工業廢渣的合理利用是國民經濟可持續發展的一項重要內容。合理利用廢渣作水泥混合材和配制混凝土可以節省大量水泥熟料和鋼材，減少水泥生產對環境的污染，是落實重質限量的建材行業跨世紀發展戰略的必然選擇。

　　1.我國目前的使用情況
　　我國是利用工業廢渣和天然火山灰資源做水泥混合材最早、使用量最多的國家。解放前就有一些水泥廠利用礦渣做混合材生產礦渣硅酸鹽水泥。解放后經濟建設急需大量水泥，使我國在利用礦渣作為水泥混合材方面發展迅速，特別是立窯工業的發展，利用礦渣等活性混合材改善水泥安定性已成為立窯生產水泥的重要途徑。水泥廠利用礦渣與活性混合材生產不同品種和標號的水泥，特別是近年來一些工廠還在水泥中摻入少量細磨石灰石，提高了水泥的強度。水泥工業中節能利廢發揮了明顯的效益，取得顯著成就。

　　1995年我國水泥產量4.76億噸，立窯水泥占81％。 其中625號、525號、425號、325號水泥分別占水泥總
量的0.17％、9.1％、51.7％和37.7％，525號及以上 水泥占不到總量的10％。在425號水泥中混合材摻加量
若按20％計，混合材應為4920萬噸；在325號水泥中混 合材摻加量若按30％計，混合材應為5370萬噸；混合
材總量為1.03億噸，其中礦渣約5200萬噸，。其余為火山灰、粉煤灰及石灰石等。由此可見，目前我國水 泥工業用作混合材的廢渣和天然資源年約1億噸左右。

　　然而摻混合材的水泥一般都是早期強度低，凝結 時間長。隨著現代化工程的發展，混凝土朝著高強、 高耐久性，即高性能方向發展。在今后工程標準不斷
提高的形勢下，一些摻混合材的低標號水泥已不能滿 足工程的需要，會愈來愈不受歡迎。這些水泥大多數是以降低熟料強度與性能為代價的，在某種程度上說摻混合材的低標號水泥不僅浪費了資源也浪費了能源，還污染了環境，從長遠看是不可取的，因此可持續發展的環保型混凝土摻合料的研究開發將是一項十分迫切的任務。當前世界一些國家除了研究利用工業廢渣做水泥混合材外又有新的突破
――利用工業廢渣做細磨摻合料生產高性能混凝土，國內一些科研部門也已開始了這方面的研究和應用， 使工業廢渣的作用有了很大升級，產生了更高的使用價值。

　　2.國外發展現狀
　　2.1　研制高性能混凝土 　
　　近年來，隨著現代化工程的發展，混凝土越來越 多地被用來建造大橋、重載和需要承受惡劣環境條件 的構筑物，如大跨度橋梁、高層建筑、海洋構筑物，
污水處理工程等。這些工程要求混凝土不僅有良好的 物理力學性能，而且還應有卓越的耐久性。這是因為， 其一，這些構筑物工程浩大，相應維修、重建費用高。

　　據資料介紹，在工業發達國家占建筑工業總投資40％ 以上的費用用于現有結構的修理和維護。結構的維修 和更換費用急劇上升。根據美國1988年報導，美國混凝土基礎工程（公路、橋梁、大壩、供水系統等）估 計價值達6萬億美元。而其后每年用于維修和重建費用 將高達3000億美元。據我國駐貝魯特記者報導，許多海灣國家沿海地區大批城市建筑遭受破壞，例如，巴 林政府大廈和阿聯酋的沙加國際機場的部分建筑及迪 拜的鐘樓等許多建筑物停用或大修。除建筑質量差的
原因外，是這些地區高溫、潮濕、晝夜溫差大和海風 帶來的高含量硫酸鹽和氯化鈉等，使建筑物遭受侵蝕 的結果。其二，混凝土不耐久，水泥及各種材料需要
量就大，水泥生產需消耗大量燃料和能量，以每噸水 泥標準煤耗為0.2噸計，如世界水泥產量為14億噸，耗 煤2.8億噸。同時每生產一噸水泥大約將產生1噸CO2，全世界水泥產量14億噸，即產生14億噸CO2，這對溫室 效應的影響十分明顯。出于節約能源、資源、減少對 環境的污染和減少維修費用等的考慮，重視混凝土的耐久性、提高其使用壽命已成為全世界水泥和混凝土 科 技工作者的共識。如美國舊金山―奧克蘭灣大橋和金 門橋已使用60年，科學家們仍在設法使其壽命再延長50～100年，目前已有較多的科學家主張將大混凝土工 程按使用壽命大于100年來設計。基于此，必須進一步 提高混凝土的耐久性。

