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混凝土与水泥制品行业转型方向的思考

作者:szbadmin888    发布时间:2017-01-09    点击:

中国混凝土与水泥制品行业是国家建筑工程和土木工程建设的重要支撑产业,是建材行业最大的材料产业,是一个不断创新发展、做大做强的产业。

在深化改革语境下的创新发展、创新驱动语境下的转型升级、生态保护语境下的绿色发展的大气候下,混凝土与水泥制品行业在通过创新发展促进转型升级,实现低碳高效的绿色发展方面,是大有可为的。但目前也有一部分扛着“绿色发展”大旗的一些做法值得反思。

下面,从几个方面谈谈我的几点看法:

  一、应该从全局的视角来思考混凝土与水泥制品行业转型升级的问题

  混凝土与水泥制品行业的转型升级不能仅仅着眼于自己的生产制造业,必须应该从国家全局的视角来思考,特别是要从混凝土与水泥制品的应用领域或可能应用的领域着眼,例如,海洋工程领域如何能够更多使用大型混凝土预制构件来替代容易锈蚀的钢结构件、来替代操作困难的现浇混凝土;交通工程领域如何能够在桩基工程中以预制桩更多地替换现场施工的灌注桩,以降低污染环境和浪费材料,提高工程质量的可控性。

  只有以关联行业(或有可能成为关联行业)的要求,作为我们混凝土与水泥制品行业的创新与转型的动力,我们行业的转型升级才大有可为。要研究国家发展战略对各行业的发展要求可能给我们混凝土与水泥制品行业带来的转型升级、创新发展的机遇。

  二、创新与转型必须朝向低碳高效的绿色发展方向,杜绝伪创新开倒车

  混凝土与水泥制品行业创新与转型必须朝向低碳高效的绿色发展方向,切实做好创新的评估分析和鉴别,杜绝伪创新开倒车。

  干粉砂浆曾经被认为是绿色创新产业,但对面广量大的建筑砂浆(砌筑/抹灰)而言,制作干粉砂浆时,先要花费大量的热能将砂子烘干,在消耗大量能源费用的同时产生大量碳排放;到建筑工地后,仍然需要加水搅拌或机喷,不可避免地产生大量粉尘污染,因此环保问题依旧;从干粉砂浆工厂到工地的运输途中,由于机械振动等原因,干拌好的干粉砂浆因为砂与水泥等粉料的容重不一致,必然发生分层,导致现场使用时砂浆质量问题。因此,应大力推广使用预拌砂浆,与预拌混凝土一样供应工地。

  三、行业的转型升级需要主角和高校/研究院的有机配合

大家都知道,科技创新的主体是企业,因此企业是主角,包含我在内的高校学者是配角。近几十年高校开展的科研项目非常多、花费的经费也非常巨大,但管用的成果寥寥(全国两会分组讨论有很多委员认为95%的成果和论文是垃圾),纠其原因主要是:脱离实际。只有年轻的航天工程(导弹)团队科研成绩斐然。非正规军的成果也不错,“三无”学者拿到了诺贝尔奖。

  中国科技创新的主体表现最好的是华为集 团(没有上市圈钱),其科研团队有7.6万人,在全球设了16家研发中心,2014投入研发经费408亿元(比A股154家化工+166家机械设备+14家机床业+67家医药近400家企业的总和还要多几十亿,也比台湾最牛的五大科技企业的研发经费总和多12亿美元),占当年销售收入的14.2%。回报也是丰厚的:2014年获专利授权38825件(90%以上是发明专利),销售收入2882亿元、纳税337亿,均超过中国互联网3巨头(百度、阿里、腾讯)BAT的总和。

  现在多数企业在充当科技创新主体方面,表现不佳,主要是人才缺乏、投入不足,而高校在科研选题方面往往又脱离实际,所以中国只能“制造”,很少“创造”。只有企业加大研发投入、提出创新目标要求,和高校/研究院的人才/实验设备优势有机配合、共同科研攻关,才有可能研发出实用、创新的成果,为企业的转型升级、社会的发展进步共同作出贡献!

  希望我们中国混凝土与水泥制品协会预制混凝土桩分会,能够成为校企联合、共同选题、合作研发的平台,为促进工程材料产业的转型升级留下“功勋”痕迹。

  四、混凝土与水泥制品行业转型升级的应该着力的几个重点方向

  1、 “住宅产业化”、“交通工程构件预制化”应该是建设工程实现低碳高效绿色发展的重要途径

  “住宅产业化”就是通过精密设计,将建筑物设计成由若干预制块拼装而成,这些预制块交由工厂批量生产,经过各环节的层层质控检查将预制块拼装而成可直接使用的建筑物。各种混凝土预制块在工厂批量完成,原材料利用率高、质量可控性高、粉尘污染范围及程度小,是低碳高效绿色模式。德国、日本的“住宅产业化” 率已达80%,所以,中国的同行往这个方向转型升级大有可为!

