特别策划：混凝土掺合料的复合方法探讨

特别策划：混凝土掺合料的复合方法探讨

编者按：2015年8月21日，住房城乡建设部发布公告，批准《混凝土用复合掺合料》为建筑工业行业产品标准，编号为JG/T486－2015。该标准自2016年4月1日起实施。矿物掺合料是高性能混凝土的重要组分之一。复合化是矿物掺合料发展的必然趋势，是解决目前局部地区资源供给困难，同时提升矿物掺合料利用水平的有效措施。如何对一些掺合料进行加工处理，不同种类掺合料如何进行复合，以及相关检测和使用方法等，本期诚邀行业专家及技术人员就新标准及以上问题展开讨论。

王栋民（中国矿业大学(北京)教授，中国硅酸盐学会固废分会 理事长）

2016年2月《商品混凝土》推出特别策划题目“混凝土掺合料的复合方法探讨”，我觉得很有意义，既有理论意义，又有实用价值。众所周知，混凝土掺合料业已成为现代混凝土不可或缺的第五组分。可以毫不夸张地说，没有混凝土掺合料，混凝土公司的实验室主任和总工程师就配不出好的混凝土。混凝土各种矿物掺合料已经在我国不同行业和部门出过很多不同版本的标准，有案可查。去年8月21日，住建部发布公告，批准新的《混凝土用复合掺合料》为建筑工业行业产品标准 JG/T486－2015。该标准将于2016年4月1日起实施后，将进一步推动其发展和应用。

拟从几个方面讨论：

首先是用于混凝土的矿物掺合料来源的广泛性。用于混凝土的矿物掺合料包括：粉煤灰、矿渣、硅灰、偏高岭土、煅烧煤矸石粉、钢渣微粉、铁尾矿细粉等，各种不尽穷举。一般认为，凡是以铝硅酸盐类化学成分为主（但也不局限于此）的工业或者矿业固体废弃物经过适当处理均具有做混凝土矿物掺合料的潜质。对于矿物掺合料的特性，一般从三个方面考虑：化学组成、矿物组成和颗粒分布，对应的检测方法是 XRF、XRD、LD（激光粒度分析仪），在水泥混凝土中的作用对应的即所谓：物理效应、化学效应和颗粒效应。王爱勤曾经在 CCR 上连发3篇论文论述这些效应。

其次是复合原理和复合效应。吴中伟先生曾经提出材料和矿物掺合料的“超叠加效应”，指出不同矿物掺合料复合使用会在混凝土的工作性、强度、耐久性和经济性等方面都产生意想不到的有益效果，如矿渣/粉煤灰的复合使用、粉煤灰/硅灰的复合使用等都会产生积极的效果。近年来在研究一些难用掺合料方面也得到一些体会，尝到一些益处。如把单掺较难用的钢渣通过钢渣/矿渣复合粉磨制备而成的复合微粉就起到了很好的应用效果，把煅烧煤矸石粉与粉煤灰复合使用，将循环流化床超细粉煤灰与普通粉煤灰复合使用等都取得了很好的效果。

第三是不同矿物掺合料复合的多元化组合。因为掺合料品种很多，可以相互组成很多情况，可以二元复合，也可以多元复合。在复合技术方面，可以基于化学成分的互补，也可以基于颗粒粒度分布的互补，还可以基于矿相的互补，或者兼而有之。如在高铁高性能混凝土制备中，铁道部曾经根据铁路混凝土的特殊要求，提出一种掺量10%、而能够高效满足工程需要多项特定特殊指标的专用矿物掺合料，通过多元复合技术可以很好实现。

第四是在制备复合混凝土矿物掺合料时化学外加剂（助磨剂、性能调节外加剂等）的合理使用。复合矿物掺合料制备中，可以是简单混合，也可以是共同粉磨等，外加剂的使用是一个核心关键技术。请注意，这里的外加剂不是混凝土的减水剂和泵送剂（admixture），而是对于矿物掺合料性能改善和微调的添加剂（additive）。如微量（1/万）的三乙醇胺助磨增强剂、微缓凝或促凝剂、水泥需要量减低的外加剂（用于复合煤矸石活性混合材）。

