近期，由中國混凝土與水泥制品協會組織的“低碳混凝土”大家談活動，吸引了眾多業內專家、學者、企業家的參與熱議，大家暢所欲言，集思廣益，為“低碳混凝土”深刻內涵的解讀發表了許多不凡的見解。
日前，中國混凝土與水泥制品協會行業宣傳部采訪了清華大學教授覃維祖，了解了覃教授對于“低碳混凝土”的深度理解與思考。覃教授直言，發展“低碳混凝土”勢在必行迫在眉睫，需要使用注重砂石骨料品質，使用良好粒形與級配的骨料，盡量減小堆積體空隙率，同時采用大摻量礦物摻合料，以此來大幅度節省膠結材（包括水泥、瀝青和聚合物等）用量。
與此同時，覃教授還表示，上個世界八十年代末，法國法國路橋實驗中心（LCPC）就已經在進行人工破碎加工骨料如何優化生產設備及其組合研究，使產品的粒形和分級更合理，以便可以根據使用要求進行產品配制和生產，降低膠凝材料的使用量。
記者問：發展“低碳混凝土”，我們首先需要重視什么？
覃教授：發展“低碳混凝土”，首先需要放大視野、通觀全局。特別要強調的是，要充分認識發展“低碳混凝土”的重要意義，要把對發展“低碳混凝土”重要性、迫切性的認識提高到關系全球人類生存環境的高度。
記者問：什么是“低碳混凝土”？
覃教授：顧名思義，發展“低碳混凝土”是針對混凝土中水泥生產高排放二氧化碳且高消耗煤炭能源的現狀，而提出的一個轉型戰略。眾所周知，生產一噸水泥要排放近一噸的二氧化碳，其中有煤的燃燒，還有石灰石的分解。水泥是高排放碳的產業。對這個問題，原中國工程院資深院士、中國建筑材料與土木工程專家、中國建筑材料科學研究院總工程師/副院長/技術顧問、清華大學土木工程系教授/博士生導師吳中偉先生早在二十多年前就對快速增長的我國水泥工業的二氧化碳排放數量之大憂心忡忡。吳中偉先生說，我國是水泥大國，生產工藝比較落后，但產量在迅速增加，消耗資源消耗能源以及排放出二氧化碳的問題越來越突出。
清華大學教授覃維祖
為什么吳中偉先生要強調這個問題？這不是行業的問題，不是技術的問題，而是涉及到我國基礎設施可持續發展的問題，甚至關系到人類的生存環境。所以，吳先生早在上世紀末就提出要發展“綠色高性能混凝土”（GHPC），要少用水泥熟料，多用摻合料。他還說：應該在應用技術方面來一次大突破，發展GHPC是當前最有效的途徑，用大量工業廢渣作為活性細摻料代替大量熟料，最多可達60%～80%，在GHPC中不是熟料水泥，而是磨細礦渣和粉煤灰、硅灰等，或它們的復合，成為膠凝材料的主要組分。
記者問：我國“低碳混凝土”發展現狀如何？
覃教授：我認為，目前業內對“低碳混凝土”的認知水準，遠遠沒有達到吳中偉先生那時擔憂的程度。因此，對當下我國“低碳混凝土”的發展現狀不能樂觀。我們的“低碳混凝土”從理念到實踐到技術都滯后，與歐美國家，尤其是歐洲幾個工業國差距很大。
歐洲是混凝土技術和工藝的發源地，歐洲的水泥品種很多，其中包括多種摻有少量混合材的硅酸鹽水泥，還有幾種摻有多量混合材的水泥。例如，火山灰水泥里火山灰的含量最大可以到55%；礦渣水泥更加突出，Ⅰ型礦渣水泥礦渣含量在35%—65%，Ⅱ型礦渣水泥礦渣含量在65%-80%，Ⅲ型礦渣水泥礦渣含量可達81%-95%！而歐洲現代混凝土結構中90%的水泥都是用復合水泥。
記者問：您認為發展“低碳混凝土”技術的關鍵環節是什么？
覃教授：結合自己近半個世紀的工作實踐和思考，我逐漸認識到：歐洲混凝土中水泥熟料占比大幅度降低，也就是“低碳混凝土”的發展，使用良好粒形與級配的骨料極其重要，眾所周知，砂石骨料一般要占混凝土體積的70%以上，它們堆積的空隙率是影響拌合物中漿體需求量和用水量，因此也是影響硬化混凝土各項性能的關鍵。
