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对预拌混凝土科学发展的思考

 

                    来源:中国建材报   作者:路来军   时间:2011.8.8

 

  混凝土是世界上最大宗的建筑材料,也是最主要的建筑结构材料,混凝土质量对建筑结构质量起着根本和决定性的作用。2010年我国水泥产量18.79亿吨;混凝土总用量达到了30亿立方米,水泥和混凝土用量居世界首位,是名副其实的水泥生产和混凝土用量大国。随着建筑技术的进步,全国混凝土行业从业人数超过500万人,已成为国民经济中的一个重要产业。预拌混凝土则是混凝土行业的主力军,近年来的特大工程、重点工程、重要结构几乎都采用了预拌混凝土,如奥运工程、城市重大基础设施建设项目、市政工程、公路和铁路交通、跨海大桥、核电、军工、港口、冶金等几乎无一例外都使用了预拌混凝土,预拌混凝土在国民经济的建设和发展中发挥着巨大的作用。

  预拌混凝土作为一个独立的新兴产业,已经走过了近30年的历程。政策的推动、市场的培育、技术的进步等一系列因素推动了预拌混凝土行业的快速发展。然而,进入本世纪以来,由于盲目扩容,恶性竞争和生产环境长期得不到根本性治理,在社会上造成了质量信任危机和“脏、乱、差”的行业形象,在一些城市、城区甚至被限制发展。如北京将混凝土企业限期迁出五环以外,还有的城市规定要将混凝土企业集中在郊区某一区域内发展。种种现象表明,预拌混凝土在为城市建设做出重要贡献的同时,也给城市发展带来了巨大的环境负荷。预拌混凝土行业规模、发展速度与管理水平的不协调,使质量风险加大,尤其是起步较晚的城市和地区,如果管理跟不上,环境状况没有根本性改变,今后行业将无法在城市立足,更不能实现可持续发展。所以,预拌混凝土行业的科学管理和发展规划必须引起我们的高度重视。

  预拌混凝土的发展历程

  预拌混凝土俗称商品混凝土,是随着建筑技术的发展而兴起的一门新型产业,其特点就是在工厂内集中搅拌,市场化供应;是指由水泥、集料、水及根据需要 掺入的外加剂和掺合料等组份按一定比例在集中搅拌站(厂)经计量、拌制后出售,并用运输车在规定时间内运抵使用地点的混凝土拌合物。混凝土集中拌制有利于采用新技术,提高机械化、自动化程度,严格控制拌制工艺,提高计量精度,确保混凝土工程质量,降低消耗并提高劳动生产率。同时还可以加快工程进度,提高建筑工业化水平和行业的整体素质。促进混凝土及相关产业的技术进步与发展,大量利用工业废料改善城市环境,促进城市文明建设,具有良好的经济效益和社会效益。推广预拌混凝土是经济发展和社会化大生产的必然,也是提高建筑工程机械化水平、保证工程质量、满足规模施工、减少城市环境污染的需要。

  预拌混凝土在我国兴起始于上世纪50年代。当时,一些大型建设工程需要大量现浇混凝土,由于施工场地狭窄、工期紧迫等原因,组织施工遇到困难,承担施工的企业开始在施工现场和施工现场附近设立混凝土搅拌设施,采用翻斗式汽车运输,吊斗浇筑混凝土,解决了施工中急需的问题。这一时期的预拌混凝土是针对某一工程专门设立搅拌站集中搅拌混凝土,而不向其他工程和社会供应,一般采用翻斗车运输,多数是塑性混凝土,这一时期是预拌混凝土的初始阶段。上世纪70年代末至80年代初,北京、上海、天津、无锡、沈阳等城市的预拌混凝土开始社会化供应,并采用搅拌车运输、泵车输送浇注,混凝土发展以流态为主,技术逐步成熟、完善。从这时起预拌混凝土作为一个独立的新兴产业才真正开始起步发展。

  这一时期预拌混凝土由于受到技术和规模的限制,供应范围较小,覆盖半径一般为10~15公里,搅拌站的年生产能力一般为5万~15万立方米。进入90年代,改革开放带来了经济建设的快速发展,城市建设和基础设施建设任务逐年增多,混凝土需求量也随之增大,由此带动了预拌混凝土行业的快速发展。“八五”和“九五”期间,建设部安排国家支持施工企业技术改造专项贷款11亿元,其中有5亿元之多用于支持预拌混凝土的发展。截至1995年,全国有预拌混凝土站(厂)616个,预拌混凝土企业年设计生产能力约6000万立方米,年实际产量达到2600万立方米,预拌混凝土发展进入第一个高峰阶段。

