加气混凝土要可持续发展
时间：2008-3-12
随着城市建设的发展和施工技术的进步，人们对混凝土的品质指标和经济指标提出了更高的要求，从而促进混凝土向高强、轻质、流态和耐久性方面发展。国家将逐步压缩和减少普通混凝土的用量，重点发展环保型( 或绿色) 高性能混凝土，主要体现在以下几个方面： （1 ）大量利用工业废料，减少熟料生产和使用，保护环境。 （2 ）利用外加剂技术和矿物掺合料，提高混凝土的强度等级，改善混凝土的施工性能和耐久性，争取到2010年高性能混凝土的用量占混凝土总量达到或超过 50%。要获得高性能的混凝土除了配比的重要性外，对其搅拌装置的要求也逐渐趋向于专业化、高效化和大型化等。因此探讨不同搅拌装置的优缺点，从而进行优化设计，掌握其发展趋势，无论对于建筑施工还是机械制造业都有着现实的指导意义和实践作用。
1 各种混凝土搅拌装置的功用和原理
搅拌是加气混凝土生产工艺过程中极其重要的一道工序，因为混凝土配合比的设计是按细骨料恰好填满骨料的间隙(见图1)，而水泥胶质均匀地分布在粗细骨料的表面，只有将配合料搅拌得均匀才能得到最密实的高质量混凝土。同时，通过搅拌可塑化、强化混凝土，所以混凝土搅拌机是混凝土生产的核心装置之一，用于完成混凝土的均匀拌和，保证其宏观均质性和微观均质性。同时，混凝土搅拌装置又受混凝土整个施工工艺的影响，如搅拌装置的性能和参数要与混凝土施工要求相适应，比如：搅拌机的出料容量应与搅拌输送车的装料容量相配套，与工程大小相配套，出料高度应满足实际运输设备要求等。一般混凝土搅拌机应用扩散、剪切及对流、挤压机理达到均化的目的，例如常见的自落式搅拌机主要利用扩散机理使物料在重力作用下相互穿插、翻拌、混合以达到均匀混合的目的，而强制式搅拌机主要是依据剪切原理强制物料沿滑移面产生相互滑动以达到均匀混合。
2 混凝土搅拌装置的分类及结构特点
搅拌装置的搅拌方式和结构特点决定了搅拌机的性能和应用范围，搅拌装置从搅拌机理上看，主要分为自落式和强制式两类。自落式又以双锥反转出料为主流形式，偶见有锥形倾翻出料式。自落式搅拌装置筒体旋转时，叶片不断地将拌合料带到约0.7倍直径处，下滑角约为45°，然后因自重而沿叶片滑落下来，重新跌入底部进行冲击拌合，如此反复作用，使混凝土得到均匀拌合。
自落式只适于搅拌流动性较大的混凝土，对于干硬性混凝土和轻骨料混凝土搅拌效果不理想。
强制式品种较多，以双卧轴为主流形式，同时单卧轴、涡浆式、行星式等也较常见，其作用机理是强制物料按预定轨迹运动，对半干硬性、干硬性混凝土和轻骨料混凝土搅拌效果理想，但能耗较大，成本高。为了增加细小的水泥颗粒与拌合水进一步均匀分布，增加混凝土的微观匀质性，采用了一系列强化搅拌措施，如振动搅拌、超声搅拌及热搅拌等。
2.1 JZ系列双锥反转出料搅拌装置 JZ系列双锥反转出料搅拌装置，属自落式搅拌装置，工作时正转搅拌，反转出料，可搅拌塑性和半干硬性混凝土以及大骨料混凝土，不适于搅拌流动性很差的干硬性混凝土，适用于一般建筑工程、道路、桥梁工程及各种混凝土构件厂。主要机型有200～1200L，传动方式分齿轮传动和磨擦传动，该机型由于成本低、生产效率较高，应用广泛。因反转卸料，该机存在一个重载起动的问题，搅拌机容量不可能做得很大。这种装置的搅拌筒是关系到混凝土质量、生产率、能耗、溢料情况等性能的关键部件，其结构形式、传动形式关系到总体尺寸的大小和布局合理与否。筒体分进料锥、柱体和出料锥三部分（见图2 ）根据反射角4 5 °最佳的原理，进料锥半角为48°左右，可促使物料在进料锥的作用下窜向筒体，搅拌强烈，从出料速度和出料筒体重心考虑，出料锥角为66°，为节省材料，搅拌筒整体应设计成类球形；叶片布置：低叶片(主叶片)与拌筒轴线成的夹角为40°(左旋)，而高叶片(付叶片) 与拌筒轴线成的夹角为-40°(右旋)，为了布置方便，齿圈置于进料锥一面，容易实现与上料装置共用1 个电机。值得注意得是，传动装置位置不能乱放，搅拌筒设计完毕后，传动装置位置就固定了，放错位置搅拌筒就会跳高。这种装置工作时呈现以下特点： （1 ）混合料的运动在三维空间进行，并显现较复杂的运动轨迹。 （2 ）利用物料重力势能产生冲击碰撞外，在轴向较大的范围内有交错、穿插，甚至有逆向流动的料流，较大的变形速度使混合料粘性系数下降，混合料呈现较好地流动性，加速了宏观“匀质”化地进行。同时，由于物料的交错、穿插、对流，提高了混合料之间摩擦时正压力中的剪切力，为产生微观“匀质”的混凝土提供了条件。（3 ）混合料运动主要集中在拌筒的柱体部分，搅拌运动影响区域相对增大。由于低叶片斜置6.5°，混合料下落的离心力相对较小，因而拌筒转速可相应增加，以提高系统时间内混合料的运动频率，同时，提高了轴向料流的变形速度。
2.2 JS系列双卧轴混凝土搅拌装置 JS系列搅拌装置适用于各类建筑工程，可搅拌干硬性混凝土、半干硬性混凝土、轻骨料混凝土及各种砂浆。出料容量350～9000L。此类搅拌装置设计十分紧凑，搅拌系统是由传动系统、搅拌罐、搅拌装置、轴端密封等部分组成。搅拌罐内镶有耐磨衬板，用沉头螺钉与罐体联接紧固，柱体部分的衬板叫弧衬板、端面部分的衬板叫侧衬板。卸料门设在搅拌筒的下方，用于搅拌机的卸料。由搅拌罐、搅拌臂、搅拌叶片、衬板组成。搅拌罐呈ω形，搅拌罐内装有两根水平布置的搅拌轴，每根轴上分别装有搅拌臂，搅拌臂上装有搅拌叶片，成非连续螺旋布置，一般有八方轴、六方轴和四方轴形式，搅拌臂相邻夹角有45°、60°、90°、120°、135°、 180°，可根据不同工况进行设计。对于大型和特大型搅拌装置，大都是45°、60°螺旋，这种结构对于大骨料的混凝土搅拌性能较好。