　　近年來出現的高性能混凝土拌合物具有高流動性、 可泵性、不離析，而且保塑時間可根據工程需要來調 整，便于澆注和密實；混凝土凝結硬化過程中水化熱
低、內部缺陷少、結構密實、硬化后體積穩定、收縮 變形小，抗凍、抗滲等耐久性能好，用于結構工程可 減小構件尺寸，使結構簡單輕巧。高性能混凝土的這
些優良性能為建造現代化大型建筑物提供了可靠的技 術保證。發展高性能混凝土是提高混凝土耐久性的重 要舉措。當然高性能混凝土也不是十全十美，還存在
一些問題，正處在發展中（如脆性大）。加速人們對 高性能混凝土的認識，研究、應用高性能混凝土必將 產生不可估量的經濟效益和社會效益。

　　2.2　細磨摻合料在混凝土中的作用及作用機理 　
　　混凝土是由水泥、水、集料三種原料配制而成， 根據工程需要加入外加劑改善混凝土的某些性能。當 今混凝土的組分發展到水泥、水、集料、外加劑和細
磨摻合料5種，外加劑和摻合料不是可有可無的組分， 兩者在混凝土中起著相當重要的作用。這些摻合料大 多是以工業廢渣經過超細磨得來，在混凝土中可單摻
還可同時摻兩種以上的廢渣，如以礦渣加粉煤灰、礦 渣加硅灰、粉煤灰加硅灰等來提高作用。細磨摻合料 不僅能夠代替較多的熟料，并且不降低強度，還能夠
改善混凝土的某些性能，尤其90天以后強度有明顯增 加。這樣，既利用了廢渣，又大量減少了熟料，對于 環保十分有利。為此，世界已舉辦了五屆“粉煤灰、
硅灰、礦渣、天然火山灰在混凝土中的應用”國際會 議，第六屆將于1998年在泰國曼谷召開，可見國際科 技界對活性細磨摻合料在水泥與混凝土中所起重要作
用的高度重視。歸納起來，活性細磨礦物摻合料在水 泥和混凝土中主要有下列幾個方面的作用：

　　（1）提高水泥的標號或混凝土強度
　　例如，在制備超高強混凝土（抗壓強度≥100MPa） 時，在摻入高效減水劑的同時，必須摻入硅灰、細磨 粉煤灰或細磨礦渣等。

　　（2）改善混凝土的耐久性在混凝土中摻入細磨活性摻合料，可以提高混凝土的抗蝕性和其他耐久性 指標，并能有效地防止混凝土中的堿骨料反應。

　　（3）促進環境保護粉煤灰、礦渣及硅灰等都是工業廢料，特別是粉煤灰，排放量很大，造成了環境污染。在水泥和混凝土中應用各種工業廢料、變廢料為資源，對促進環境保護意義重大。

　　（4）降低成本、節約能源粉煤灰、礦渣等的成本都遠低于水泥熟料，摻入這些材料可以減少熟料用 量，也就減少了煅燒熟料用的燃料，減少CO2排放量。

　　在水泥與混凝土中摻入活性細磨摻合料之后，混凝土的強度提高、耐久性得到改善，主要原因是摻入
足夠數量的活性細磨摻合料后，微細粉在水化過程中能起晶核作用，促進硅酸鹽礦物的水化，提高了水泥
石結構的密實度。摻料中的活性SiO2能逐步與水泥石中的Ca（OH）2和高堿性水化硅酸鈣產生二次反應，生
成低堿性水化硅酸鈣，同時Ca（OH）2也與摻合料中的活性Al2O3反應，生成水化鋁酸鈣，或與SiO2及Al2O3
生成水化硅鋁酸鈣。這樣，使水化產物的數量增多，又使不穩定的高堿性水化物轉向低堿性的穩定的水化 物，使水泥石結構致密、穩定，從而使其強度及其性
能得到大幅度提高和改善。