  铁路、高速公路、桥梁工程方面,轨枕(轨道板)及部分梁已经实现了预制化,但大量的桩基工程仍然以现场施工的灌注桩为主,严重污染环境、浪费材料、质量可控性差。我们的研究分析表明:在相同原材料成本的情况下,预制桩的轴向承载力、水平承载力均大大高于灌注桩,而且质量可控性高、环境污染小、施工速度快。因此,“交通工程构件预制化”是可以促进混凝土与水泥制品行业转型升级、实现路桥施工低碳高效绿色化的重要途径。

在日本、德国这两个制造业强国,水利工程、市政工程也基本多数构件预制化,我们也应该向这个方向转型升级,特別是政府重视的管廊。

当然,“住宅产业化”、“交通工程构件预制化”给混凝土与水泥制品行业转型升级带来的机遇能否抓住,不仅仅取决于技术创新,更取决于“蛋糕”的重新分配是否能够成功,也就是原来由施工企业享用的“现浇”产值是否能够变更为预制企业享用的“预制”产值。

2、低碳节能的高性能混凝土生产技术应该是水泥制品行业转型升级的主要方向之一

  为了保证生产效率和工艺流畅,水泥制品行业基本上都需要借力蒸汽养护,产生蒸汽最经济的方法就是用煤锅炉,但燃煤是产生三氧化硫、氮氧化物及微细粉尘等PM2.5污染物的主要原因。在通过减少工业化生产时的燃料消耗来治理大气污染的大背景下,从限制到禁止企业运行小型燃煤锅炉(35t及其以下)势在必行,因此探索、研究、推广免蒸压混凝土配制技术是水泥制品行业内部主动转型升级的主要方向之一。

  我们从2010年就开始了相关研究,虽然能够达到C80及以上强度等级的要求,但由于要采用其它掺合料使成本增加太大,产品在经济上没有市场竞争力。随着外加剂技术的进展,我们近一年来的研究取得了有市场竞争力的、实用的不使用掺合料的免蒸压混凝土配方。经过对多个外加剂厂家提供的多个品种试配遴选后,只有海归专家技术领衔的红墙的产品能够满足要求。

  上表中的数据为振动成型的立方块试件数据。如果采用离心成型工艺混凝土强度一般可以再提高5%以上。

从表中数据可以知道:广东地区只有每年的4~11月的8个月适合采用“双免”工艺,每年的12月~次年的3月四个月可以采用“单免”工艺。生产场地(堆场)要3天以上生产量的堆放周转,钢模配备也比传统工艺多些。

单单从混凝土原材料来看,“双免”工艺比传统“双蒸”工艺高。如果考虑节省的燃料费用和“双蒸”工艺的电力费用、人工工资支出差额,则“双免”工艺比传统“双蒸”工艺可以节省成本7.59元/m3混凝土,而且完全满足了环保要求。下表是成本分析对照表。

 3、引孔植桩--桩基施工的发展方向

 在日本预制桩的施工方法基本上都是引孔植桩。引孔植桩的设备由引孔钻机和静压桩机两部分组成。引孔的方式有:孔的直径大于等于桩的直径--需要注浆保障桩侧外表面的摩擦承载力;孔的直径小于桩的直径-保留一定的挤土效应以保障桩侧外表面的摩擦承载力。

 广州市从化市环市西路与迎宾路交叉口西南侧3栋23层的商住楼(地下室2层),23层101m高的湛江海洋大学住宅综合楼(地下室1层)就是两种引孔植桩的典型成功案例。国内采用引孔植桩施工方法的工地在逐渐增多,但采用的动机主要是为了避免挤土效应对临近建筑物或同一工程临桩的负面影响。

  实际上,预制桩的引孔植桩施工方法除了避免挤土效应的负面影响外,其对提高植桩完成后的桩力学性能和耐久性能意义更大。一般锤击施工会导致桩身承载力下降15%左右,保护层微裂缝遍布。

  此外, 引孔植桩施工方法,还能够使一些原来不能打桩的地质能够采用预制钢筋混凝土管桩。

  所以,我们应该大力促进引孔植桩施工方法,特别对于有耐久性要求的工程。

  4、自动化工艺的研发和推广,是水泥制品行业转型升级的主要突破口

  水泥制品行业属于劳动强度大、噪音和粉尘污染严重的苦、累产业,招工难,留人更难。近年行业各企业也着力进行自动化工艺的研发和推广,在切、镦一体(编笼尚不能融入一体)化,各工段自动挂钩,养护控制智能化等方面取得了很大进展和应用普及。但在自动喂料、自动合模(或先合模后喂料)、自动拆模等关键工序方面进展不大,效果不完美,与日本的差距很大。

  5、探索海砂的安全使用途径,是解决和砂资源枯竭的重要替代方法

由于河砂资紧缺,许多工程在偷偷地使用海洗砂,放言:用淡水洗过的海砂是符合氯离子浓度限额标准的,粗看看各家的化验结果确实如此。我们对海洗砂取样后立即进行化验的结果是:氯离子浓度是0.008%,符合0.01%的限额要求,但磨细到接近水泥细度的同批海洗砂的氯离子浓度是0.026%,严重超标了!说明海洗砂孔隙内部的氯离子是不容易被洗走的,所谓“安全的工程”是不安全的。

