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刍议预拌混凝土之绿色发展秦健花

发表时间：2021/7/27 来源：《基层建设》2021年第14期作者：秦健花

[导读] 从十三五到十四五，政府大力推动绿色发展，同时推进绿色建材的发展。预拌混凝土作为建筑、建材行业中运用最广泛，需求量最大的建材产品

        上海众合检测应用技术研究所有限公司上海 200436
        摘要：从十三五到十四五，政府大力推动绿色发展，同时推进绿色建材的发展。预拌混凝土作为建筑、建材行业中运用最广泛，需求量最大的建材产品，十三五期间已纳入绿色建材产品目录。笔者结合工作实践经验，探讨预拌混凝土绿色生产节点管控（环保、设备、安全、节能减排、再循环利用、关键性能检测），探究绿色混凝土产品多元化发展，以期帮助企业解决和改善传统存在的问题，推进更多绿色混凝土产品评为绿色建材，促进预拌混凝土的绿色可持续发展。
        关键词：绿色发展；绿色建材；绿色生产；节能减排；再循环利用；关键性能检测；多元化
        Abstract：From the 13th Five-Year Plan to the 14th Five-Year Plan，the government vigorously promotes green development，and also promotes the development of green building materials.Premixed concrete，as the most widely used building materials product in the construction and building materials industry，has been included brought in to the green building materials product catalog during the 13th Five-Year Plan period.The writer according to his working practice experience，trying to discuss the green production node control of the Premixed Concrete（environmental protection，equipment，safety，energy conservation，emission reduction，recycling，key performance testing），exploring the diversified development of green concrete products，in order to help enterprises to solve and improve the traditional problems，promote more green concrete products as green building materials，promote the green sustainable development of the Premixed Concrete.
        Key words：green development；green building materials；green production；energy conservation and emission reduction；recycling；key performance testing；diversification

        0.引言
        绿色建材是可减少对天然资源消耗、减轻对生态环境影响的建材产品[1]。目前，业内对绿色建材的研究力度和应用力度提升，政府鼓励建材企业绿色化改造，降低能耗。但在传统的建筑、建材行业仍存在较大的能源损耗及资源浪费，其中不乏传统的预拌混凝土。现在人们更关注与生活息息相关的问题，如预拌混凝土生产时有无明显粉尘，生产作业时有无噪音，污水废水是否按规定排放，有无影响河道生态。随着科技进步，大家期待有更多元的绿色混凝土产品出现，减少对自然资源的索取，取代传统意义上的普通混凝土。