　　2.3　重大工程使用效果
　　礦渣、粉煤灰、硅灰細磨摻合料在混凝土中的應用引起世界各國的高度重視。最近的資料表明，硅灰
雖然研究較多，但產量有限，全球硅灰產量也不過100～200萬噸。同時硅灰容重太小，運輸不方便，且價 格昂貴，在實用上受到很大限制。而粉煤灰最值得注 意。

　　從1985年開始，加拿大礦物與能源技術中心在Ma lhotra領導之下對 大摻量粉煤灰混凝土進行了長期系統的研究。采用高
效減水劑降低水灰比或超量取代，即略為增加每立方 米混凝土膠凝材料的總量，但純水泥用量顯著降低， 從而配制成滿足力學性能要求的耐久性能優異的混凝
土。如水泥用量僅152～153kg／m3，粉煤灰摻量為近60％時，混凝土28天抗壓強度達C30，1年強度達C50。

　　特別重要的是當水灰比為0.33時，各項性能均有很大提高，1000次凍融之后，物體仍十分完好，氯離子透 入數在91天濕養之后小于650庫侖，這些數值與摻硅灰相當，而抗滲系數達10－14m／sec。因此具有優異的 抗蝕、抗凍性能。 　
　　英國M.Chael的調查研究證實，當粉煤灰含量占水
泥重量的20～30％時，雖然現場施工時28天強度摻粉 煤灰者略低一些，但10～33年之后將同時澆注的混凝 土的巖蕊取出來比較，摻粉煤灰者要高5～33％。這是
因為在現場使用之后摻粉煤灰者強度增長較多，為28 天的146～240％（平均為193％），而未摻粉煤灰者強 度雖然增大，但增長幅度要小，僅為116～156％（平均為138％）。這種對比包括水池、橋、壩、海堤和基 礎。而對氯離子的擴散和抗堿骨料反應顯然粉煤灰水 泥混凝土要好得多。

　　目前國外力求擴大粉煤灰的用途，采取的措施主 要是調整混凝土配合比和采用高效減水劑。在混凝土 中摻粉煤灰有多種形式，如等量取代、等強取代和超
量取代。等量取代，即混凝土中膠凝材料摻量不變， 用粉煤灰取代部分水泥。等強取代，即取代后膠凝材 料摻量由28天強度決定。超量取代是混凝土中膠凝材
料的總量增加，但純水泥的用量可以減少，這樣，既 能保證各種性能還能節約資源能源。

　　混凝土的配制方式有兩種，粉煤灰在施工現場或
混凝土攪拌站直接摻入是一種方式，另一種方式是在 水泥廠中在粉磨之前摻入磨中與水泥熟料一起粉磨。 近來國外也主張要發展高摻量粉煤灰混合水泥。因為
水泥廠摻粉煤灰有很多優點，煤粉灰在磨細過程中得 到機械活化。特別是低級粉煤灰和粗粉煤灰，比面積 增加之后可大大激發其化學活性，同時在水泥廠中可
嚴格控制配合比，對于小型工程可免去運送，儲存粉 煤灰的流程和設備。

　　3.建議
　　由于細磨摻合料可以改善混凝土的某些性能、提 高混凝土的耐久性，它越來越受到人們的關注。 　　1994年在維也納由奧地利水泥研究所和RILEM3C委
員會聯合組織了有關高性能混凝土的耐久性問題研討 會，該會的一個主要信息是若想延長結構物的使用壽 命，最大限度地發揮材料性能，需要結構工程師和材
料工程師的通力合作。這一信息為我們水泥工作者提 出了新的課題。分析我國工業廢渣和水泥工業的生產 現狀，1995年我國粉煤灰排放量超過1億噸，到2000年
估計將達1.6億噸。據統計1995年粉煤灰的綜合利用率 為47％，其中建材工業用量超過總用量的30％。全國 約有5％的水泥生產企業在水泥粉磨時用粉煤灰做混合材，年生產粉煤灰水泥約2000萬噸。粉煤灰摻入量按 20％～40％計，粉煤灰用作水泥混合材的量僅為400～ 800萬噸。