  我们公司年轻科技人员正在做这方面的系统研究,探索氯离子渗出达到浓度平衡时的实际值。另有课题组在探索高碱度环境保护钢筋不被氯离子促锈的机理及实用技术研究。

  高碱度环境保护钢筋不被氯离子促锈的实用技术研究,将可以使海砂在钢筋混凝土工程中安全使用。

  6、全面提高结构工程的混凝土设计标号,能够显著促进建设工程的低碳高效

  随着外加剂技术的发展,中国混凝土搅拌站配制、供应C50~C60混凝土已经属于非常平常的业务,广东的一些混凝土搅拌站已经实际配制、供应过C80~C90混凝土。

  但打开多数建筑的施工图纸,设计要求的混凝土大多是C25~C40级别。而C50~C60混凝土的生产成本只比C25~C40混凝土高20~40元/m3,但承载能力要高50~100%,同样设计荷载的情况下,可以大幅度减小截面积、降低构件自重、减少原材料用量、提高构件的耐久性,显著促进建设工程的低碳高效。

7、在海洋工程、污水工程中大力推广应用碱-矿碴胶凝材料,可大幅度降低工程腐蚀损失

碱-矿碴胶凝材料的耐海水腐蚀能力卓著!钢筋在PH大于12的环境中是不锈蚀的,而配比合适的碱-矿渣混凝土能够为其内部的钢筋提供这样的碱度环境,而且靠碱金属提高的碱度不会导致硫酸盐腐蚀问题,所以美加及乌克兰专家普遍推广高碱度防腐(海水)法。

  8、开发万吨级混凝土搅拌泵送船是我国岛礁建设、海洋开发的重要助力器

  岛礁远离大陆,缺乏工程设备的立足之地。如果能够开发制造万吨级混凝土搅拌泵送船,而且带有吸砂破石功能,带有足够的高碱防海水腐蚀的胶凝材料,具备大功率长距离泵送能力,那么岛礁建设工程就能更加高效地进行。

9、开发海上“漂浮建筑”(耐腐蚀平底水泥“船”)可以帮助我国在南海小型礁、沙维护主权的低成本有效手段之一。

建设大型岛礁成本巨大,不可能南海普遍建设(只能在关键节点建设)。广阔的海域需要这种造价几百万级别(可供十几个人值班生活)的海上漂浮建筑。这种漂浮建筑单体300多m2,防腐蚀水泥混凝土结构,水面下分隔浮仓(填充轻质阻燃泡沫)和储藏层,水面上一层为生活工作层,一层顶板为雨水收集和蔬菜种植、健身锻炼平台。长(宽)/高≥6,确保台风不能将其掀翻。

  10、装配式纤维增强水泥基抗爆混凝土预制屏障的研发

  纤维的掺入,可以使混凝土的抗冲击能力提高十几倍,大大提高混凝土构筑物的抗爆能力。纤维应该选用抗高温的(碳纤维最好但太贵无法广泛推广);水泥基材料在高温下须具备瓷性胶结作用。

  11、预填骨料式速凝混凝土道面抢修材料的研发

  2005年我与南京航空航天大学的同行做过研究,效果不错-干料全部预拌先填,液态胶凝材料边振边渗入,5min硬化,60~90min可以承受战斗机起飞荷载。

  12、“海绵城市”建设中混凝土与水泥制品行业转型升级应该充当主角

  海绵城市,就是让城市像一块海绵一样呼吸,下大雨时就吸水,干旱时就把吸收的水再吐出来,以有效地防止出现城市内涝和干旱。也就是将城市建设成“自然积存、自然渗透、自然净化”的“海绵体”。

  30年以来,我们不遗余力地发展工业、招商引资、把农村变成城市,原先的农田、河流、湖泊因开发建设变成了房屋、广场和道路,雨水或无法直接下渗,或无法直接进入湿地水系。在这个过程中,“钱包变厚”的同时也不断地抹掉城市的自然特性,打造了一个个水泥森林。

  显然,解决这一问题有效途径是:使尽可能多的混凝土道面、地坪具备透水、吐湿功能,因此,研究推广高强度透水混凝土及其制品就是符合绿色发展方向要求的转型升级。

  13、低承载道面全面推行绿色植草混凝土是一种促进生态建设的有效方法

  城市到处是水泥森林,市民期盼绿色植物。但城市里未被水泥混凝土覆盖的面积有限,能够使水泥道面既承载又能长草,是缓解城市热岛效应、提升城市生态环境品质的有效途径之一。

  研究推广低碱度多孔(能长草)高强混凝土道面砖,全面应用在低承载道面上,是混凝土与水泥制品行业转型升级促进生态建设的又一有效方法。