        鉴于以上背景，以预拌混凝土申报绿色建材的主控点展开，探究预拌混凝土的绿色发展之路，供企业管理和同行参考。一、探讨预拌混凝土绿色生产节点管控，包括对环保、设备、安全、节能减排、再循环利用、绿色性能检测等；二、探究绿色预拌混凝土产品多元化发展。
        1、绿色生产管控要点（环保、设备、安全、节能减排、再循环利用、绿色性能检测）
        随着政府大力推动，从十三五期间的绿色建材评价标识发展到十四五期间的绿色建材产品认证。无论哪一种方式，绿色生产节点管控，是保证预拌混凝土绿色发展的社会经济前提，是重要的绿色生命线。
        （1）、绿色生产对环保——“三废”排放监测的管控
        这里的“三废”是指大气污染物排放即生产性粉尘的控制、厂界环境噪声排放及生产废水的排放。
        ㈠生产性粉尘的控制
        1.1生产性粉尘主要来源：原材料输入，如水泥、粉煤灰等粉料的输送入仓、骨料类的泥粉含量、皮带机上料及投料等过程中产生的粉尘，因人为失误造成的搅拌车内混凝土外溢后硬化混凝土的处理，拌机和拌车内余料结块清理时产生的粉尘等。
        1.2主要管控措施
        ①对产生粉尘排放的设施设备、堆场实施封闭处理、内设除尘照明，设施安装除尘装置。
        ②安装喷淋装置，包括厂区/界、砂石料堆场、码头上料区、出入门口；设专人负责厂区内场地清洁，无明显扬尘，可增加自动喷洒车。
        ③采用先进的生产设备，降低生产过程中扬尘。
        ④搅拌主机卸料口设防喷溅装置，加强对生产人员、驾驶员责任心教育，避免人为因素造成的搅拌车内混凝土外溢；及时清洗搅拌设备、运输设备。
        ⑤安装监测装置不少于2点，建立监测网络，定期自我监测和第三方监测。
        ⑥厂区道路及作业区域铺设满足运输最大荷载的硬质不起尘的地面材料，围墙及厂区种植绿化。
        ⑦核查近一年内的第三方《工业废气（无组织）检测报告》。
        ㈡厂界环境噪声排放（噪声的管控）
        2.1 噪声主要来源：不扰民是绿色生产的重要控制项。运输搅拌车辆进出的声音，生产时发出的搅拌声，码头或皮带机输送，铲车上料，粉料输送，清洗设备等。
        2.2噪声管控措施
        ①对生产上料、搅拌装置整个系统设施进行封闭处理，降低噪声输出。
        ②骨料的输送带动力区加防噪声装置，滚轴下部区域易累积砂石及时清理，定期加润滑油。
        ③醒目位置设禁鸣标志，车辆进入厂区禁鸣。围墙处可增设隔声屏，降低噪声对外围居民的影响。
        ④选用科技先进，低噪音的设施、设备。
        ⑤增加噪音监测装置，加强自控和第三方定期监控。核查近一年内环境检测报告——《厂界噪声检测报告》。
        ㈢废水的排放
        3.1生产废水的来源：场区道路冲洗及余料压滤处理产生的废浆、废液；清洗拌机，清洗搅拌车产生的废水。
        3.2废水管控措施
        ①厂区设置专用管道系统、排水系统；排水沟/槽应方便清理。
        ②有完整的废水处理设备设施，设多级或三级沉淀池。处理后清水池待用。
        ③处理后的废水可用于混凝土拌合用水，掺用比例通过混凝土试配验证。
        ④经处理后的废水也可用于车辆清洗，场地冲洗，并重复循环利用，“0”外排。
        ⑤核查近一年内的环境检测报告——《废水检测报告》。
        （2）、对运输及生产设备的管控
        ①宜采用车辆定位系统监控系统，搅拌罐可配置保温隔热措施。
        ②设专用洗车台设施，积极采用处理后的循环水冲洗，产生的废水进废水处理系统再回收再利用，可配置雨水回收设施加以有效利用。
        ③粉料筒仓有清晰明显标识，配料位控制系统，定期维护保养有相应记录。