因为这种设计的料流空间大，大骨料可更好地在其内部循环；从另一个角度看，大骨料的运动，能起到搅拌的作用，增加了搅拌能力。搅拌臂与大轴用螺栓连接，维修性能好，便于更换；叶片与搅拌臂用螺栓连接，而且搅拌臂上设有长条孔便于调整叶片与衬板间隙，在靠近搅拌罐两端的搅拌臂上，分别装有侧叶片，用于刮掉端面上的混凝土。搅拌轴上设有反向旋转的搅拌叶片，能使搅拌物料在ω形的搅拌槽内呈相互交措、往复循环的螺旋状运动，产生一个强的三维立体搅拌空间，特别是在两个搅拌循环中心交界处形成一个强涡旋的、失重的掺合区，使物料在搅拌叶片和物料的相互挤压、揉搓下，短时间内充分拌和（见图3）；具有搅拌性能强、匀质性好、生产率高、能耗低的优点。能耗低是因为该装置采用瞬间失重原理进行搅拌，减少了物料相互滑动阻力，不易破坏物料的原始状态，短时间内就能得到宏观匀质混凝土，而行星搅拌和涡浆搅拌就没有这一优势，它们的能耗显然就稍高一点。
同其它用于结构的建筑材料相比，混凝土具有不可替代的优势。由于大量使用或简单加工地方性原状天然材料，混凝土是耗能最低的材料。能耗的计算包括 从原材料开采、加工生产，直到构件完成制作，混凝土在人类生产建设发展中起着重大的作用。随着世界人口的增长、生产建设的进步和科学技 术的发展，混凝土技术也在不断发展，用量也不断地增加。但是当混凝土用量大大增加以后，生产混凝土所需的水泥、砂、石等原材料大量消耗自然资源，破坏植被与河床的问题就日益显现。台湾目前已禁止开采生产水泥的石灰石，所用水泥都从境外购买；许多国家的优质骨料供不应求；在发展中国家，人类生活与生产所需的水资源正变得短缺。当前全世界硅酸盐水泥工业每年向地球的大气层排放温室气体CO2达15亿吨，约占总排放量的7%，我国在其中就占40% 多。1949年以后，我国的水泥产量几乎呈指数增长，1997年达到5.1亿吨，当时计划2000年产量为5.5亿吨，2010年达到8亿吨。 预计的水泥增长量为2000万吨∕年左右。从1997年至2002年，仅过去5年，其间还经历了水泥标准修订所伴随的行业整顿，水泥产量却增加了2亿吨。 照此速度，2010年水泥产量将接近10亿吨。这将使用约20亿吨天然矿物原料，向大气排放约10亿吨 CO2；这些水泥用于制备砂浆和混凝土，将消耗约6亿吨水和约60亿吨骨料，再加上生产、加工、运输将消耗的大量能源，对环境造成的巨大压力可想而知。 上述论据都表明，当前的混凝土工业已面临是否可持续发展的挑战。钢结构建筑重新受到青睐，越来越多地用于重大工程建设，就是这种挑战的迹象之一。 我们可以采取哪些对策，来促进混凝土工业的可持续发展，以保持和发挥混凝土材料的优势，这就是今天我们要讨论的问题。
水泥工业可持续发展的出路
中国作为发展中的国家，大量基础设施的建设是必需的。混凝土仍然是最适合于大宗使用的结构材料，因此水泥产量的增长也是必然的，无法抗拒的。古代罗马 2000多年前使用火山灰和石灰混合物制作的混凝土建筑物的耐久性告诉今人，减少硅酸盐熟料的用量（至少控制在现有用量）而大量掺用活性矿物混合材，既可 满足建设对水泥的需求，又符合混凝土耐久性的需要，而且可以减少（至少不再增加）水泥工业向大气排放的CO2 ，并大量利用工业废弃物，使水泥成为环境友好型材料。 实际上，除了PⅠ型硅酸盐水泥外，我国现行水泥标准中对6个品种的硅酸盐类通用水泥都分别规定了其中混合材的允许掺量范围。例如PⅡ的5%，普通硅酸盐水 泥的6～15%（活性混合材），矿渣硅酸盐水泥的20～70%，火山灰硅酸盐水泥的20～50%，粉煤灰硅酸盐水泥的20～40%，复合硅酸盐水泥的 20～50%。但是除了普通硅酸盐水泥和一部分矿渣硅酸盐水泥外，其他含混合材的水泥因需求量小而很少生产。按现行水泥标准，水泥强度检验时一律采用 0.5的水胶比；在大水胶比条件下，水泥强度随着混合材掺量的增加而急剧下降。而用户长期以来一直是以强度作为水泥主要的、甚至是唯一的质量指标。传统观 念认为不能用低强度等级的水泥（含有较大量的混合材）配制高品质混凝土。随混凝土技术进步，低强度等级的水泥同样可配制出高强混凝土。例如清华大学、深圳 港创建材公司和深圳地铁公司合作浇筑了一个足尺的深圳地铁区间段混凝土模型，所用胶凝材料总量中水泥只有180kg/m3，其余有180kg/m3粉煤灰 和80kg/m3的矿渣粉。现场留样检测28天混凝土抗压强度均超过50MPa。该混凝土中矿物掺和料约占胶凝材料的60%。如果按此比例生产水泥，其 28天抗压强度是不会超过32.5MPa的。在统一的高水胶比条件下检验含掺和料的水泥，不能真实地反映矿物掺和料的作用；但在混凝土中如果简单地用矿物 掺和料等量取代水泥，也是不正确的。以粉煤灰为例，如图3所示[3]，粉煤灰掺量对混凝土强度的影响不是线性的。在其他所有条件相同时20%以下的粉煤灰 掺量影响不显著；此后，混凝土的强度随掺量的增加而明显下降；如欲保持强度不变，则需相应降低水胶比。在强度—粉煤灰掺量—水胶比之间存在三维相互影响关 系。在等强度面上，可以找到混凝土的水胶比随粉煤灰掺量的变化关系。