上個世紀七八十年代，歐洲一些國家，例如法國，天然砂石資源接近枯竭。八十年代末，我到法國路橋實驗中心（LCPC）訪問進修1年多，該中心在混凝土，包括水泥和瀝青混凝土等技術領域十分先進。在參觀其位于法國西部的實驗場時，一眼望去到處都是皮帶機，當時不明白這是在研究什么呢？多年后才醒悟過來：原來他們當時是在進行人工破碎加工骨料如何優化生產設備及其組合研究，目的是使產品的粒形和分級更合理，依據研究結果來編制標準，這對后來最大限度地利用天然資源加工出的骨料，根據使用要求進行配制和生產，獲得堆積體空隙率盡量減小，因此可以滿足大幅度節省膠結材（包括水泥、瀝青和聚合物等）用量的效果。
1998年趁著到加拿大開會前的時機，我到位于渥太華的一個建筑材料實驗室參觀，看到了他們對砂石骨料進行預處理，級配嚴格，非常到位，顯然這對于骨料資源從大小顆粒直到微細粉末，全部“榨干用凈”，充分得到利用（其粒徑分布是從0開始，沒有“篩底”、沒有廢棄物，也沒有含泥量一說）。其實，這些工作對于混凝土向低碳化生產和應用，都起到十分關鍵的作用。
記者問：“低碳混凝土”還應具有哪些必備特征？
覃教授：提高混凝土耐久性，延長結構的使用壽命，也是發展“低碳混凝土”的應有之義。而提高耐久性，要運用整體論科學思想。國內改革開放幾十年來，在混凝土外加劑領域的品種、產量和應用技術等方面有了長足的進展，這對于拌合物從干硬、半干硬態向易于泵送的塑性狀態轉變；從單純以水泥為膠結材、大水灰比低強度向摻加多種工業副產品轉變；同時，水泥生產和運輸技術也在迅速地發展，活性高、粉磨細度大、散裝運送的方式應運而生以低水膠比、高早強與高強混凝土配制、生產與施工的需求。這些變化為混凝土材料配制和生產滿足大規模基礎設施建設需要起到重要的作用。
但是與此同時，我們也出現了部分鋼筋混凝土結構物出現了劣化加速的現象。通過翻閱國外文獻得知：當今影響混凝土結構耐久性最重要的原因，來自混凝土中的水泥熟料粉磨細度大、水化快、用量高、溫升大且迅速，造成所謂的熱裂縫（Thermal Cracking），根據德國慕尼黑大學教授Springenschmid率領多位研究生歷時20余年的研究，發現它已經代替干縮成為近幾十年來鋼筋混凝土出現開裂，并且造成結構耐久性危機的主因。
而低碳混凝土正是針對當今水泥活性高、粉磨細度大，且在混凝土中用量不斷加大帶來的弊病，通過采用優化骨料填充作用減小其堆積體的空隙率，同時采用大摻量礦物摻合料，以大幅度降低拌和物用水量、降低水泥用量，獲得滿足工程施工對拌合物和易性，以及硬化后混凝土各項性能指標的目標。
另外一個突出的例子，就是北美開發的高性能大摻量粉煤灰混凝土，也是通過上述各項措施的綜合，以每立方混凝土用水泥150千克，粉煤灰200千克和用水量低至130千克以下配制出來的。由于優化骨料級配和大摻量粉煤灰良好的填充、減水作用（粉煤灰的密度只有水泥的2/3，200千克粉煤灰相當于300千克水泥所占體積）。我自1993年到清華大學任教，曾承擔“九五”期間的攻關項目。通過實驗研究，在石子二級配（5~10mm和10~20mm各占一半）前提下，用150千克水泥與200千克粉煤灰，用水量105至133千克，配制出強度發展良好（3天30兆帕、28天50兆帕、1年80兆帕）、水泥用量大幅度減小的高質量混凝土。
記者問：您對“低碳混凝土”的技術路徑有哪些思考？
覃教授：“低碳混凝土”的技術路徑中至少有以下特征：應用級配和粒形良好的砂石骨料減小空隙率，同時采用大摻量礦物摻合料以及品質良好的外加劑，以獲得低水泥用量、低用水量的混凝土配制與應用效果。
發展低碳混凝土，就是要善用資源，少用水泥熟料，對環境友好，以可持續發展。長期以來，國內的混凝土業一直忽略砂石骨料這個占填充體積主要組分的品質，通常把混凝土生產的資金投向水泥、外加劑，而砂石的采購原則，是誰家便宜就買誰的！于是，陳舊、落后的破碎加工設備一直占據著整個市場，粒形差、針片狀顆粒多、含泥量高的砂石遍布全國。