概括一下混凝土复合矿物掺合料的制备应该从单料的选择、复合的配比、复合的工艺和方法、复合时外加剂的选用等几个方面进行考虑，最终形成优化的高性能产品，服务于现代高性能混凝土的应用，并有效实现固废的资源化利用。

刘娟红（北京科技大学，教授、博士生导师）

要注意对“混凝土用复合矿物掺合料”活性认识的误区

不能认为“复合掺合料的活性越高，水泥基材料的强度越高，耐久性越好”。

目前，水泥粉磨细度高，又增加了早强成分，水泥早期活性大大提高，导致在较低水胶比时水泥用量高的混凝土28d后的强度不增长或倒缩现象。如果胶凝材料的组成中含有大量的活性掺合料，那么，此类胶凝材料的水化放热速度快、放热量大，影响了混凝土的和易性，使混凝土早期开裂敏感度增大。

在现代混凝土技术中因降低了水胶比，矿物掺合料的化学反应活性并不居决定性地位，而矿物掺合料的需水行为与颗粒的大小、粒径分布、颗粒的圆形度等因素对水泥基材料性能的影响很大。

要注意复合掺合料的活性与混凝土性能的关系

结构工程对混凝土的性能要求是多方面的，因此，在选择掺合料活性时不能单纯地考虑强度性能，必须兼顾其它方面的性能。

作为混凝土主要组分的水泥，早期活性越来越高，比表面积很大，已经严重影响了混凝土结构抵抗环境作用的耐久性能。但是，从另外一个角度来说，当混凝土中水泥用量较少，高活性矿物掺合料也较少；同时，复合掺入一定掺量的早期活性较低的矿物掺合料（如粉煤灰），降低早期的水化速度和水化热，依靠粉煤灰等掺合料后期的火山灰反应提高混凝土的后期强度。这对混凝土的耐久性的提高十分有利。

要注意复合掺合料活性的选择

惰性矿物掺合料也有增强作用，此时主要归因于惰性矿物掺合料对水泥的稀释作用，以及微细颗粒的密实填充作用。高细度、低活性的石灰石粉属于活性低的掺合料，可以减小温度应力，改善混凝土早期开裂敏感度。其颗粒比水泥颗粒小，具有良好的形态效应和填充效应，并能起到分散作用，促使水泥颗粒的解絮；因石灰石粉需水量比较低，可以降低水胶比，并能使高等级混凝土的粘度显著降低；石灰石粉填充在水泥颗粒之间，改善了胶凝材料的颗粒级配，另外填充在界面的空隙中，使水泥石结构和界面结构更为致密，提高了水泥石强度和界面强度。

因此，在选用复合掺合料时不要过分强调“活性指数”，应根据混凝土的强度等级、水胶比、结构尺寸来选用复合掺合料。走出“活性指数”的误区。

于吉涛（碳酸盐粉体联盟理事长、山东众森科技股份有限公司董事长）

2015年8月21日，住建部发布了《混凝土用复合掺合料》行业标准，自2016年4月1日起实施。

该标准的发布背景，从宏观上讲，是我国经济在持续多年高速发展后处于一个新常态，混凝土行业普遍面临发展困境，同时国家大力推广应用高性能混凝土、建筑产业化，行业面对着新的挑战和选择；从微观来看，近几年混凝土行业普遍面临各地天然河砂枯竭，机制砂行业快速兴起，以及受钢铁行业经营下滑、清洁能源兴起带来火电减少，出现传统矿物掺合料在各地不同程度短缺的现实难题；从混凝土行业自身来看，刚刚过去的2015年是全国混凝土行业十多年来市场最不景气的时期，行业增速、混凝土价格、盈利增速、行业收入等均达到新低，同时行业亏损面扩大，企业应收账款创新高。与其相对应的则是混凝土行业产能严重过剩，经济形势下行，全国混凝土行业产能利用率普遍不足30%，未来市场竞争还将更加激烈。