目前水泥强度等级逐渐提高，使得低强度等级的混凝土的配制反而困难，往往导致混凝土拌和物泌水、离析严重。自从Malhotra及其同事们开发了大掺量粉 煤灰(HVFA)混凝土，已有不少成功应用的实例，尤其适于低强度等级的混凝土。同传统混凝土拌和物相比，HVFA混凝土的拌和水用量要少1/3，结果是 水胶比（w/cm）较低，浆体总体积减少近16%。从而，直接与水胶比和混凝土中浆体比例有关的干燥收缩大为减小。同时，由于硅酸盐水泥用量大幅度减少， HVFA混凝土的早期水化放热量几乎减少40%，因此大体积构件温度开裂的倾向大为减小[5]。Mehta用HVFA浇筑了由配筋密集的剪力墙和一个 3.4×1.8m的大体积后张预应力钢筋混凝土基础组成的结构。剪力墙和基础的HVFA混凝土拌和物设计成坍落度150mm、56d强度35MPa。此 外，为了周转模板，墙体的混凝土设计成7d达到20 MPa。保持混凝土内外温差在25℃以内。大流动性的HVFA混凝土拌和物的水胶比为0.32；为控制温升，剪力墙用Ⅰ型硅酸盐水泥195 kg/m3，基础用160 kg/m3；F级粉煤灰195 kg/m3。由于HVFA混凝土优异的施工性，浇筑情况良好，墙和基础没有发现蜂窝和麻面。浇筑9个月后检查，墙体没有出现任何裂缝[6]。 矿渣水泥更是如此。英国和欧洲标准中允许矿渣最大掺量为90%[7]，美国矿渣硅酸盐水泥(ⅠS型)中矿渣最大掺量为70%，矿渣水泥(S型)中矿渣最低 含量为70%（需另加一定量的石灰）。我国水泥标准虽然允许在矿渣水泥中矿渣最大掺量为70%，但极少生产如此高矿渣掺量的水泥。我国矿渣水泥销售情况不 如普通水泥，用户宁愿购进普通水泥，在搅拌站掺加矿渣粉。这其中的原因之一就是，传统上矿渣水泥的生产是将矿渣和孰料以及石膏混合粉磨，由于矿渣比熟料难 磨，成品中矿渣颗粒较粗，水泥磨得越细，矿渣和熟料间的细度差别越大，不仅不能发挥矿渣的活性，而且所配制的混凝土易于泌水，影响抗渗性和抗冻性。近来已 有工厂将矿渣与熟料分别粉磨再混合，大大改善了产品的性能。 由混凝土供应商在配制混凝土时掺入掺和料存在的问题是石膏含量的不足以及增加工序可能造成的管理问题。如果能将这道工序移到水泥厂，适应混凝土的规律来生 产和检验粉煤灰硅酸盐水泥和矿渣水泥，或者分别控制熟料和混合材的性能及混合材的掺量，而由用户控制混凝土的强度，则可大大改善水泥工业的现状，逐步实现 吴中伟生前曾提出过的减少或控制熟料产量但却增加水泥产量的目标，实现水泥工业的绿色化，并促进混凝土的绿色化。前苏联的BHB水泥[8]和清华大学的高 性能胶凝材料[9][10]的技术路线应当可以借鉴。4 砂石生产改造的紧迫性 20多年前，我国已故混凝土专家蔡正泳曾说，中国混凝土质量不如西方的主要原因是砂、石的质量差。以石子为例，高质量的石子为大体等径粒形，级配良好，空 隙率不超过40%。我国石子生产的技术落后，20多年前砂、石的空隙率一般都在40～43%，而现今的砂、石质量说是糟糕并不过分；北京和深圳的砂石空隙 率最好的也超过45%，大多接近50%，有的甚至超过。我国有混凝土用砂石标准，近年又经过修订，但是实际市售骨料的生产几乎都不执行。由于绝大多数采石 场仍使用成本低廉的颚式破碎机，材质越硬（强度也高）的石料，破碎后针、片状颗粒越多，粒径小于10mm的颗粒几乎都是针片状颗粒，因此目前市售标称粒径 5mm以上的石子，实际上缺少5—10mm粒级的颗粒。即使符合定义的针、片状颗粒数量在标准规定范围内，石子粒形也多数是多棱角的。砂子由于资源几近枯 竭也无法讲究级配了。因此这几年来混凝土的用水量居高不下，一般都超过175kg/m3，C30以下混凝土用水量更大，甚至达200 kg/m3。。这是发达国家所没有的。美国混凝土用水量一般不超过160 kg/m3[4]，低强度（例如25MPa）的混凝土也不会超过180 kg/m3（采用大掺量粉煤灰后，用水量可降到130 kg/m3以下而仍具有良好的可泵性[4]）。用水量大时，水泥用量(胶凝材料)必然也大，以保证水灰比(水胶比)不变，在一定胶凝材料总量下，水泥用量 必然也大，对混凝土的温升、变形也都会有影响；用水量少，意味着胶凝材料用量少，浆骨比低，混凝土结构开裂的倾向就会小。 另一个错误的观念是追求石子的强度。其实粒形比强度重要。构件受力后，材质强度高的针状和片状颗粒会因应力集中，承受过大的弯曲应力而提前断裂，从而降低 混凝土的强度。还因粒形远离等径状，比表面积大，需水量就大，影响混凝土的施工性能。表1所示用相同配合比，分别以两种石子配制C60混凝土，测定其坍落 度和28天抗压强度。其中1#石子结晶颗粒粗大，尽管粒形很好，大多为等径状，但岩体强度低；2#石子外观致密，岩石强度高，但针、片状颗粒明显地多。两 组混凝土的水泥用量相同时，2# 比1# 需水量大，因而水灰比高，以致强度比1#低，坍落度也比1#低。如果2#混凝土的坍落度提高到与1#相当，则强度将会更低；如果使2#混凝土的水灰比与 1#相同，同时增加用水量和水泥用量，2#混凝土的强度也会提高，但却会因浆骨比的增大而带来其他的问题：如混凝土温升提高，弹性模量降低，体积稳定性下 降（收缩增加），费用增加，等等。
目前砂石质量降低的原因，首先是人们对砂石的认识有误，认为砂石级配不好不过是浪费点水泥而已；砂石价值很低而不珍惜。最近十年来我国建设规模快速增长， 砂石需求量大，大量应运而生的小采石场，盲目占山采石，不仅产品质量低劣，而且生产过程中排出大量石粉、石屑，导致环境污染和资源浪费，再加上使用时的浪 费也多，使天然砂石资源变得紧缺，造成了纯粹的市场控制──质量由卖方说了算，无法选择；想要求高质量，就会没有石子用而影响工程进度。 针对乱开山、乱采石造成安全事故频发和对环境的污染，我国有的地区已开始整顿砂石场，关停了一些规模小、设备落后、管理不善的作坊式采石场，加强了集中的 大型采石场的技术投入。尽管其初衷只是着眼于安全，毕竟有利于环境保护，并为提高石子质量创造了一个良好的开端。砂石质量的提高，必须从严格执行砂石标准 开始。为了生产出合格的以至优质的产品，现有生产方式必须改造。采取先进的破碎设备如反击式破碎机，还可采取不同类型破碎机分级破碎的方式，以改善石子粒 形。 