徐永模——混凝土绿色发展战略与技术路线

物竞天择：混凝土凭什么能可持续发展？
（二）独特优势
3. 混凝土可满足任何耐久性要求。这句“大话”目前还没 有人敢说，因为不耐久的混凝土结构比比皆是。其实， 混凝土出现劣化甚至可以说根本不是混凝土的错！混凝 土本不是一种标准化的材料制品，其性能取决于设计要 求和施工质量。混凝土出现耐久性问题原因很多，混凝 土结构长寿命不是做不到，是没有要求做到。例如，过 去，混凝土的设计指标中没有耐久性和寿命要求。
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原料均化：
2.粉体均化
搅拌站分散且小规模生产方式与水泥厂大规模 集中生产供应的矛盾； 矿粉、固废种类多，成分波动与水泥产品标准 化要求的矛盾 混凝土以性能要求为导向的设计和个性化柔性 生产方式与水泥产品较少的矛盾
原料均化：可能！可行！
向先进材料制造业学习，研究开发 搅拌站用骨料和粉体均化设备
用简单方法生产复杂材料、高性能 材料——高性能混凝土 How? Mission Impossible?
均化：怎样改善？
在混凝土设计正确的前提下： 1.性能质量的改善取决于微观结构均化 2.微观结构的改善取决于组分分布均化 3.组分分布的改善取决于原料混合均化
原料均化：
1.砂石均化
含水率的均化 级配的均化 杂质含量的均化 粒形的均化
图3 美国混凝土房屋的市场份额
（来源：美国ACI访华代表团交流材料，2006）
中国水泥产量：2011年高达20.6亿吨 2012年预计21-22亿吨
水泥混凝土还能持续发展吗?
规模 - 性能 - 领域
美国《可持续混凝土指南》怎么看？
需要在5方面满足可持续建筑的基本要求：
（1）改善功能 （2）更长寿命 （3）改善生活质量 （4）减少资源消耗 （5）提供美感
2.更长寿命
即建筑耐久、长寿命。既有建筑寿命越长，社会 对新建筑的需求会降低，因而对建筑材料的需求 降低，相应的生产能耗和排放越低。 问题：从材料性能的角度，高耐久性的混凝土才 能保证混凝土建筑设计寿命。
美国《混凝土可持续发展指南》中混凝土可持续发展要求
3.改善居住者生活质量
（enhancing occupant factors） 除了建筑采光和通风以外，使用的室内建材质量 和功能对室内环境影响很大。因此，各国对室内 建材中有害物资含量有严格的标准。 问题：该《指南》提到，普通水泥混凝土对使用 环境的无害性经过了长时间的检验。但“无害性” 不等于“改善室内环境”。
物竞天择：混凝土凭什么能可持续发展？
（二）独特优势
1. 混凝土是一种结构构造和性能可“随意”设计的通用型 多功能结构材料，能满足建筑和施工的个性化特殊要求。 这是钢材、木材、砌筑材料等所不具备的。对于建筑的 某些结构例如基础、楼板、大体积结构，混凝土是唯一 被广泛选用的结构材料。对于提高高层建筑的刚度和抗 剪性能来说，钢筋混凝土核心筒也是最经济的设计选择。 2. 混凝土材料具有突出的经济性和性价比。
22% 20% 18% 16% 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0% 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006
Concrete Masonry ICF Removable Form / AAC Forecast
某搅拌站近3年近600组砂的含泥量数据
（资料来源：李彦昌 王海波 杨荣俊 郑付营 桑红山，“砂预均化工艺在预拌混 凝土中应用可行性分析”）
混凝土生产：为什么要均化？
2.宏观结构：悬浮凝固体
固相：砂、石、浆体 孔隙：毛细孔、收缩裂缝、界面孔缝 液相：毛细孔水
混凝土生产：为什么要均化？
（一）面对批评：
