隨著“雙碳”目標(biāo)的提出，各行各業(yè)都在謀求和加速綠色低碳轉(zhuǎn)型。對于在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中發(fā)揮巨大作用的混凝土行業(yè)來說，綠色低碳同樣是未來發(fā)展的必由之路。

北京科技大學(xué)土木與資源工程學(xué)院教授劉娟紅，長期從事現(xiàn)代混凝土技術(shù)教學(xué)與研究工作，曾主持國家自然基金重點(diǎn)項(xiàng)目、面上項(xiàng)目，以及省部級科研課題多項(xiàng)，獲省部級獎(jiǎng)勵(lì)多項(xiàng)，獲國家發(fā)明專利多項(xiàng)，對于混凝土行業(yè)發(fā)展有著深刻的認(rèn)識。近日，在接受記者采訪時(shí)劉娟紅表示，大力推進(jìn)綠色高性能混凝土技術(shù)的廣泛應(yīng)用，努力實(shí)現(xiàn)混凝土綠色和耐久發(fā)展，是行業(yè)未來發(fā)展方向。

行業(yè)發(fā)展面臨挑戰(zhàn)

當(dāng)前面臨的最大考驗(yàn)：一是砂石的質(zhì)量問題及其不穩(wěn)定的供應(yīng)鏈帶來的混凝土質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。二是混凝土產(chǎn)業(yè)存在畸形的產(chǎn)業(yè)“生態(tài)環(huán)境”。

記者：您在混凝土行業(yè)工作多年，對混凝土行業(yè)有著深刻的認(rèn)識。您認(rèn)為近年來我國混凝土行業(yè)取得了哪些成績？面臨哪些考驗(yàn)？

劉娟紅：過去的15年，是我國混凝土行業(yè)快速發(fā)展的階段，行業(yè)處于技術(shù)變革時(shí)期，充滿活力。綠色高性能混凝土理論和技術(shù)取得顯著進(jìn)步，科技成果增多，工程應(yīng)用最多，在重大工程中技術(shù)效果最好。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

一是粉煤灰、礦渣等礦物摻合料得到廣泛應(yīng)用。水灰比相關(guān)規(guī)律向著水膠比相關(guān)規(guī)律的理論探索不斷深入；機(jī)制砂石粉、尾礦微粉等固廢在膠凝材料體系中逐漸占有一定的位置，混凝土生產(chǎn)中使用具有潛在活性的礦物摻合料和石灰石粉、尾礦微粉等非活性摻合料的企業(yè)也越來越多。

二是機(jī)制砂替代河砂成為主力砂源。當(dāng)前，機(jī)制砂混凝土技術(shù)受到廣泛關(guān)注，這方面的研究越來越系統(tǒng)、應(yīng)用也越來越成功。目前機(jī)制砂混凝土已經(jīng)成功應(yīng)用到超高強(qiáng)高性能混凝土工程中，在建筑工程、交通工程、鐵道工程、水電工程和國防工程中實(shí)現(xiàn)了常態(tài)化應(yīng)用。高品質(zhì)砂石骨料與高性能混凝土成為行業(yè)發(fā)展的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)。

三是外加劑技術(shù)持續(xù)支撐混凝土產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展，聚羧酸高性能減水劑已經(jīng)成為主流產(chǎn)品，各類新型多功能外加劑的研發(fā)和應(yīng)用對機(jī)制砂混凝土和易性、強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)耐久性發(fā)揮著重要作用?；瘜W(xué)外加劑、高品質(zhì)骨料和礦物摻合料是綠色高性能混凝土的三大物質(zhì)基礎(chǔ)。

當(dāng)前面臨的最大考驗(yàn)：一是砂石的質(zhì)量問題及其不穩(wěn)定的供應(yīng)鏈帶來的混凝土質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。雖然砂石骨料技術(shù)和產(chǎn)業(yè)近年來得到快速發(fā)展，但是從整體上看產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，個(gè)別區(qū)域風(fēng)化成分、膨脹性成分的混入，以及沿海地區(qū)海砂供應(yīng)中存在許多不規(guī)范清洗的現(xiàn)象，都為混凝土工程質(zhì)量埋下隱患。二是混凝土產(chǎn)業(yè)存在畸形的產(chǎn)業(yè)“生態(tài)環(huán)境”，產(chǎn)能過剩，企業(yè)低價(jià)惡性競爭，被迫接受“霸王”合同，墊資生產(chǎn)、回款困難等問題困擾著整個(gè)行業(yè)，一些產(chǎn)能過剩的區(qū)域還在允許批準(zhǔn)或變相批準(zhǔn)新的混凝土企業(yè)資質(zhì)，進(jìn)一步加劇了市場競爭和產(chǎn)能過剩。解決問題的方法是“做減法”，利用國家和行業(yè)對環(huán)境保護(hù)、企業(yè)轉(zhuǎn)型升級越來越高的要求，逐漸淘汰不符合要求的混凝土企業(yè)，恢復(fù)正常的市場秩序和生存發(fā)展氛圍。