实际上即使在采石场进行了严格的级配，在装料、卸料和运输过程中，骨料在自重作用下也会破坏原来良好的级配，使用过程中再次装料、上料，使混凝土生产过程 更无法保证骨料原有的配。因此欧洲国家的石子都根据用户要求分级供应，用户在生产混凝土时按优化级配的比例上料。有条件的预拌混凝土厂可以自建、承包或定 点采购，实现骨料的分粒级供应。目前我国有个别混凝土搅拌站已经或正在准备这样做了。实践证明，分级购进，级配后上料，可以使掺用粉煤灰的混凝土用水量降 低到100～130kg/m3，仍有良好的可泵性。当然，这种骨料的价格应当高于原来无序竞争所盲目生产的劣质产品。优质优价的结果会避免人们因产品的 “不值钱”而任意挥霍浪费而造成对环境不必要的压力。4 减少混凝土的拌和与养护用水对生活用水的争夺 水是生命之源，水资源的严重不足已对人类造成威胁。混凝土是水资源消耗大户。我国目前水泥主要用于配制砂浆、灌浆料以及混凝土，每年约有3.5亿吨以上的 水用于混凝土的拌和、养护和清洗。在保证混凝土各项性能的前提下尽量减少拌和水，不仅可以节省用水，而且能减小开裂的倾向。国内外都有实例表明，掺粉煤灰 的混凝土，坍落度为100～130mm时仍有良好的可泵性[4]。假定每年7.1亿吨的水泥全部用于混凝土，按水泥用量为300kg/m3计，则可生产 23亿吨混凝土；如果每立方米混凝土少用100kg水，则每年混凝土行业可节省1亿吨水。目前绝大多数混凝土拌和与养护用水都是可饮用水，但实际并不需要 如此洁净的水。在国外鼓励使用污水处理所得的中水作为混凝土拌和水[4]。目前出于生产成本考虑，已经有不少预拌混凝土厂循环使用设备清洗水，经沉淀后用 于混凝土的拌和，成为减少使用生活用水的有效途径。地球上最丰富的水是海水，应当充分利用。当海水中所含可溶性盐不超过35 000ppm时，可以用于拌和素混凝土[11]，尤其是掺大量矿物掺和料的混凝土；但严禁用于钢筋混凝土尤其预应力钢筋混凝土。当使用有潜在碱活性的骨料 时，因海水中的钾、钠可能与其发生碱-骨料反应，所以使用有潜在活性骨料的混凝土不得使用海水拌和。与普通的混凝土相比，用海水拌和的混凝土早期强度会较 高，但28天后的强度会较低。在配制时可用降低水灰比进行补偿[11]。用海水进行素混凝土的养护对混凝土不会造成损害。 混凝土的养护的目的是保持混凝土处于潮湿环境，洒水是最简便的方法，但是为了减少养护用水和工作量，已有人开发出若干有效的养护方法。例如蓄水性好的复合 养护膜片，蓄水性模板，能蓄水的合成树脂毡片加塑料薄膜等。这些方法都能节省养护用水。但是还必须同时注意, 混凝土的降温问题，以免早期产生过大温度应力。 增强混凝土耐久性是混凝土业可持续发展的战略需要 混凝土结构的耐久性成为困扰当今世界各国的普遍问题。1991年在提交美国国会的报告《国家公路和桥梁现状》中指出，美国现存的全部混凝土工程价值约6万 亿美元，而每年用于维修的费用高达300亿美元；英国1980年的建筑维修费用占建筑总费用的三分之二。许多发达国家每年用于建筑维修的费用超过新建的费 用。美国联邦政府现在每年拨款50～60亿美元用于公路和桥梁的维修，但1998年ACI估计仅仅更换目前已损害的公路桥梁的混凝土桥面板就需800亿美 元。我国目前也开始已进入需要大规模修补或更换已建混凝土结构的时期。混凝土结构的提前劣化必然造成大量建筑垃圾和对混凝土原材料的大量需求与浪费。 必须从可持续发展的高度对混凝土结构的耐久性给予足够高度的重视。“如果我们能够生产出更耐久的产品，就必定能大量地节省材料。例如今天建造的混凝土结构 物若不是现在的50年寿命，而是250年寿命，那么混凝土业的资源利用效率就能提高5倍。”[4] 混凝土结构提前劣化的原因很复杂，发生早期开裂是重要原因之一。从根本上来说，混凝土属于多孔性的材料，精心制作并施工的混凝土可以有很好的水密性。如 C30以上的混凝土，抗渗等级达到S8是很容易的事。但是在各种侵蚀性环境因素作用下，混凝土内部微裂缝会逐渐连通和开放，成为环境中的水、CO2及其它 有害介质侵入的通道，使钢筋混凝土开始劣化。如果混凝土结构在交付使用前甚至在浇筑的初期就出现裂缝，则会成为进一步开裂的源头，使劣化进程加速。早期裂 缝产生的原因很复杂，单纯地追求高早期强度、以“混凝土强度7天可达到100%设计强度”为高水平施工的衡量标准是早期开裂的原因之一。任何事物，有所得必有所失。如果仅花半年时间盖起来的大楼的寿命只有20年，无论从经济上还是从保护资源和环境方面考虑，都是得不偿失的。 我们还需要重视大量建筑垃圾的综合利用。
据报道，全球每年要产生超过10亿吨的建造和拆除废弃物[4]。大多数建筑废弃物作为混凝土的部分骨料的替代物是 可行的，并在经济上也划算。二次世界大战末西方国家就已开始利用废弃的旧混凝土做混凝土的再生骨料，日本在旧混凝土再生骨料方面也作了许多工作，香港也制 订了相关技术规程，开始在实际工程中使用。我国近年来由于混凝土耐久性问题的突出，以及旧建筑使用寿命终结，拆除的混凝土大为增加。但我国对废弃混凝土的 综合利用率很低，大量建筑垃圾只能填埋，即占用了土地，又浪费了资源，对此应引起充分的注意。 最后还要说说节约能源的问题，减少熟料用量不仅减少CO2排放量，而且也节省煅烧熟料的能源。但是用于混凝土的磨细矿渣等掺和料在磨细时能源消耗也很大， 例如用传统球磨机粉磨矿渣时，当比表面积达500m2/kg以上时，耗电超过45度/t；磨得越细，耗电越多。越细的矿渣虽然强度效应越高，但化学收缩和 自收缩以及（掺入水泥后）水化热越大。所以从节省能源和混凝土耐久性考虑，矿渣不宜磨得太细。矿渣与熟料混磨的矿渣水泥中矿渣的比表面积只有 250m2/kg左右，分磨时矿渣只要比表面积超过350 m2/kg，即可提高其活性而没有副作用。目前矿渣比表面积居高不下的原因是单纯追求强度的传统观念所造成的市场需求所致。近年来出现的粉煤灰的磨细也是 从强度尤其是早期强度出发的。尽管粉煤灰磨细后的利大于弊，但却增加了粉磨的能耗。从混凝土对可持续发展的贡献出发，并且改变以强度为首要追求目标的观 念，则应当按整体论规划混凝土及其原材料的市场。