在这样的背景下，《混凝土用复合掺合料》标准的发布，对混凝土企业来讲，既充满挑战又是一次难得的机遇。为什么这样讲？因为复合掺合料技术是混凝土企业摆脱当前困难和挑战，解决天然河砂、传统掺合料等原材料不足困境，做好石灰石粉资源综合利用，降低生产成本，乃至今后生产高性能混凝土，实现混凝土一体化生产，发展PC构件延伸产业链，让企业健康发展的一个关键技术和环节。

复合掺合料及特殊性能

《混凝土用复合掺合料》标准给出的定义为：由两种或两种以上的矿物掺合料，按一定比例混合均匀的粉体材料；或由两种或两种以上的矿物原料，按一定比例混合后，必要时可掺加适量石膏和助磨剂，再粉磨至规定细度的粉体材料。其中的矿物掺合料、矿物原料的选择范围必须是粉煤灰、矿渣、硅灰、火山灰、石灰石粉、磷渣、钢渣、助磨剂、石膏。

矿物掺合料应用于混凝土是现代混凝土技术的重要特征之一，现在混凝土生产已经离不开矿物掺合料。过去混凝土中添加掺合料主要是为了降低生产成本和达到资源综合利用、保护环境的目的，现在随着技术的发展，矿物掺合料已经成为混凝土中不能或缺的功能性材料了。

传统的混凝土矿物掺合料包括粉煤灰、矿渣粉、硅灰等。以往混凝土生产以单掺一种矿物掺合料为主，但单一的掺合料发挥的作用有限，只能带来某一方面的益处，比如提高混凝土流动度，或是提高抗冻性，或是对抗碳化有作用。后来有了双掺，让粉煤灰、矿渣各自发挥有利的一面。而利用两种或两种以上矿物掺合料复合产生的超叠加效应，就能取得比单一矿物掺合料更好的效果，还能取代部分水泥用量，降低混凝土生产成本。

现在国内一些市场传统矿物掺合料短缺，价格上扬，已经影响到了混凝土企业的正常生产，扩大掺合料来源目前在一些市场已经成为混凝土企业的重要任务。复合掺合料虽然只是一种新产品、新技术，但由于复合掺合料具备优于单一矿物掺合料的特性和优势，通过技术调节可以满足不同建设工程对混凝土生产的不同需求，具备满足工程项目的个性化需求，在未来市场肯定大有用武之地。

石灰石粉应用难题将得到彻底解决

最近看到两个和砂子有关的新闻：一是“非法采砂”2016年或将入刑，非法采挖河砂的行为将会很快得到法律的遏制。二是在山西，坑口吨煤价格卖不过一方砂子的价格，随着天然河砂越用越少，价格会越来越高，将来可能有钱也买不到。

近年来随着天然河砂资源的枯竭，机制砂取代河砂在各地蓬勃兴起，但随之而来的是机制砂生产而产生的大量灰石石粉的出路怎么解决？石灰石粉作为一种惰性材料，长期以来没有得到很好的应用，一直是行业一大难题。现在有了答案，就是用它生产复合掺合料。

山东众森科技股份有限公司在国内最早研究出大掺量石灰石专用助磨剂，对石灰石（粉）在水泥粉磨中的应用曾做过大量研究。因此，当国家倡导水泥行业向上下游延伸产业链后，特别是近年来机制砂兴起后，公司马上意识到这是一个新课题，也是一个新机遇。

机制砂石骨料生产中剩余有大约20% 的石灰石粉，随着技术的进步，近年来石灰石粉应用于混凝土生产，是适应现代混凝土发展趋势的结果，石灰石粉在满足混凝土大流态需求和减少水泥、矿物掺合料等胶凝材料用量等方面优势明显，因此我们决定延续对石灰石粉在混凝土中应用的深入研究。