        ④建成封闭式骨料堆场，安装喷淋装置抑尘。料仓有标识且清晰明显。
        ⑤ 配置砂石分离机处理新拌的废弃混凝土，可配置压滤机处置废浆液。
        ⑥选用低能耗的设备设施，未来期待有节能环保型的车辆在预拌混凝土车辆上使用。
        ⑦在“互联网+”数字化技术运用下，建立完善车辆调度及生产一体化系统。
        （3）、安全的管控
        有安标证书，公司有专门经培训取证的安全管理班组，有安全生产管理制度和运作，有安全抽查记录，有培训，无重大质量和责任事故。有职业健康安全、环境，质量的管理三个体系的建立和运行。
        （4）、节能减排的管控
        ①预拌混凝土原材料属地化管控，降低运输能耗，运输距离宜控制200km以内，最远控制＜350km，宜采用船运。制定有效措施，控制生产性粉尘和废水的排放，合理节水、节电、节油，管控混凝土产品的每年单位产品能耗，宜呈良性递减。
        ②宜对预拌混凝土整个生命周期开展EPD和碳足迹的评价，为节能减排和降低环境污染奠定数据分析基础。
        ③作为质量把控关键部门，试验室宜动态根据市场需求研发新产品，对不同原材料变化经常进行混凝土验证，保证产品质量安全和施工性能。最大程度控制预拌混凝土强度富裕值在115%～125%为宜，不宜超过130%，减少资源性浪费，降低能耗，降本节支。多尝试采用新材料，减少水化热高的水泥用量。
        （五）、废水、废浆、固废再循环利用
        ①配备完整的废水处理系统，经沉淀处置后的废水可用作混凝土生产用水。须经检测符合《混凝土用水标准》JGJ 63规定。掺用比例通过配合比试配验证，须满足混凝土各项性能要求。
        ②处理沉淀后的清水来冲洗场地，洗搅拌车/机，再流入处理系统回收。
        ③经压滤机压滤后的固体做无害化处理[2]。可给有资质的单位回收做基础回填等
        ④混凝土拌合物余料及废弃料经砂石分离机分离，分离出的粗细骨料经分类处理循环再利用，废浆走压滤系统压滤分离。
        ⑤废弃硬化的混凝土由专业破碎机处理后生成再生骨料和粉料，经混凝土配比验证，可由企业自己验证利用。也可由有资质的回收单位进行回收消纳再利用。
        ⑥记录废料回收处理台账，统计每年报废生产率，回收利用率及处置方法。
        （六）、关键性能检测管控
        预拌混凝土作为绿色建材评价，关键能检测包括：出厂检验拌合物的主要指标，硬化混凝土的力学和耐久性，还宜包括对环境有害影响的性能检测。
        1.拌合物主要性能检测①拌合物取样做坍落度或扩展度，并观察料款的施工性能。出厂坍落度选偏上限，大方量的，验证第一车或前二车的混凝土坍落度经时损失，根据GB/T 14902 规定，1h损失控制在30mm以内。在实际生产过程中，关注出厂坍落度的比较多，对坍落度经时损失验证考衡的比较少。而这个指标恰恰相当重要，特别是炎热夏季，熟知坍落度损失，避免到现场混凝土因施工性能差，坍落度小，人为的直接加水造成混凝土质量事故。
        ②混凝土含气量，取决于混凝土本身的设计需求，不是越大越好或越小越好，类似透水混凝土设计时常会考虑用含气量大的外加剂来配合。一般混凝土的含气量控制在6%以内，特殊混凝土除外。
        ③表观密度：常用普通混凝土表观密度一般控制在2100kg/m3～2500kg/m3。注意验证校正系数[3]，这个指标能简接反映混凝土品质，可以看出“盈方”和“亏方”。
        ④拌合物中水溶性氯离子的含量限值是根据混凝土使用所处的部位和环境决定。先行验证拌合物的水溶性氯离子含量，对钢筋混凝土特别是预应力混凝土安全尤为重要。
        2.硬化后混凝土的力学性能在绿色建材中的评价或认证中管控要点：生产的混凝土强度的富裕系数不能远大于设计值，如C30的混凝土强度一般设计值在38.2MPa左右，生产的混凝土强度按数理统计，平均强度控制宜不高于43.2MPa，即控制不宜高于本身设计强度等级的一个等级。在满足设计保证混凝土结构安全前提下，各等级混凝土强度的平均富裕系数宜控制在1.15～1.25。