1 各种混凝土搅拌装置的功用和原理
搅拌是加气混凝土生产工艺过程中极其重要的一道工序，因为混凝土配合比的设计是按细骨料恰好填满骨料的间隙(见图1)，而水泥胶质均匀地分布在粗细骨料的表面，只有将配合料搅拌得均匀才能得到最密实的高质量混凝土。同时，通过搅拌可塑化、强化混凝土，所以混凝土搅拌机是混凝土生产的核心装置之一，用于完成混凝土的均匀拌和，保证其宏观均质性和微观均质性。同时，混凝土搅拌装置又受混凝土整个施工工艺的影响，如搅拌装置的性能和参数要与混凝土施工要求相适应，比如：搅拌机的出料容量应与搅拌输送车的装料容量相配套，与工程大小相配套，出料高度应满足实际运输设备要求等。一般混凝土搅拌机应用扩散、剪切及对流、挤压机理达到均化的目的，例如常见的自落式搅拌机主要利用扩散机理使物料在重力作用下相互穿插、翻拌、混合以达到均匀混合的目的，而强制式搅拌机主要是依据剪切原理强制物料沿滑移面产生相互滑动以达到均匀混合。
2 混凝土搅拌装置的分类及结构特点
搅拌装置的搅拌方式和结构特点决定了搅拌机的性能和应用范围，搅拌装置从搅拌机理上看，主要分为自落式和强制式两类。自落式又以双锥反转出料为主流形式，偶见有锥形倾翻出料式。自落式搅拌装置筒体旋转时，叶片不断地将拌合料带到约0.7倍直径处，下滑角约为45°，然后因自重而沿叶片滑落下来，重新跌入底部进行冲击拌合，如此反复作用，使混凝土得到均匀拌合。
自落式只适于搅拌流动性较大的混凝土，对于干硬性混凝土和轻骨料混凝土搅拌效果不理想。
强制式品种较多，以双卧轴为主流形式，同时单卧轴、涡浆式、行星式等也较常见，其作用机理是强制物料按预定轨迹运动，对半干硬性、干硬性混凝土和轻骨料混凝土搅拌效果理想，但能耗较大，成本高。为了增加细小的水泥颗粒与拌合水进一步均匀分布，增加混凝土的微观匀质性，采用了一系列强化搅拌措施，如振动搅拌、超声搅拌及热搅拌等。
2.1 JZ系列双锥反转出料搅拌装置 JZ系列双锥反转出料搅拌装置，属自落式搅拌装置，工作时正转搅拌，反转出料，可搅拌塑性和半干硬性混凝土以及大骨料混凝土，不适于搅拌流动性很差的干硬性混凝土，适用于一般建筑工程、道路、桥梁工程及各种混凝土构件厂。主要机型有200～1200L，传动方式分齿轮传动和磨擦传动，该机型由于成本低、生产效率较高，应用广泛。因反转卸料，该机存在一个重载起动的问题，搅拌机容量不可能做得很大。这种装置的搅拌筒是关系到混凝土质量、生产率、能耗、溢料情况等性能的关键部件，其结构形式、传动形式关系到总体尺寸的大小和布局合理与否。筒体分进料锥、柱体和出料锥三部分（见图2 ）根据反射角4 5 °最佳的原理，进料锥半角为48°左右，可促使物料在进料锥的作用下窜向筒体，搅拌强烈，从出料速度和出料筒体重心考虑，出料锥角为66°，为节省材料，搅拌筒整体应设计成类球形；叶片布置：低叶片(主叶片)与拌筒轴线成的夹角为40°(左旋)，而高叶片(付叶片) 与拌筒轴线成的夹角为-40°(右旋)，为了布置方便，齿圈置于进料锥一面，容易实现与上料装置共用1 个电机。值得注意得是，传动装置位置不能乱放，搅拌筒设计完毕后，传动装置位置就固定了，放错位置搅拌筒就会跳高。这种装置工作时呈现以下特点： （1 ）混合料的运动在三维空间进行，并显现较复杂的运动轨迹。 （2 ）利用物料重力势能产生冲击碰撞外，在轴向较大的范围内有交错、穿插，甚至有逆向流动的料流，较大的变形速度使混合料粘性系数下降，混合料呈现较好地流动性，加速了宏观“匀质”化地进行。同时，由于物料的交错、穿插、对流，提高了混合料之间摩擦时正压力中的剪切力，为产生微观“匀质”的混凝土提供了条件。（3 ）混合料运动主要集中在拌筒的柱体部分，搅拌运动影响区域相对增大。由于低叶片斜置6.5°，混合料下落的离心力相对较小，因而拌筒转速可相应增加，以提高系统时间内混合料的运动频率，同时，提高了轴向料流的变形速度。
2.2 JS系列双卧轴混凝土搅拌装置 JS系列搅拌装置适用于各类建筑工程，可搅拌干硬性混凝土、半干硬性混凝土、轻骨料混凝土及各种砂浆。出料容量350～9000L。此类搅拌装置设计十分紧凑，搅拌系统是由传动系统、搅拌罐、搅拌装置、轴端密封等部分组成。搅拌罐内镶有耐磨衬板，用沉头螺钉与罐体联接紧固，柱体部分的衬板叫弧衬板、端面部分的衬板叫侧衬板。卸料门设在搅拌筒的下方，用于搅拌机的卸料。由搅拌罐、搅拌臂、搅拌叶片、衬板组成。搅拌罐呈ω形，搅拌罐内装有两根水平布置的搅拌轴，每根轴上分别装有搅拌臂，搅拌臂上装有搅拌叶片，成非连续螺旋布置，一般有八方轴、六方轴和四方轴形式，搅拌臂相邻夹角有45°、60°、90°、120°、135°、 180°，可根据不同工况进行设计。对于大型和特大型搅拌装置，大都是45°、60°螺旋，这种结构对于大骨料的混凝土搅拌性能较好。因为这种设计的料流空间大，大骨料可更好地在其内部循环；从另一个角度看，大骨料的运动，能起到搅拌的作用，增加了搅拌能力。搅拌臂与大轴用螺栓连接，维修性能好，便于更换；叶片与搅拌臂用螺栓连接，而且搅拌臂上设有长条孔便于调整叶片与衬板间隙，在靠近搅拌罐两端的搅拌臂上，分别装有侧叶片，用于刮掉端面上的混凝土。搅拌轴上设有反向旋转的搅拌叶片，能使搅拌物料在ω形的搅拌槽内呈相互交措、往复循环的螺旋状运动，产生一个强的三维立体搅拌空间，特别是在两个搅拌循环中心交界处形成一个强涡旋的、失重的掺合区，使物料在搅拌叶片和物料的相互挤压、揉搓下，短时间内充分拌和（见图3）；具有搅拌性能强、匀质性好、生产率高、能耗低的优点。能耗低是因为该装置采用瞬间失重原理进行搅拌，减少了物料相互滑动阻力，不易破坏物料的原始状态，短时间内就能得到宏观匀质混凝土，而行星搅拌和涡浆搅拌就没有这一优势，它们的能耗显然就稍高一点。