綠色低碳已成發(fā)展主旋律

混凝土本身相比其他建筑材料就比較低碳，低碳混凝土和高性能混凝土一樣，不應(yīng)該是一個(gè)具體的混凝土品種，而是一種混凝土技術(shù)發(fā)展的理念和方向。

記者：當(dāng)前，綠色低碳已經(jīng)成為各行各業(yè)發(fā)展的主旋律，對于混凝土行業(yè)來說，您認(rèn)為在“雙碳”背景下，發(fā)展方向是什么？

劉娟紅：行業(yè)發(fā)展的方向是大力推進(jìn)綠色高性能混凝土技術(shù)的廣泛應(yīng)用，實(shí)際上就是兩個(gè)方面——綠色和耐久。在實(shí)現(xiàn)路徑上，首先是鼓勵(lì)利用對混凝土性能無害的工業(yè)固廢加工砂石骨料和礦物摻合料，例如隧道洞渣制備機(jī)制砂石、尾礦機(jī)制砂石、尾礦微粉、石灰石粉等在混凝土中的應(yīng)用。其次是結(jié)構(gòu)混凝土性能上的耐久，也就是長壽命，這是“雙碳”背景下，混凝土行業(yè)發(fā)展的重中之重。絕對不能以綠色為由，無底線摻加廢棄物來建造短命建筑。

圖為應(yīng)用劉娟紅科研成果的杭紹臺高速公路隧道洞渣制備高品質(zhì)機(jī)制砂及其混凝土工程 課題組周昱程/提供

這里面有理論創(chuàng)新，也有技術(shù)創(chuàng)新。例如金屬礦尾礦微粉的斷鍵重聚機(jī)理的提出，中低強(qiáng)度低水泥綠色高性能混凝土制備技術(shù)的應(yīng)用等。但是，太低的水泥用量或者熟料用量我是反對的。

記者：2021年10月26日國務(wù)院發(fā)布的《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》明確提出“加強(qiáng)新型膠凝材料、低碳混凝土、木竹建材等低碳建材產(chǎn)品研發(fā)應(yīng)用”。“低碳混凝土”概念首次出現(xiàn)在了國務(wù)院頒發(fā)的重磅文件中，這意味著什么？

劉娟紅：混凝土本身相比其他建筑材料比較低碳，低碳混凝土和高性能混凝土一樣，不應(yīng)該是一個(gè)具體的混凝土品種，而是一種混凝土技術(shù)發(fā)展的理念和方向。

“低碳混凝土”在國務(wù)院文件中首次出現(xiàn)，意味著國家對混凝土行業(yè)發(fā)展的重視及期望和要求，不僅要承擔(dān)國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對結(jié)構(gòu)工程材料的剛需，還要承擔(dān)國家資源、生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的使命，承擔(dān)“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的責(zé)任。例如控制和減少混凝土中水泥用量，利用可利用的隧道洞渣、建筑垃圾、固體廢棄物生產(chǎn)砂石骨料和摻合料，節(jié)約能源、資源；提高混凝土耐久性，極大延長建筑物服役壽命；建筑物壽命從50年提高到200年，從長遠(yuǎn)來看這也是控制碳排放的重要措施。

記者：在走“低碳混凝土”發(fā)展路線過程中，當(dāng)前我國面臨的困難有哪些？實(shí)施路徑有哪些？

劉娟紅：我國現(xiàn)代化建設(shè)起步晚，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模巨大，估計(jì)建設(shè)高峰期還要持續(xù)15～20年。目前，我國水泥、砂石和混凝土年產(chǎn)量均占世界總用量50%以上，需求量巨大，但生產(chǎn)水泥等建材產(chǎn)品碳排放量大，這是客觀事實(shí)。我國必須堅(jiān)定樹立低碳混凝土發(fā)展理念，發(fā)展過程中的困難主要是科技創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系的協(xié)同創(chuàng)新，加強(qiáng)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建筑施工、工程檢測、驗(yàn)收和管理單位的互動(dòng)、交流，取得低碳發(fā)展的共識，在技術(shù)體系、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和管理監(jiān)督中能夠協(xié)同推進(jìn)低碳混凝土相關(guān)技術(shù)廣泛應(yīng)用，更多建設(shè)低碳混凝土中試生產(chǎn)線、低碳混凝土試驗(yàn)建筑、低碳混凝土長期觀測站，明確混凝土性能，保障和提升低碳混凝土工程的質(zhì)量。