  2003年10月16日,国家商务部、公安部、建设部、交通部四部委联合颁布了商改发[2003]341号文件《关于限期禁止在城市城区现场搅拌混凝土的通知》,该文要求在我国124个城市禁止混凝土现场搅拌,使我国预拌混凝土进入了第二个高速发展时期。据不完全统计,到2010年全国已建成预拌混凝土站(厂)5000多家,年设计生产能力超过15亿立方米,实际产量接近10亿立方米。北京、上海、广州、南京、沈阳、大连、常州等城市应用的预拌混凝土量已达到该城市混凝土总用量的60%以上,接近经济发达国家水平。

  这一时期预拌混凝土更多地出现在一些年产50万~100万立方米的大型混凝土搅拌站。这些大型搅拌站的计量精度、质量控制水平、自动化程度、工业废料的利用条件、环保设施都明显优于上世纪80年代自行配套的搅拌站,使预拌混凝土设备的配套技术、混凝土生产技术、管理经验逐步趋于成熟。预拌混凝土施工技术发展也很快。在全国预拌混凝土行业,泵送混凝土的使用已达到80%以上,解决了高等级和低等级混凝土的泵送问题。在泵送高度上也有很大提高,北京C60混凝土一次泵送高度已达到200多米;上海经贸大厦一次泵送高度达到382.5米,广州电视塔C100混凝土一次泵送高度达到了400多米,混凝土泵送技术日趋成熟。

  混凝土平均强度等级也有了提高,上世纪80年代以前,我国混凝土平均强度等级长期徘徊在20MPa左右,进入上世纪90年代和21世纪后,混凝土强度等级发展为以C30、C40为主,C50、C60的高强、高性能混凝土已开始被大量应用于实际工程,C80、C100以及更高等级的混凝土已研制成功,并开始在部分工程中实际应用。

  随着矿物掺合料和高效减水剂的大量应用和技术发展,促进预拌混凝土的运营半径超过50公里。在混凝土搅拌、运输工艺上,掺合料与外加剂的应用设备也逐步完善,环保条件明显改善;控制系统正向着计算机智能化管理方向发展,高性能混凝土的制作和施工技术达到国际先进水平。北京一次浇注混凝土方量达到3万立方米,结构最大厚度达到10.07米,逐步完善了大体积混凝土施工技术。

  在我国,预拌混凝土发展很不均衡,南方和东部沿海城市预拌混凝土兴起较早,发展较快,已经普及到了县级市甚至乡镇;北部和西部地区起步较晚,还主要是集中在省会城市和地级城市。就全国而言,规模小、属地建设的站点占多数,大型的、集团化管理和跨地区分布的较少。

  我国预拌混凝土与国际先进水平的差距

  我国预拌混凝土与国际先进水平相比还存在一定的差距。主要表现在以下几个方面。

  1.预拌混凝土还没有被普遍应用。发达国家预拌混凝土的用量一般要占现浇混凝土总量的80%以上,而我国只有上海、北京、广州、南京、沈阳、大连、常州等几个少数城市达到60%左右,发展很不均衡,有的地区才刚刚起步,还有的地区预拌混凝土为零,预拌混凝土占混凝土总量的比率全国平均只有30%左右,与发达国家相比还有较大差距。

  2.混凝土强度等级仍然偏低。发达国家的混凝土平均强度等级已达到40~50MPa,大量应用了C60、C80混凝土,最高已达到200MPa,而我国混凝土平均强度仍以C30为主,C80~C100的混凝土虽已研制成功,但目前还只在少量的重点工程或重要部位进行应用,距离实际工程的大量应用尚需一段时间。

  3.高性能混凝土的应用量少。我国对高性能混凝土的研究与应用是从上世纪90年代初期开始,起步较晚,应用范围虽逐步增加,但由于对混凝土的结构性能和长期性能研究不够,应用范围还不够广泛。