同其它用于结构的建筑材料相比，混凝土具有不可替代的优势。由于大量使用或简单加工地方性原状天然材料，混凝土是耗能最低的材料。能耗的计算包括 从原材料开采、加工生产，直到构件完成制作，混凝土在人类生产建设发展中起着重大的作用。随着世界人口的增长、生产建设的进步和科学技 术的发展，混凝土技术也在不断发展，用量也不断地增加。但是当混凝土用量大大增加以后，生产混凝土所需的水泥、砂、石等原材料大量消耗自然资源，破坏植被与河床的问题就日益显现。台湾目前已禁止开采生产水泥的石灰石，所用水泥都从境外购买；许多国家的优质骨料供不应求；在发展中国家，人类生活与生产所需的水资源正变得短缺。当前全世界硅酸盐水泥工业每年向地球的大气层排放温室气体CO2达15亿吨，约占总排放量的7%，我国在其中就占40% 多。1949年以后，我国的水泥产量几乎呈指数增长，1997年达到5.1亿吨，当时计划2000年产量为5.5亿吨，2010年达到8亿吨。 预计的水泥增长量为2000万吨∕年左右。从1997年至2002年，仅过去5年，其间还经历了水泥标准修订所伴随的行业整顿，水泥产量却增加了2亿吨。 照此速度，2010年水泥产量将接近10亿吨。这将使用约20亿吨天然矿物原料，向大气排放约10亿吨 CO2；这些水泥用于制备砂浆和混凝土，将消耗约6亿吨水和约60亿吨骨料，再加上生产、加工、运输将消耗的大量能源，对环境造成的巨大压力可想而知。 上述论据都表明，当前的混凝土工业已面临是否可持续发展的挑战。钢结构建筑重新受到青睐，越来越多地用于重大工程建设，就是这种挑战的迹象之一。 我们可以采取哪些对策，来促进混凝土工业的可持续发展，以保持和发挥混凝土材料的优势，这就是今天我们要讨论的问题。
水泥工业可持续发展的出路
中国作为发展中的国家，大量基础设施的建设是必需的。混凝土仍然是最适合于大宗使用的结构材料，因此水泥产量的增长也是必然的，无法抗拒的。古代罗马 2000多年前使用火山灰和石灰混合物制作的混凝土建筑物的耐久性告诉今人，减少硅酸盐熟料的用量（至少控制在现有用量）而大量掺用活性矿物混合材，既可 满足建设对水泥的需求，又符合混凝土耐久性的需要，而且可以减少（至少不再增加）水泥工业向大气排放的CO2 ，并大量利用工业废弃物，使水泥成为环境友好型材料。 实际上，除了PⅠ型硅酸盐水泥外，我国现行水泥标准中对6个品种的硅酸盐类通用水泥都分别规定了其中混合材的允许掺量范围。例如PⅡ的5%，普通硅酸盐水 泥的6～15%（活性混合材），矿渣硅酸盐水泥的20～70%，火山灰硅酸盐水泥的20～50%，粉煤灰硅酸盐水泥的20～40%，复合硅酸盐水泥的 20～50%。但是除了普通硅酸盐水泥和一部分矿渣硅酸盐水泥外，其他含混合材的水泥因需求量小而很少生产。按现行水泥标准，水泥强度检验时一律采用 0.5的水胶比；在大水胶比条件下，水泥强度随着混合材掺量的增加而急剧下降。而用户长期以来一直是以强度作为水泥主要的、甚至是唯一的质量指标。传统观 念认为不能用低强度等级的水泥（含有较大量的混合材）配制高品质混凝土。随混凝土技术进步，低强度等级的水泥同样可配制出高强混凝土。例如清华大学、深圳 港创建材公司和深圳地铁公司合作浇筑了一个足尺的深圳地铁区间段混凝土模型，所用胶凝材料总量中水泥只有180kg/m3，其余有180kg/m3粉煤灰 和80kg/m3的矿渣粉。现场留样检测28天混凝土抗压强度均超过50MPa。该混凝土中矿物掺和料约占胶凝材料的60%。如果按此比例生产水泥，其 28天抗压强度是不会超过32.5MPa的。在统一的高水胶比条件下检验含掺和料的水泥，不能真实地反映矿物掺和料的作用；但在混凝土中如果简单地用矿物 掺和料等量取代水泥，也是不正确的。以粉煤灰为例，如图3所示[3]，粉煤灰掺量对混凝土强度的影响不是线性的。在其他所有条件相同时20%以下的粉煤灰 掺量影响不显著；此后，混凝土的强度随掺量的增加而明显下降；如欲保持强度不变，则需相应降低水胶比。在强度—粉煤灰掺量—水胶比之间存在三维相互影响关 系。在等强度面上，可以找到混凝土的水胶比随粉煤灰掺量的变化关系。
目前水泥强度等级逐渐提高，使得低强度等级的混凝土的配制反而困难，往往导致混凝土拌和物泌水、离析严重。自从Malhotra及其同事们开发了大掺量粉 煤灰(HVFA)混凝土，已有不少成功应用的实例，尤其适于低强度等级的混凝土。同传统混凝土拌和物相比，HVFA混凝土的拌和水用量要少1/3，结果是 水胶比（w/cm）较低，浆体总体积减少近16%。从而，直接与水胶比和混凝土中浆体比例有关的干燥收缩大为减小。同时，由于硅酸盐水泥用量大幅度减少， HVFA混凝土的早期水化放热量几乎减少40%，因此大体积构件温度开裂的倾向大为减小[5]。Mehta用HVFA浇筑了由配筋密集的剪力墙和一个 3.4×1.8m的大体积后张预应力钢筋混凝土基础组成的结构。剪力墙和基础的HVFA混凝土拌和物设计成坍落度150mm、56d强度35MPa。此 外，为了周转模板，墙体的混凝土设计成7d达到20 MPa。保持混凝土内外温差在25℃以内。大流动性的HVFA混凝土拌和物的水胶比为0.32；为控制温升，剪力墙用Ⅰ型硅酸盐水泥195 kg/m3，基础用160 kg/m3；F级粉煤灰195 kg/m3。