        3.绿色建材需要考衡混凝土耐久性能[4]，关键管控检测性能：①抗渗试验，常用验证方法是逐级加压法。绿色建材中达抗渗等级P8～P12得可选得分项。②抗冻性一般有三种方法，我们通常采用快冻法，绿建评价中以达到F300得选择得分项。③抗氯离子渗透：RCM法和电通量法。要注意的是，做氯离子渗透试验的两种方法龄期不相同，RCM为84天；用电通量法时看掺合料的比例，再选择适宜的龄期进行试验。绿建评定二种方法的测试报告均认可，以符合II级及以上得得分项。④抗碳化性能对评定混凝土对钢筋保护作用起着很关键的作用。一般采用棱柱体，3个试件一组，如果条件不具备，也可以用成型抗压试块100cm3，试验中注意CO2浓度保持17%～23%温、湿度控制在规定范围。绿建评价：符合Ⅲ级（含Ⅲ级）得可选得分项。
        3.对环境影响的性能检测：铬含量、氨的释放限量及混凝土放射性比活度等。检测这三个参数目的为减少预拌混凝土对环境影响和对人体健康影响。铬含量检测可做实测值作为参考依据。混凝土中如果氨释放限量超标，人体会感到不舒服，危害健康。水铬含量、氨的释放限量可由企业提供产品检验报告（近一年内）。混凝土放射性报告（内外照射指数）可体现在混凝土的型检报告上也可单独检测报告。
        2、绿色混凝土产品多元化发展
        绿色混凝土是一种新型环保材料，具备耐久性高、稳定性好，流动性好，抗裂性能好，具有保护保护生态，降低能耗，节约资源等优点[5]。近几年，政府对矿山资源和天然砂开采的高度监管，从原先几十元到如今快接近200元/吨，整个市场出现 “用砂荒”，天然砂一票难求。水泥、砂石等价格一再上扬，混凝土产量据不完全统计，我国2020年的产量约29.6亿m3，比2019增加了8.11%。面临原材料资源紧缺，为满足混凝土生产需要就要积极改变思维，开拓新的原材料，用新工艺新方法来探究绿色混凝土，解决传统混凝土对天然河砂及其他天然资源的依赖。积极寻找拓展新的材料，配合外加剂新技术，来满足混凝土需求，这种材料可以是工业废料，可以是建筑垃圾或再回收生活垃圾。探究环保、节能、有生态意义的绿色混凝土产品和实践运用，同时可解决依赖传统施工振捣工艺，转变人们预拌混凝土耗能高，重污染不环保的固有印象。
        2.1探究机制砂混凝土的配制及应用
        市场的“用砂荒”，打开了国门，大家想到了进口河砂。目前主要来自东南亚，报关手续繁琐，等待周期长，兼顾成本等各种因素，不建议长期依赖进口河砂。海砂的风险性不言而喻。淡化海砂，从笔者调研的部分使用情况看，存在○1不能对整船批彻底均匀的淡化处理，○2在淡化冲洗过程中排放的冲洗水污染内陆水域，长期运作破坏河道生态平衡。○3一旦使用未完全淡化或严重超标的氯离子海砂，后果严重，建议慎用淡化海砂。
        机制砂根据不同工艺加工成不同规格可连续级配可单级配的砂。优质机制砂杂质少，粒型好、与粉料粘结力高，可100%代替机制砂，解决用砂荒的困境。但需要注意，受资源、利益等各种因素影响，不是所有的机制砂都可以100%完全代替天然河沙。目前机制砂的原石基本上以河卵石、鹅卵石、花岗岩居多，质量参差不齐。部分鹅卵石表面有严重风化、坑眼；也有风化岩石制成的机制砂，这类砂表现需水量大，坚固性差，吸附性大，和易性差，后期强度发展慢且偏低。在配合设计及验证时，机制砂混凝土对其机制砂要进行严格的检测验收，并进行①坚固性②压碎指标是机制砂混凝土配制的一个必要条件，一般单级配的机制砂压碎指标控制在≤20%范围内。③如混凝土出现和易性非常差，吸水泥，料粘滞需水量非常大，等变化，经验证可掺适量细砂10%～20%（尝试江沙代替河砂），适当增加胶凝材料用量，可有效改善此类机制砂的缺陷。
        2.2建筑垃圾再生利用混凝土的配制和应用