3. 从资源再生性方面来说，混凝土不能或只能低值利用也 成为被批评的软肋。但是废弃混凝土再生骨料和可利用 的粉料，加工技术不是问题，随着高强高性能混凝土的 推广应用，其再生骨料的价值不会降低。笔者早几年前 就提出过从化学组分上实施“可全循环混凝土”设计的 概念。国外最近已有这样的研究工作发表。
物竞天择：混凝土凭什么能可持续发展？
（一）面对批评：
2. 不可重复使用是目前倡导使用钢结构的专家学者认为混 凝土不是绿色建材的主要原因。其实，混凝土可以像钢 结构一样，标准化设计，工厂化预制、装配式施工、可 重复使用。在很大程度上，问题不在材料，在结构和构 件设计。
物竞天择：混凝土凭什么能可持续发展？
但，不够全面和深刻！
美国《混凝土可持续发展指南》中混凝土可持续发展要求
1.改善功能
发挥混凝土材料的优势性能和功能，例如对于 基础（footings）和楼板来说，混凝土是唯一的 被广泛选择的经济性产品。 问题：对于其他建筑构件例如墙体、梁柱，混 凝土只是可选用材料之一。
美国《混凝土可持续发展指南》中混凝土可持续发展要求
结构工程师充分认可钢筋混凝土的
坚固性和经济性。高性能混凝土的发展 进一步提升竞争力和普适性。
物竞天择：混凝土凭什么能可持续发展？
（一）面对批评：
1. 水泥：混凝土因水泥材料生产的二氧化物排放受到批评。 目前，水泥工业不仅在朝着低能耗、低排放方向发展 （利用可燃废弃物代替化石能源），还在生产水泥过程 中协同处置许多工业废物和城市生活垃圾，成为社会可 持续发展不可或缺的“环保产业” ，水泥也因此成为不 可或缺的“绿色材料”。
3.细观结构：多相胶凝体
水化产物的交织 未水化水泥和矿粉颗粒填充 网络分布的孔隙
混凝土生产：为什么要均化？
4.微观结构：多尺度多相交织
纳米至微米级的水化物：CSH,CH …… 微米至毫米级的微缺陷：微孔、微裂缝 …… 微米至厘米级的填充颗粒：纳米—厘米
“三分材料七分施工”
二、均化：混凝土绿色制造技术
绿色制造的概念
关键词：
清洁生产 精确计量 高效、节能 利废、环保 高性能 高质量 ……
有“均化”要求吗？
混凝土生产：为什么要均化？
1.原材料：多元材料组分
粉体材料：水泥、矿物粉体（工业固废） 砂石骨料：粗骨料、细骨料 化学外加剂：多功能、固体与液体的复合 纤维增强材料 杂质：泥土
美国《混凝土可持续发展指南》中混凝土可持续发展要求
5.提供美感
建筑的美不仅是环境质量的一个重要部分，也是 文化艺术的表现。建筑之美不仅“养眼”，甚至 是引以为骄傲的历史、文化和艺术发展的标志。 水泥混凝土以其独特的色泽、质感和造型赢得已 成为现代建筑师钟爱——清水混凝土。 问题：清水混凝土一哄而上，已有“审美疲劳” 之态。
美国《混凝土可持续发展指南》中混凝土可持续发展要求
4.减少资源消耗
（1）利用工业固废，减少混凝土中的水泥用量 （2）混凝土废弃后可再生利用(骨料、粉体) （3）提高耐久性和建筑物寿命 （4）提高强度，减少混凝土的用量 问题：减少混凝土用量才能减少资源能源消耗， 但减少混凝土用量与发展混凝土产业相悖。
混凝土绿色发展战略与技术路线
徐永模
2012年9月6日
Leabharlann Baidu北京
一、混凝土可持续发展理念
——兼谈美国《可持续混凝土指南》
竞争发展中的混凝土
1. 可持续发展的具体要求：绿色低碳发展 2. 谁能与混凝土争锋？ （1）钢材——政府积极推广应用 （2）木材——生态环保备受推崇 （3）烧结砖——经久耐用与人和谐 3. 劳动力缺乏对现浇混凝土施工的挑战 4. 极端环境对混凝土性能的挑战
什么是绿色混凝土？
一般的理解：
1.原料无毒、无害、易得 2.可大量利用工业固废（水泥的功能） 3.单位材料能耗低（水泥只占1/8） 4.材料高性能
绿色就能可持续吗？
物竞天择：混凝土凭什么能可持续发展？
绿色：必要条件 性能：竞争性 独特性 经济性 建筑师非常肯定混凝土作为人造石
材的普适性和美学特质，装饰混凝土的 发展正在扩展和丰富“清水混凝土”的 内涵，充分发挥混凝土的模塑性、后加 工性以及表面适用材料的丰富多样性。