由于HVFA混凝土优异的施工性，浇筑情况良好，墙和基础没有发现蜂窝和麻面。浇筑9个月后检查，墙体没有出现任何裂缝[6]。 矿渣水泥更是如此。英国和欧洲标准中允许矿渣最大掺量为90%[7]，美国矿渣硅酸盐水泥(ⅠS型)中矿渣最大掺量为70%，矿渣水泥(S型)中矿渣最低 含量为70%（需另加一定量的石灰）。我国水泥标准虽然允许在矿渣水泥中矿渣最大掺量为70%，但极少生产如此高矿渣掺量的水泥。我国矿渣水泥销售情况不 如普通水泥，用户宁愿购进普通水泥，在搅拌站掺加矿渣粉。这其中的原因之一就是，传统上矿渣水泥的生产是将矿渣和孰料以及石膏混合粉磨，由于矿渣比熟料难 磨，成品中矿渣颗粒较粗，水泥磨得越细，矿渣和熟料间的细度差别越大，不仅不能发挥矿渣的活性，而且所配制的混凝土易于泌水，影响抗渗性和抗冻性。近来已 有工厂将矿渣与熟料分别粉磨再混合，大大改善了产品的性能。 由混凝土供应商在配制混凝土时掺入掺和料存在的问题是石膏含量的不足以及增加工序可能造成的管理问题。如果能将这道工序移到水泥厂，适应混凝土的规律来生 产和检验粉煤灰硅酸盐水泥和矿渣水泥，或者分别控制熟料和混合材的性能及混合材的掺量，而由用户控制混凝土的强度，则可大大改善水泥工业的现状，逐步实现 吴中伟生前曾提出过的减少或控制熟料产量但却增加水泥产量的目标，实现水泥工业的绿色化，并促进混凝土的绿色化。前苏联的BHB水泥[8]和清华大学的高 性能胶凝材料[9][10]的技术路线应当可以借鉴。4 砂石生产改造的紧迫性 20多年前，我国已故混凝土专家蔡正泳曾说，中国混凝土质量不如西方的主要原因是砂、石的质量差。以石子为例，高质量的石子为大体等径粒形，级配良好，空 隙率不超过40%。我国石子生产的技术落后，20多年前砂、石的空隙率一般都在40～43%，而现今的砂、石质量说是糟糕并不过分；北京和深圳的砂石空隙 率最好的也超过45%，大多接近50%，有的甚至超过。我国有混凝土用砂石标准，近年又经过修订，但是实际市售骨料的生产几乎都不执行。由于绝大多数采石 场仍使用成本低廉的颚式破碎机，材质越硬（强度也高）的石料，破碎后针、片状颗粒越多，粒径小于10mm的颗粒几乎都是针片状颗粒，因此目前市售标称粒径 5mm以上的石子，实际上缺少5—10mm粒级的颗粒。即使符合定义的针、片状颗粒数量在标准规定范围内，石子粒形也多数是多棱角的。砂子由于资源几近枯 竭也无法讲究级配了。因此这几年来混凝土的用水量居高不下，一般都超过175kg/m3，C30以下混凝土用水量更大，甚至达200 kg/m3。。这是发达国家所没有的。美国混凝土用水量一般不超过160 kg/m3[4]，低强度（例如25MPa）的混凝土也不会超过180 kg/m3（采用大掺量粉煤灰后，用水量可降到130 kg/m3以下而仍具有良好的可泵性[4]）。用水量大时，水泥用量(胶凝材料)必然也大，以保证水灰比(水胶比)不变，在一定胶凝材料总量下，水泥用量 必然也大，对混凝土的温升、变形也都会有影响；用水量少，意味着胶凝材料用量少，浆骨比低，混凝土结构开裂的倾向就会小。 另一个错误的观念是追求石子的强度。其实粒形比强度重要。构件受力后，材质强度高的针状和片状颗粒会因应力集中，承受过大的弯曲应力而提前断裂，从而降低 混凝土的强度。还因粒形远离等径状，比表面积大，需水量就大，影响混凝土的施工性能。表1所示用相同配合比，分别以两种石子配制C60混凝土，测定其坍落 度和28天抗压强度。其中1#石子结晶颗粒粗大，尽管粒形很好，大多为等径状，但岩体强度低；2#石子外观致密，岩石强度高，但针、片状颗粒明显地多。两 组混凝土的水泥用量相同时，2# 比1# 需水量大，因而水灰比高，以致强度比1#低，坍落度也比1#低。如果2#混凝土的坍落度提高到与1#相当，则强度将会更低；如果使2#混凝土的水灰比与 1#相同，同时增加用水量和水泥用量，2#混凝土的强度也会提高，但却会因浆骨比的增大而带来其他的问题：如混凝土温升提高，弹性模量降低，体积稳定性下 降（收缩增加），费用增加，等等。
目前砂石质量降低的原因，首先是人们对砂石的认识有误，认为砂石级配不好不过是浪费点水泥而已；砂石价值很低而不珍惜。最近十年来我国建设规模快速增长， 砂石需求量大，大量应运而生的小采石场，盲目占山采石，不仅产品质量低劣，而且生产过程中排出大量石粉、石屑，导致环境污染和资源浪费，再加上使用时的浪 费也多，使天然砂石资源变得紧缺，造成了纯粹的市场控制──质量由卖方说了算，无法选择；想要求高质量，就会没有石子用而影响工程进度。 针对乱开山、乱采石造成安全事故频发和对环境的污染，我国有的地区已开始整顿砂石场，关停了一些规模小、设备落后、管理不善的作坊式采石场，加强了集中的 大型采石场的技术投入。尽管其初衷只是着眼于安全，毕竟有利于环境保护，并为提高石子质量创造了一个良好的开端。砂石质量的提高，必须从严格执行砂石标准 开始。为了生产出合格的以至优质的产品，现有生产方式必须改造。采取先进的破碎设备如反击式破碎机，还可采取不同类型破碎机分级破碎的方式，以改善石子粒 形。 实际上即使在采石场进行了严格的级配，在装料、卸料和运输过程中，骨料在自重作用下也会破坏原来良好的级配，使用过程中再次装料、上料，使混凝土生产过程 更无法保证骨料原有的配。因此欧洲国家的石子都根据用户要求分级供应，用户在生产混凝土时按优化级配的比例上料。有条件的预拌混凝土厂可以自建、承包或定 点采购，实现骨料的分粒级供应。目前我国有个别混凝土搅拌站已经或正在准备这样做了。实践证明，分级购进，级配后上料，可以使掺用粉煤灰的混凝土用水量降 低到100～130kg/m3，仍有良好的可泵性。