其實依我看，這種局面的改變并不難。1993年去廣東一條高速公路工地搞咨詢服務時，看到實驗室里堆放著針片狀顆粒很多的石子，就向對方解釋：這種骨料十分影響高速公路的質量，需要改變。等到兩年后去又一條高速公路工地時，驚奇地發現針片狀顆粒消失了！詢問后得知：采石場老板根據施工方向他們提出的要求，購進了反擊破等先進的加工設備，通過客戶較高的支付獲得了補償。
但是這只是個別實例，大量落后的設備生產出來的骨料至今還充斥市場，所謂的“連續級配”石子在到處泛濫，其實里面5~10mm這個關鍵粒徑范圍的顆粒幾乎空缺（因為它起著填充大石子之間空隙的重要作用，缺少它，就只有用砂漿去填充，使得膠結材和其它粉體用量、用水量高居不下），這種情況迫切需要改變！
近幾年，國內河沙資源日趨枯竭，機制砂生產與應用異軍突起，質量也在不斷提升。這為我國混凝土走向低碳提供了一個良好契機。我們要知道，機制砂與天然砂是兩種材料，應用過程中，不能將機制砂與河砂簡單地進行置換。因為機制砂棱角多、表面粗糙，需要用良好的石子級配去減小空隙率，用更多的漿體去潤滑和填充。所以在改善石子級配的同時，增大粉煤灰或其他摻合料用量并適當增加含氣量，同時減少水化快、親水性強的水泥用量，是用好機制砂配制混凝土的“訣竅”。當然，提高機制砂的品質，例如將原巖破碎之前，必須篩掉或沖洗掉覆土等關鍵環節，也和前面說到的石子加工一個道理，需要遵循優勝劣汰的規律，要“堤內損失堤外補”，獲得一個整體的、綜合的優良效果。
其實，現今我們身邊就有發展“低碳混凝土”的非常先進的榜樣——重慶大業集團，他們自2004年建站起就自行生產機制砂石，經破碎加工后的砂石還要通過整形改善粒形，并把生產過程產生的大量石粉加入攪拌機，致使生產和使用的C30混凝土，每立方水泥用量僅120千克！（摻合料為180千克）這樣低的水泥用量跟粉煤灰、礦粉、石粉復合，混凝土拌合物的品質保持優良、穩定，不存在離析泌水，也不存在出現溫度裂縫的擔憂。我們應該大力宣傳這樣的低碳混凝土實踐典范。
采訪結束時，覃教授強調：發展“低碳混凝土”，水泥減量勢在必行。但只要改變觀念，注重砂石骨料的質量關，同時用好大摻量粉煤灰、礦渣、石粉等工業固廢，我們就一定能推動“低碳混凝土”獲得長足地發展。
據悉，覃維祖教授長期致力于高性能混凝土結構、混凝土早期開裂和耐久性評價、活性粉末混凝土及其工程應用、高摻量粉煤灰混凝土及其在路橋工程中的應用等方面的研究，是我國建筑材料方面的專家。2020年，覃教授曾受邀參加了由砂石骨料網主辦的“東海論壇-首屆中國砂石高質量發展峰會”，并在“精品砂石·高性能混凝土技術研討會”上發表演講，深入解析“高性能混凝土與精品砂石的關系”，令參會嘉賓們感到受益匪淺。
砂石潮流浩浩蕩蕩，隨著中共中央、國務院再度下發重磅文件，直指碳達峰、碳中和，建材行業的節能減排，“低碳混凝土”的大力發展應用已成必然趨勢。但究竟如何更好地規范和完善砂石生產工藝流程？如何通過優質機制砂石級配降低混凝土的生產成本？精品砂石骨料在實際應用中如何更精準穩定的調配？大企業集團在打造新的砂石生產線時，會融入哪些低碳設計理念？諸如此類問題，都橫亙在行業同仁面前。
故2022年2月底3月初，砂石骨料網將在浙江召開以“低碳·智能·品質·融合”為主題的“東海論壇—第二屆中國砂石高質量發展峰會暨砂石骨料網年會”，擬邀請覃維祖教授出席演講，深入淺出的剖析“低碳混凝土”。屆時，組委會還將聯合自然資源、工信等行業主管部門和國家頂級智囊、院校研究機構、砂石（建材下游混凝土）行業主流企業、砂石與混凝土協會、最新工藝技術及智能節能裝備、港口物流、資深投行與媒體等一起深入解析行業成熟的生產工藝，探討分析最新政策及區域市場變化，找尋砂石企業高質量發展路徑，聚焦提高砂石品質工藝，探討降低生產能耗相關舉措，促進雙碳目標實現。