  4.相关技术没有同步发展。如外加剂、掺合料等关键材料的相对落后,制约了混凝土技术的发展。

  5.生产工艺和管理技术相对落后。我国从事预拌混凝土生产的搅拌站,除少量引进国外成套产品以外,多数为国内配套或自行组装,自动化程度低,基本上是靠人工控制和组织生产,与国外智能化管理相比还有较大的差距,劳动生产率只相当于发达国家的1/4~1/5。

  6.混凝土的泵送技术相对落后,全国发展也不均衡。上海金茂大厦一次泵送高度已达到382.5米,广州电视塔一次泵送达到400多米,而北京的最大泵送高度只有200多米,其他城市也保持在较低水平,今后应重视混凝土泵送技术的研究。

  目前存在的主要问题

  因为混凝土主要是用作建筑结构材料,所以它将直接关系到人们的居住安全,甚至生命安全,关系到未来经济社会的发展,因此,我们应该高度重视混凝土的进步与发展。

  由于混凝土质量影响因素多,技术复杂,工艺、材料、管理及控制手段等方面存在的问题,都能导致混凝土生产质量始终存在着不可预见性的风险和隐患,这种风险和隐患超过一定限值就会造成质量事故。由于混凝土的不可修复性,一旦发生质量事故,就会给国家和人民的生命财产造成巨大的损失。这样的例子在全国时有发生,教训非常深刻。

  混凝土质量“事前控制”缺乏有效的方法和手段,质量检查和验收滞后(一般28天),基本上等于是“死后验尸”,往往发现问题时损失已经无法避免。

  预拌混凝土是一个特殊的行业,由建筑施工与建筑材料生产企业演变而成,由于多年来形成的传统行业划分,预拌混凝土始终处于行业边缘,政府对行业的管理缺乏适宜的政策和必要的手段。

  目前存在的主要问题有以下几点。

  (一)行业管理方面

  1.国家、行业、地方的现行标准、规范不配套,有的甚至相互矛盾,可操作性差,不能很好的指导生产与施工。

  2.多头管理(如住建委、散办、工信局、建材)造成管理系统上下不对应,甚至出现职能空缺。

  3.预拌混凝土不能像其他产品那样先验收后使用,而是靠一批有技能的人事前控制,先使用后验收。结构混凝土一旦浇筑完成,就成了最终产品,产品质量在很大程度上取决于前期控制,人的行为技能对质量起着决定性的作用。所以,国家应按特殊行业实行生产许可证管理。然而,目前国家缺乏适宜的行业政策和必要的管理手段,导致了一些城市和地区预拌混凝土市场混乱、质量风险加大,甚至出现了重大质量事故,对整个行业提出了警示。要改变目前的现状,仅仅依靠资质管理是远远不够的。

  4.“强化验收、淡化过程”的管理模式对混凝土行业不适宜,它忽视了混凝土的不可修复性,过程控制决定最终质量,过程控制在混凝土生产中永远是一个不可忽视的重要环节。

  5.“群龙无首”和“条块分割”迫使“地方自治”和“行业自治”,造成行业区域性管理水平差异较大。

  有的地方混凝土生产基本上是处于“无政府”状态。

  (二)技术方面

  1.新技术的研发和储备不够,对混凝土的长期性和耐久性研究不够;各类特种混凝土、侵蚀环境下的混凝土制备与施工技术不够完善。

  2.基础理论研究不够,投入也少,致使一些实用技术缺乏必要的理论支持。

  3.专业技术人才匮乏,有的地方和企业技术岗位只能采取低能高就的办法仓促上马,或者干脆自己“土灶培养”,技术负责人的能力和专业水平不足,造成了处理不完的质量纠纷和质量问题。