当然，这种骨料的价格应当高于原来无序竞争所盲目生产的劣质产品。优质优价的结果会避免人们因产品的 “不值钱”而任意挥霍浪费而造成对环境不必要的压力。4 减少混凝土的拌和与养护用水对生活用水的争夺 水是生命之源，水资源的严重不足已对人类造成威胁。混凝土是水资源消耗大户。我国目前水泥主要用于配制砂浆、灌浆料以及混凝土，每年约有3.5亿吨以上的 水用于混凝土的拌和、养护和清洗。在保证混凝土各项性能的前提下尽量减少拌和水，不仅可以节省用水，而且能减小开裂的倾向。国内外都有实例表明，掺粉煤灰 的混凝土，坍落度为100～130mm时仍有良好的可泵性[4]。假定每年7.1亿吨的水泥全部用于混凝土，按水泥用量为300kg/m3计，则可生产 23亿吨混凝土；如果每立方米混凝土少用100kg水，则每年混凝土行业可节省1亿吨水。目前绝大多数混凝土拌和与养护用水都是可饮用水，但实际并不需要 如此洁净的水。在国外鼓励使用污水处理所得的中水作为混凝土拌和水[4]。目前出于生产成本考虑，已经有不少预拌混凝土厂循环使用设备清洗水，经沉淀后用 于混凝土的拌和，成为减少使用生活用水的有效途径。地球上最丰富的水是海水，应当充分利用。当海水中所含可溶性盐不超过35 000ppm时，可以用于拌和素混凝土[11]，尤其是掺大量矿物掺和料的混凝土；但严禁用于钢筋混凝土尤其预应力钢筋混凝土。当使用有潜在碱活性的骨料 时，因海水中的钾、钠可能与其发生碱-骨料反应，所以使用有潜在活性骨料的混凝土不得使用海水拌和。与普通的混凝土相比，用海水拌和的混凝土早期强度会较 高，但28天后的强度会较低。在配制时可用降低水灰比进行补偿[11]。用海水进行素混凝土的养护对混凝土不会造成损害。 混凝土的养护的目的是保持混凝土处于潮湿环境，洒水是最简便的方法，但是为了减少养护用水和工作量，已有人开发出若干有效的养护方法。例如蓄水性好的复合 养护膜片，蓄水性模板，能蓄水的合成树脂毡片加塑料薄膜等。这些方法都能节省养护用水。但是还必须同时注意, 混凝土的降温问题，以免早期产生过大温度应力。 增强混凝土耐久性是混凝土业可持续发展的战略需要 混凝土结构的耐久性成为困扰当今世界各国的普遍问题。1991年在提交美国国会的报告《国家公路和桥梁现状》中指出，美国现存的全部混凝土工程价值约6万 亿美元，而每年用于维修的费用高达300亿美元；英国1980年的建筑维修费用占建筑总费用的三分之二。许多发达国家每年用于建筑维修的费用超过新建的费 用。美国联邦政府现在每年拨款50～60亿美元用于公路和桥梁的维修，但1998年ACI估计仅仅更换目前已损害的公路桥梁的混凝土桥面板就需800亿美 元。我国目前也开始已进入需要大规模修补或更换已建混凝土结构的时期。混凝土结构的提前劣化必然造成大量建筑垃圾和对混凝土原材料的大量需求与浪费。 必须从可持续发展的高度对混凝土结构的耐久性给予足够高度的重视。“如果我们能够生产出更耐久的产品，就必定能大量地节省材料。例如今天建造的混凝土结构 物若不是现在的50年寿命，而是250年寿命，那么混凝土业的资源利用效率就能提高5倍。”[4] 混凝土结构提前劣化的原因很复杂，发生早期开裂是重要原因之一。从根本上来说，混凝土属于多孔性的材料，精心制作并施工的混凝土可以有很好的水密性。如 C30以上的混凝土，抗渗等级达到S8是很容易的事。但是在各种侵蚀性环境因素作用下，混凝土内部微裂缝会逐渐连通和开放，成为环境中的水、CO2及其它 有害介质侵入的通道，使钢筋混凝土开始劣化。如果混凝土结构在交付使用前甚至在浇筑的初期就出现裂缝，则会成为进一步开裂的源头，使劣化进程加速。早期裂 缝产生的原因很复杂，单纯地追求高早期强度、以“混凝土强度7天可达到100%设计强度”为高水平施工的衡量标准是早期开裂的原因之一。任何事物，有所得必有所失。如果仅花半年时间盖起来的大楼的寿命只有20年，无论从经济上还是从保护资源和环境方面考虑，都是得不偿失的。 我们还需要重视大量建筑垃圾的综合利用。
据报道，全球每年要产生超过10亿吨的建造和拆除废弃物[4]。大多数建筑废弃物作为混凝土的部分骨料的替代物是 可行的，并在经济上也划算。二次世界大战末西方国家就已开始利用废弃的旧混凝土做混凝土的再生骨料，日本在旧混凝土再生骨料方面也作了许多工作，香港也制 订了相关技术规程，开始在实际工程中使用。我国近年来由于混凝土耐久性问题的突出，以及旧建筑使用寿命终结，拆除的混凝土大为增加。但我国对废弃混凝土的 综合利用率很低，大量建筑垃圾只能填埋，即占用了土地，又浪费了资源，对此应引起充分的注意。 最后还要说说节约能源的问题，减少熟料用量不仅减少CO2排放量，而且也节省煅烧熟料的能源。但是用于混凝土的磨细矿渣等掺和料在磨细时能源消耗也很大， 例如用传统球磨机粉磨矿渣时，当比表面积达500m2/kg以上时，耗电超过45度/t；磨得越细，耗电越多。越细的矿渣虽然强度效应越高，但化学收缩和 自收缩以及（掺入水泥后）水化热越大。所以从节省能源和混凝土耐久性考虑，矿渣不宜磨得太细。矿渣与熟料混磨的矿渣水泥中矿渣的比表面积只有 250m2/kg左右，分磨时矿渣只要比表面积超过350 m2/kg，即可提高其活性而没有副作用。目前矿渣比表面积居高不下的原因是单纯追求强度的传统观念所造成的市场需求所致。近年来出现的粉煤灰的磨细也是 从强度尤其是早期强度出发的。尽管粉煤灰磨细后的利大于弊，但却增加了粉磨的能耗。从混凝土对可持续发展的贡献出发，并且改变以强度为首要追求目标的观 念，则应当按整体论规划混凝土及其原材料的市场。
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