        将建筑垃圾经过加工后制成再生骨料作为新型绿色混凝土的骨料，将成为回收再利用的节能减排的绿色发展方向。GB/T 25176和GB/T 25177定义了混凝土用再生细、粗骨料。随着建筑技术不断提高，拓展再生骨料采集的范围①建筑工地或拆除建筑的废弃料②多余硬化混凝土或废料③建筑垃圾中的砖石、瓦砾④废弃砂浆等⑤回收已检测完毕的混凝土试块、砂浆试块、水泥试块、灌浆料试块等试验废料等（以往传统的方式是收购单位用做建筑回填，或运往偏远垃圾场堆放，构成二次环境污染）。现由专业回收处置此类材料的单位，专业的球磨机破碎成不同粒径的再生粗、细骨料。以混凝土废弃料为再生粗骨料为例，再生骨料混凝土配合比设计和应用可⑴提高掺活性矿物和料的比例⑵对再生骨料做预湿处理，改善混凝土需水量大，提高再生建筑垃圾混凝土稳定性。⑶尝试再生骨料的预先用水泥浆液包裹或增强再生骨料性能的有机类方式处理，提高再生骨料的抗压能力，降低需水量。
        再生骨料混凝土的积极研发、推广可解决建筑拆除修缮等的垃圾处理问题，降低建筑垃圾排放量，减轻生态环境污染，实现建筑垃圾废弃物的回收再利用的绿色发展战略。但值得重视的是，不同批次和不同机械加工出来的再生骨料存在明显的质量差异。再生骨料原始基材强度偏差很大，受影响因素较多，如有的石头粉体黏连量比较多，需水量大，有的内部受损严重，压碎指标很大。这些技术数据目前积累还不够完善，尤其对于工程实体的耐久性，所以再生骨料的大掺量使用或在高标号混凝土上的使用，需慎重。实际应用前要充分的验证和经验积累，赋予构筑物足够的安全系数。
        2.3轻骨料混凝土的设计和应用
        轻骨料混凝土常利用大量工业废渣，如煤矸石还会污染环境[6]。制作成陶粒，变废为宝。因此，合理利用这些轻骨料，设计优质的轻骨料混凝土，给大自然节能减负。轻骨料混凝土配合比设计时，若设计标号较高，可以选用圆球形状、颗粒级配良好、筒压强度高的，如页岩陶粒。低标号可选用黏土类、粉煤灰陶粒。设计密度等级较轻，可选用颗粒比较大的陶粒作轻粗骨料，尽可能减少水泥和普通砂的用量。为降低轻骨料混凝土密度，可适当掺引气剂。陶粒作为原材料需进行含水率、筒压强度、密度及吸水率等检测。陶粒混凝土出厂前检验混凝土拌合物的施工性能（如图一）。应用时注意：1.根据陶粒的特性，吸水性对混凝土坍落度敏感，所以在混凝土生产和配制前对陶粒进行预湿处理，测其含水率，控制生产混凝土的稳定性。2.由于陶粒密度轻，容易上浮，陶粒混凝土在泵送施工宜采取降低泵送阻力的措施，入泵前将搅拌运输车筒体快速运转进行二次拌合，以保持料况的均匀稳定，避免混凝土泌水，堵泵等现象。3.施工时应采取有效振捣，不宜振捣时间过长，采取快插为宜以避免陶粒上浮（见图二），及时抹面处理，宜在初凝和终凝前加一道抹面处理。

        图一新型轻骨料混凝土和易性良好图二新型轻骨料混凝土施工
        陶粒可以成功地运用到各种部位，因其优异的自身密度，带来了经济成本的收益，而且还有节能保温的作用，给建筑物受益。设计各种标号等级的轻骨料混凝土，正是满足现代建筑对绿色发展之需。
        2.4自密实混凝土的设计和应用（环保便利型）
        自密实混凝土因其显著的免振捣自己流淌密实的特点，受大家青睐。配制时须注意：①水泥等粉料多大容易产生结构裂缝，可提高粉煤灰，矿渣粉等用量，降低水泥水化热，可适量掺纤维提高混凝土张力，减少表面裂缝。②利用高性能聚羧酸类外加剂，验证与水泥等材料的适应性，使其具有良好的粘聚性和自流淌能力。③粗骨料粒径要好，连续，少针状少无片状这是至关重要的，比普通混凝土这个指标要严格控制。如果是复杂结构，骨料可选（5～16）mm。④无论采用人工砂、机制砂颗粒级配要良好并洁净。在成型混凝土试件时分二次加料，不插捣。自密实混凝土除一般的性能检测外，需增加自密性能的检测。
        传统混凝土施工需靠人工来振捣密实，日夜工作噪声影响周边居民，受工况等影响工人健康安全有所影响。遇到配筋稠密或薄壁结构等部位，工人很难将其振捣密实，影响施工质量。现利用自密实混凝土特性，通过它的自重实现提升自密实效果，其优良的和易性省去振捣环节，解决配筋密集，难以振捣等施工难题，且不影响周边居民和工人的健康，不仅无振捣，而且其硬化后外观舒适、具备良好的耐久性，属于环保便利型的绿色混凝土。
        2.5泡沫混凝土的设计和应用（节能型）