　　目前我國水泥實物質量還不高，在水泥總量中只 有15％左右的水泥達到國際先進和一般實物質量水平， 325號水泥占水泥總量的三分之一，這類水泥按國際標準檢驗都屬不合格產品，在我國還占不少的比例。在 水泥總量已滿足市場需求并在某些地區出現供大于求 的情況下，根據我國當前水泥工業的生產條件、市場
需求的發展趨勢以及現有的工業廢渣資源情況，借鑒 國際先進國家水泥混凝土發展的經驗，對我國如何發 展細磨摻合料及水泥產品如何適應混凝土的發展提出 以下幾點建議。

　　3.1　水泥產品中要提高高標號水泥或高性能水泥 的比重
　　用低標號水泥配制相同標號的混凝土水泥用量要 大得多，更由于我國還有一些立窯水泥廠生產熟料中 fCaO高，質量不穩定，通過摻入大量混合材消解游離
氧化鈣，從而更降低了水泥的標號。而生產這些低標 號水泥能源和資源消耗并不很低，鑒于我國目前325號 水泥占水泥總量三分之一的現實，建議今后水泥產品
結構中應逐步淘汰325號水泥、適當增加高標 號水泥的比重或生產帶有細磨摻合料的高性能水泥。 以滿足日益發展的現代化工程的需要。

　　3.2　在水泥廠生產高品質通用水泥的同時，配套 生產系列高性能混凝土摻合料建議今后水泥廠或粉磨站在生產高品質通用水泥的同時也可以生產摻合料，將摻合料供給預拌混凝土 廠或工地，摻合料不分標號，專供配制不同要求的高 性能混凝土。水泥廠還可將水泥、細磨摻合料、集料、外加劑配制成干拌料，直接向用戶供貨。用戶在工地 加水即可拌用，使水泥的生產、銷售與使用協調起來。

　　3.3　成立由科研院校、企業、施工單位組成的三 位一體的科研攻關小組根據國內外混凝土的發展趨勢，膠結材料主要是 高摻量的粉煤灰水泥和復合摻合料水泥。這就給水泥 生產者提出一系列新課題，如這種材料的化學成分、
配合比、顆粒級配等如何最能適應混凝土工程的需要， 類似這樣要研究解決的問題很多。為滿足混凝土的性能要求，提高其耐久性，若科研、生產和施工單位能
密切配合，共同開發研制，共享經濟利益，則將對這一工作會有很大的促進作用。

　　3.4　水泥分流使用 　
　　根據不同工程的需要，水泥分流使用。早期強度高的硅酸鹽、普通硅酸鹽水泥用于工業及民用建筑， 后期強度高耐久性好的水泥用于水中工程，地下工程。
分流使用還能提高耐久性，在有腐蝕的污水處理工程、 海水工程中使用摻粉煤灰水泥可大大延長混凝土的壽命。鑒于我國粉煤灰排放量逐年增多的趨勢，若能因
地制宜，利用當地粉煤灰資源生產高摻量粉煤灰水泥將獲得可觀的經濟效益，同時也是建材工業對保護環 境、節約能源和造福子孫的可持續發展戰略作出的具大貢獻。

　　3.5　提高認識，加速觀念的轉變
　　各級領導要把以提高產量為目標轉移到提高產品 質量上來，全面落實建材工業的跨世紀發展戰略。水 泥生產者要增強質量意識，深刻認識水泥
質量的含義不僅僅指強度，如純硅酸鹽水泥就不適合 配制大壩混凝土，應以提高混凝土的耐久性為目的， 更加重視水泥的凝結硬化特性、顆粒組成、早期強度
以及水泥的均勻性和穩定性。重視水泥的建筑性能， 如砂漿稠度和混凝土抗凍性、抗蝕性、耐磨性等，盡 快提高我國水泥的實物質量。傳統的以強度為主的考
查模式應被施工性能和耐久性為主的考查模式來取代。 正如國家建材局技術情報所喬齡山總工程師強調的： “水泥僅是半成品，應把水泥的生產鏈延續到混凝土”，望這個觀點能引起大家足夠的重視。

　　撰稿人：王承敏