固廢利用是混凝土低碳化路徑之一

固體廢棄物和低碳混凝土的關(guān)系是互相倚重、不可割裂的，不能高效地利用固體廢棄物，就無法實(shí)現(xiàn)低碳混凝土的目標(biāo)。但混凝土不是“垃圾箱”，只有對混凝土性能無害的工業(yè)固廢才可以使用。

記者：2019年，您參與的“低熟料膠凝材料綠色高性能混凝土綜合技術(shù)與應(yīng)用”項(xiàng)目獲得了河北省科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)；日前您參與的“GEPI（綠色環(huán)保節(jié)能智能）制備高品質(zhì)砂石關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”再次獲得貴州省科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)。您能否介紹一下這些項(xiàng)目？

劉娟紅：我國是全球尾礦和廢石堆存量最大的國家，尾礦、廢石及鋼渣有效利用是困擾世界的難題，在我國尤其突出?！暗褪炝夏z凝材料綠色高性能混凝土綜合技術(shù)與應(yīng)用”項(xiàng)目首創(chuàng)了鋼渣、金屬尾礦高細(xì)度、低能耗粉磨技術(shù)，并利用工業(yè)固體廢棄物制備高品質(zhì)摻合料與低熟料膠凝材料，使混凝土中水泥熟料的用量減少了50%以上。形成了低熟料膠凝材料制備成套技術(shù)；形成尾礦廢石骨料制備成套技術(shù)與質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)體系，廢石機(jī)制砂吸附性調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)；采用低熟料膠凝材料與尾礦廢石骨料，生產(chǎn)低熟料綠色高性能混凝土，形成了低熟料綠色高性能混凝土制備成套技術(shù)；設(shè)計(jì)了廢舊閘瓦回收工藝并利用其制備摻合料，解決了鐵路用廢舊閘瓦回收的難題。成果在新建京張高鐵等多個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目中得到應(yīng)用，每年可消耗800萬噸尾礦廢石與72萬噸鋼渣、尾礦、脫硫石膏等工業(yè)廢渣，新增產(chǎn)值20多億元，間接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)479.52億元。

而“GEPI（綠色環(huán)保節(jié)能智能）制備高品質(zhì)砂石關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目主要成果和創(chuàng)新點(diǎn)包括三個(gè)方面。一是建立了高品質(zhì)骨料的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)體系及其檢測方法，首次提出了“質(zhì)量加權(quán)平均粒徑”礦料粒度評價(jià)指標(biāo)。二是發(fā)明了擋風(fēng)阻噪先鋒槽開采方法，應(yīng)用露天礦山開采的智能追蹤噴霧降塵技術(shù)，中水與廢水細(xì)砂同步回收利用等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了綠色低碳生產(chǎn)。三是發(fā)明了“多層篩分+濕篩干破+量化柔性脫粉”超量石粉與有害物質(zhì)剔除工藝等創(chuàng)新技術(shù)，開發(fā)了智能制備控制軟件，實(shí)現(xiàn)了智能控制向智能制備轉(zhuǎn)型，形成了全流程智能制備系統(tǒng)。

記者：您認(rèn)為固體廢棄物和低碳混凝土之間存在怎樣的關(guān)系？在消納固體廢棄物過程中，混凝土扮演著怎樣的角色？

劉娟紅：我認(rèn)為固體廢棄物和低碳混凝土的關(guān)系是互相倚重、不可割裂的，不能高效地利用固體廢棄物，就無法實(shí)現(xiàn)低碳混凝土的目標(biāo)。但混凝土不是“垃圾箱”，只有對混凝土性能無害的工業(yè)固廢才可以使用，同時(shí)利用這些固廢加工生產(chǎn)的砂石骨料、礦物摻合料或低熟料膠凝材料也要追求高質(zhì)量，這是重要的前提和基礎(chǔ)，是推廣綠色高性能混凝土的先決條件和物質(zhì)基礎(chǔ)。