通过市场调研中发现，当前我国电力行业重点发展包括风能、太阳能、核电等清洁能源，限制火力发电，还有钢铁市场需求不足，企业生产量下降，造成混凝土用传统矿物掺合料出现了不同程度的短缺，一些地方甚至发生造假、售假现象。扩大掺合料来源，研究利用低品质矿物掺合料成为混凝土行业未来发展方向，因此我们选择了复合掺合料的研究。

2013年6月，在中国混凝土与水泥制品协会的支持下，由我们山东众森发起，在全国成立了“水泥与混凝土用碳酸盐粉体材料产业技术创新战略联盟”（简称碳酸盐粉体联盟）。碳酸盐粉体联盟是国内首个从事石灰石粉节能与技术创新的企业、高校、科研机构和行业协会自愿参与的开放性组织，是当前我国研究应用石灰石粉、推广复合掺合料的重要平台。联盟成立以来，专门针对包括石灰石粉在内的复合掺合料进行研究获得成功，并在广西、湖南市场成功应用。

复合掺合料是混凝土一体化生产的关键技术

目前形势下，针对产能严重过剩的混凝土行业如何走出目前困境，各方都在认真思考和研究。

2015年10月，中国建材联合会乔龙德会长在“中国大型预拌混凝土企业圆桌会议”指出：混凝土企业要重视产品的高性能、高品位、高质量，重视产业链一体化发展。中国混凝土与水泥制品协会徐永模会长在这次会上指出：产业链组合是企业做大做强的一个重要途径，矿物粉体材料将形成一个重要的功能材料产业。徐永模会长在2015年12月成都召开的混凝土与水泥制品行业大会上还讲道：水泥—混凝土一体化发展是企业转型升级、战略创新的主要形式，并肯定了中建西部建设以“混凝土”为核心向上下游产业拓展，形成贯穿资源开发—生产—运输—服务—检测的产业链模式。

可以说，在当前错综复杂的行业形势下，业内专家和领导都认识到了混凝土一体化生产的重要意义。

令人振奋的是，在广西南宁，盛天集团混凝土公司已经在混凝土生产一体化方面已经先行一步，盛天集团混凝土公司已经成功做到——以股份制形式拥有矿山资源，企业拥有自己的物流运输；在搅拌站现场进行石子整形、机制砂生产；利用石灰石粉现场生产复合掺合料；现场生产外加剂；外购 P·Ⅱ52.5水泥，加上自己生产的骨料、复合掺合料、外加剂等生产高性能混凝土。

盛天混凝土一体化生产模式带来的效果是，原材料最大限度地实现性能稳定、容易调整、可以满足个性化需求，且质量、供应有保障，混凝土成本大大降低，企业系统竞争力大幅提升。

在2015年11月碳酸盐粉体联盟召开的“高性能混凝土暨循环生产一体化技术交流会议”上，代表们参观了盛天混凝土一体化生产现场，给予高度评价。

从最初为解决石灰石粉应用难题，到研发推广应用复合掺合料，再到一体化生产高性能混凝土，这一系列创新，不仅为混凝土企业带来原材料的稳定和标准、企业效益的提升，更为混凝土行业带来生产模式的创新。这种创新模式，还为混凝土企业未来进一步实现管理创新、“两化融合”等创造了必要条件。这既符合行业转型升级的发展要求，也顺应了当前供给侧改革的总体趋势。

2016年，碳酸盐粉体联盟将在全国各地举办“高性能混凝土生产一体化应用技术万里行”活动。活动计划以骨料、石粉、复合掺合料、复合胶凝材料一体化解决方案为主题，向混凝土企业、矿山企业、水泥企业等介绍有关方面知识。我们欢迎更多的企业加入到高性能混凝土生产一体化技术的行列中来，让我们共同参与和见证混凝土行业的进步。