  4.全国各地技术水平不均衡,大中城市的差异、东西南北的差异比较明显,有个别企业技术还停留在五、六十年代的水平上。

  5.各行业技术差异比较大,标准不统一,各行其事,影响了整体进步。如城建、铁路、公路交通、水利、电力、军工、石油化工、核电等。

  6.科技成果的转化速度慢,缺乏有效的机制和政策支持。

  7.自主知识产权的创新少,效仿和摸仿的多,甚至盗用、乱用。

  8.新技术、新材料、新工艺的推广力度不够。行业内部相互交流和学习形式及机制没有真正建立起来。

  9.先进的制备技术和严格的组织管理缺乏有机的统一,影响了一些尖端技术的推广和应用。

  10.有的地方还存在不规范操作和缺乏职业道德的行为。

  (1)混凝土配制强度偏低、不满足设计要求,安全储备不够,强度验收时打擦边球通过甚至出现不合格。

  (2)次要部位降低混凝土等级,或同一部位采用不同等级的混凝土(如地面、路面、桩、基础等)。

  (3)季节施工缺少必要的技术措施(如冬施材料加温、防冻剂质量,夏季防晒、防雨等)。

  (4)混凝土设计密度偏低,密实性差,有的甚至通过降低密度人为造成亏方。

  (5)配合比设计不合理,水泥中的混合材、矿粉中的复合材料、混凝土中矿物掺合料掺加严重超标,混凝土中硅钙比和碱度降低,致使混凝土后期强度增长缓慢,不增长甚至倒缩。

  (三)资源方面

  1.前几年矿山资源的无序开采,使资源枯竭型城市过早、过多地形成。中心城市砂石资源基本枯竭,靠周边城市供应;尾矿砂石综合利用也缺乏统一组织和科学有效的考评;海砂(未处理)、挖槽砂、粗石粉开始应用,砂子含石量高(30%~40%),泥块含量和含泥量高(有的高达7%~8%),严重影响了混凝土的耐久性。石子级配差(孔隙率45%~48%)、风化颗粒多、含粉量高,影响混凝土的密实性和耐久性。

  2.水泥发展速度过快。水泥生产消耗了大量的矿山和煤炭资源,目前出现了南剩北缺的局面。水泥使用缺乏必要的均化和熟化期,生产旺季水泥出磨后直接运到搅拌站入仓,有的使用温度高达90摄氏度以上,甚至超过100摄氏度,造成混凝土速凝、假凝,二次硬化后混凝土强度大幅度降低,出现了事故还一时找不到原因。另外,水泥富余强度低、与其他材料的相容性差,在一些地方立窑水泥、小窑水泥、甚至“勾兑水泥”开始用于预拌混凝土;不同厂家、不同品种、不同标号的水泥开始混用浇注同一部位。这种水泥具有活性低、混合材掺量高、需水量大、与其他材料相容性差等缺陷。

  3.掺合料缺乏必要的优化和合理的组织,生产旺季供不应求,总体利用率很低(只有20%~30%)。矿粉货源紧张,生产厂家使用的水渣质量差,有的甚至不是水淬渣,掺加助磨和激发材料,有的还掺加炉渣灰、石灰石粉等,细度降低,活性变差。粉煤灰由于多是运输单位组织,货源紧张时,多个厂家同时供应,有的灰粗,筛余量高(40%~45%)、含碳量多、需水量大,配制的混凝土碳化快。

  4.外加剂受市场影响价格降低、含固量减少、减水率低,混凝土流动性差、保持时间短,工作性能不能满足实际施工需要。样品和大货存在差异。

  (四)环保方面

  我国是世界上名副其实的水泥生产和混凝土用量大国,混凝土的主要原材料是水泥、砂石骨料和水,一般占混凝土体积的75%~85%左右。这些水泥生产过程中要消耗大量的煤炭,烧结和水解过程中要排放大量的CO2温室气体(约15亿吨),我国钢铁、电力、地矿产业每年排放的各类工业废渣、废料多达5亿多吨,占地4万多亩,而在混凝土中的平均利用率却不足20%;混凝土生产还要消耗大量的砂石资源和水资源。我国水泥工业和混凝土行业在快速发展的同时,也在能源、资源和环境方面给地球生物圈带来了与日俱增的危害,给国民经济和可持续发展带来了严峻的挑战。

  因此,推广绿色生产和绿色高性能混凝土,是减少自然资源和能源消耗、保护环境、提高混凝土结构使用寿命,减少维护修补费用,实现可持续发展的根本出路。

  我国是一个能源、资源消耗大国,生产使用了世界上50%的水泥,40%的钢铁,35%的石油,却只创造了世界8%的GDP,以高能耗、低附加值的产业为多。我国政府向世界郑重承诺:到2020年国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%,其中水泥混凝土行业是全国节能减排的重点,需要承担全国节能减排指标的40%~45%,任务非常艰巨,广大科技工作者和企业家应该为此而努力。