        泡沫混凝土是经过物理或化学发泡后制备的空隙率较高的混凝土，分现浇及制品。泡沫混凝土设计时不仅要考虑满足混凝土抗压强度，密度等级，和易性能，还需要考虑它的保温性能。泡沫混凝土与传统混凝土相比，其具有：①密度轻，在建筑物楼面、内墙等结构中采用，减轻自重，降低材料开支。②导热系数小（0.07～0.25）[W/（m.K）]，新型轻质具备绿色节能保温，③泡沫混凝土属不燃性材料，A1级。④具有较好的施工性能，可以配制各种强度等级和密度等级，不仅可以制作成各种规格的制品，还可以直接机械施工，便利快捷。但需注意：泡沫混凝土制品空隙率较大，再运输过程中制品须包装完好，防止硬摔造成低等级强度的制品内部结构破坏。⑤泡沫混凝土可以用无屋面保温，楼地面，还可以假山制作，回做回填或作夹层等。其适用范围广，属于绿色节能保温的混凝土产品。
        2.6其他类型的绿色混凝土发展应用
        （1）透水混凝土：一般具有较高的透水透气性能，是河岸坡道、路面铺设、人行道铺设的常见材料。同普通混凝土相比，减少或不用细骨料，控制粗骨料含泥量。透水性混凝土的应用，能够有效扩大河岸斜坡透水、透气面积，保障了城市及河道防洪灾害，可解决传统混凝土在道路施工中存在的问题，改善道路排水及丰富城市地下水，改善城市热岛效应。
        （2）生态混凝土（植生/植被型）：混凝土主要以高透水、大骨料或无细骨料配制加以泥土，植物，保水材料为主。这种新型混凝土适合植被生长应用在道路两侧边坡处理、提防迎水面、停车场及绿色屋顶等结构中。可解决当前的热岛效应，实现城市建设与生态环境间的协调处理。
        （3）生活垃圾环保型混凝土（SCW）：笔者了解到市场上已有利用最新科技技术，将生活垃圾进行陈腐处理后生产出新型的SCW材料，用此干性物质运用到混凝土中。这种生活垃圾型混凝土的推广，不仅降低生活垃圾排放量，减轻环境污染。
        绿色混凝土产品多元化不仅限于以上这些类型，如绿色高性能混凝土，多用低能耗的水泥，大掺量活性掺合料；如清水混凝土，一次成型不再需要做任何外装修，具有平整均匀色泽一致的美观感受，减少二次施工带来的资源浪费和二次污染；如高耐久性混凝土，提高构筑物使用寿命，减少资源浪费。以上部分绿色混凝土产品是笔者为拓展绿色混凝土多元化发展做的市场了解，以期将来继续探究，如生活垃圾环保型混凝土。
        3结语
        通过在新时代背景下，对预拌混凝土企业的绿色生产节点管控的探讨，增强对“三废”排放的监测，做到生产废水“0”排放。增强节能环保意识，期待未来可利用风电节能运输车和变频技术运用到设施设备。有效控制混凝土产品的强度富裕系数，减少资源性浪费，降低产品能耗。进一步提升预拌混凝土的出厂质量控制，掌控好坍落度经时损失、拌合物水溶性氯离子，密度校正等容易被忽视的检测参数。面对原材料的天然资源紧缺，积极寻找可替代品，多尝试新型的利废环保材料，减少对自然资源的索取和消耗。希望本文能给到同行参考，对预拌混凝土企业有所启迪，改变传统思维，勇于创新且不断创新，跟进建筑建材业绿色发展的脚步，研发创新更多的绿色预拌混凝土产品占领绿色建材市场，通过绿色建材之门，发挥经济与社会效益的最大化并伴随建筑科技的进步，未来的预拌混凝土能与自然生态协调共生。

        参考文献：
        [1]中国工程建设标准化协会.T/CECS 10047-2019 绿色建材评价预拌混凝土[S].北京：中国标准出版社.2020.
        [2]中华人民共和国住房与城乡建设部.JGJ/T 328-2014 预拌混凝土绿色生产及管理技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社.2014.
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        [4]缪昌文.高性能混凝土外加剂[J].北京；化学工业出版社.2018.10.
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