混凝土學會新加坡分會（ACI Singapore Chapter）共同組織的低碳及高性能混凝土技術發(fā)展交流論壇。美國混凝土學會新加坡分會副會長、董事江加標介紹了新加坡分會的基本情況。分會成立于1985年，基本宗旨為推廣混凝土知識及混凝土應用技術，主要業(yè)務有現(xiàn)場試驗員的認證與培訓；ASTM標準的試驗員培訓及混凝土質量認證體系的培訓；不定期舉辦技術研討會并設立建材方面的獎學金，從而吸引年青學生投入建材領域工作。

  分會會長、董事陸金平作了《低碳混凝土設計及應用》的報告，他認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。預拌混凝土要真正實現(xiàn)低碳的目標，必須從項目設計開始，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)結構要求，提出適合項目的高耐久及高性能混凝土的質量要求，以免過度設計。他還講解了耐久低碳混凝土的設計步驟。

  島嶼及三合土混凝土公司高級技術經(jīng)理林成發(fā)作了《礦渣粉在新加坡高性能混凝土中的應用》的報告，主要介紹了摻加65%以上礦渣粉配制混凝土的經(jīng)驗。他說，在新加坡地鐵工程的基礎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目90%混凝土使用了大摻量礦渣粉混凝土。近15年來，大摻量礦渣粉混凝土配制技術獲得突飛猛進的發(fā)展，使用60%礦渣粉與7%硅灰復合配制高強、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期強度均超過只使用硅酸鹽配制的混凝土強度。在新加坡，當前正在推廣自密實混凝土，基本以摻加礦渣粉配合外加劑作為核心技術實現(xiàn)。

  中國混凝土與水泥制品協(xié)會礦渣粉分會秘書長韓小華在《分享、交流、合作》的報告中介紹了分會成立的目的與意義。分會成立后，作為會員之間、會員與混凝土行業(yè)的交流平臺，完成礦渣粉生產(chǎn)與應用技術論壇、礦渣粉分會首屆專家委員會工作會議、機制砂與石粉應用技術萬里行和第六屆全國混凝土設計大賽等交流活動。今年分會還將計劃組織第二屆礦渣粉生產(chǎn)與應用技術論壇及礦渣粉生產(chǎn)與應用技術全國巡講活動，還將參與行業(yè)及協(xié)會礦渣粉相關標準的編制工作。

  中國混凝土與水泥制品協(xié)會礦渣粉分會專家委員趙筠在《中國混凝土技術與生產(chǎn)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢》的報告中，介紹了混凝土的行業(yè)現(xiàn)狀與特點、面臨的挑戰(zhàn)及未來的發(fā)展方向。2014年中國水泥產(chǎn)量達24億噸，人均混凝土消耗量1.6立方米，總產(chǎn)值超過萬億元。中國大陸預拌混凝土行業(yè)產(chǎn)能嚴重過剩，分散度高，結構混凝土用量應超過25億立方米。混凝土技術取得的很大進步主要體現(xiàn)在礦渣粉、粉煤灰等礦物摻和料及外加劑應用技術的推廣?；炷列袠I(yè)面臨的挑戰(zhàn)來自于資源枯竭和環(huán)境保護的雙重危機，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；使用機制砂替代天然砂；將建筑垃圾循環(huán)使用。

  趙筠認為，未來高性能混凝土將得到普遍應用，C35及以上強度等級的混凝土占預拌混凝土總量的50%以上；在超高層建筑和大跨度結構及預制混凝土構件、預應力混凝土、鋼管混凝土中， C60及以上強度等級混凝土將得到進一步推廣應用；在基礎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一步推廣，以提高資源綜合利用水平。

  通過本次交流活動，考察團成員了解到，新加坡在推廣礦渣粉應用技術時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、提高混凝土耐化學腐蝕性等，尤其是對礦渣粉的碳足跡進行計算評估，使用礦渣粉比只使用硅酸鹽水泥配制的混凝土價格更高，充分體現(xiàn)了礦渣粉的功能性。目前國內大摻量礦渣粉應用技術受到標準與理念的限制，應該借鑒新加坡的推廣理念，針對客戶的需求做更多的技術及理念上的支持，轉變使用者及行業(yè)監(jiān)管部門對礦渣粉的認識，從而促使礦渣粉行業(yè)健康發(fā)展。