  充分利用工业废料和固体废弃物,减少水泥熟料用量,开发利用尾矿砂石,尽量减少矿山的开采,改进现有的设备和生产工艺,减少粉尘和噪音污染,开发利用城市中水和工业废水,实现废气和废水的零排放,科学组织生产,减少剩灰和固体废弃物,实现文明生产。加强生产区的绿化,改善生产环境,建立花园式企业,发展低碳混凝土技术,是今后预拌混凝土行业发展的根本出路。

  对今后发展趋势的几点预判

  (一)产能与产量

  我国是一个发展中国家,基础设施建设和城市建设的高峰时间还将持续25~30年,在这个时期混凝土的保有量还将持续稳定在一定水平上。全国混凝土总量每年约为30亿立方米,按照发达国家预拌混凝土占80%比例计算,我国预拌混凝土产量最高将达到25亿立方米左右,还有很大的发展空间。预计在今后10年内,我国预拌混凝土产能将达到30亿立方米,实际产量达到25亿立方米。

  (二)地区与区域发展

  预拌混凝土首先是在直辖市和省会城市兴起,但有的地区才刚刚起步,也有的城市已经供大于求。目前预拌混凝土正向中等城市和乡镇发展,在今后一段时期内中小城市将成为预拌混凝土发展的重点。布局上也将由南向北、由东向西发展,今后10年内北方和西部地区将成为我国预拌混凝土的重点发展区域,并逐渐达到平衡。在一些预拌混凝土比较发达的城市应限制混凝土搅拌站的新建和扩建,关闭一批规模小、设备陈旧、管理落后的站(厂),扶持龙头企业,带动本行业的进步与发展,使供求基本达到平衡。

  目前全国预拌混凝土的比重平均只占25%左右,与经济发达国家相比,我国预拌混凝土还属于初级阶段,国家应在资金、交通、税收等方面制定配套政策给予支持。

  (三)组织形式与产业结构

  1.集团化的混凝土企业将成为行业的主体和骨干企业,今后10年产量将会占到总产量的50%以上。

  2.出现跨国集团和行业巨头,垄断某区域的主要资源、市场、价格等,企业年产量将达到1亿立方米以上。

  3.由于建筑施工企业占有混凝土市场,水泥和矿山企业占有混凝土的主要资源,具有得天独厚的优势。这些行业进入混凝土行业后将使产业格局发生重大变化,很快将成为本地区行业的主体。

  (四)资源的综合利用

  随着城市建设的发展,资源和能源的消耗也日益增加。资源不可再生,资源不再会取之不尽、用之不竭,必须注重资源的综合利用,实现资源、环境与经济的协调发展。

  (五)改进工艺设备

  采用液压自动润滑系统和噪音小、密封性好、安全、可靠、生产效率高的生产设备;改进生产工艺,使搅拌站可同时储存多种原材料,可根据需要实现不同材料的相互转换和组合,以满足不同的工程需要。采用液体外加剂,提高计量精度。改变骨料的储存方式,减少骨料露天堆放,避免风沙天气扬尘;夏天曝晒使混凝土出现温度升高,有利于混凝土裂缝控制;冬季采取保温措施,减少和避免结冰,雨雪天气含水率变化小,有利于质量控制。

  (六)更加注重环保和节能

  充分利用工业废料和固体废弃物,减少水泥熟料用量。开发和利用尾矿砂石,尽量减少天然矿山的开采。改进现有的设备和生产工艺,减少粉尘和噪音污染,开发利用城市中水和工业回收水,实现废气和废水的零排放。科学组织生产,减少剩灰和固体废弃物,实现文明生产。加快开发再生混凝土和低碳混凝土技术;加强生产场区绿化,改善生产环境,建立花园式企业,实现绿色生产。

  (七)行业分工更加合理

  传统的行业分工使预拌混凝土与施工企业、材料供应商利益交叉,责任与权益划分不清,出现质量问题就相互扯皮,有时诉讼法律也无助解决。为了更好地推动行业发展,应在国家相关部门的支持下,加快组建以混凝土生产、运输、泵送、施工为一体的专业化施工企业———混凝土工程公司,减少和避免质量事故,提高建筑施工技术含量、机械化程度和科学管理水平。

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