粉磨-搅拌一体化：中国商品混凝土产业的发展策略

一、商品混凝土的历史与发展
    1．商品混凝土概述
    商品混凝土亦称预拌混凝土，它的产生和出现可以说是混凝土发展历史上的一次“革命”，是混凝土工业走向现代化和科学化的标志。商品混凝土的实质就是把混凝土这种主要建筑材料从备料、拌制到运输等一系列生产环节从传统的施工系统中游离出来，成为一个独立经济核算的建筑材料加工企业——预拌混凝土厂或混凝土公司。混凝土的商品化生产能够因为生产的高度专业化和集中化等特点为建筑工程中节省水泥及其砂石材料，提高工程质量，改进施工组织，减轻劳动强度，降低生产成本提供可能，同时也因为能节省施工用地，改善劳动条件，减少环境污染而使人类受益。同时，推广商品混凝土还是推广散装水泥的重要先导措施，因此受到国家有关部门的高度重视。
    2．国外商品混凝土发展概况
    商品混凝土最早出现于欧洲。到20世纪70年代，世界商品混凝土的发展进入黄金时期，商品混凝土在混凝土总产量中已经占有绝对优势，其中美国占84%，瑞典占83%，日本占78%，澳大利亚占63%，英国占57%。20世纪70年代末全世界已有30000多个预拌混凝土工厂，其中日本和美国各拥有5000个左右的预拌混凝土工厂。目前，美国和日本仍然是世界上最大的两个商品混凝土生产国，年产量均在2亿m3左右，约占本国混凝土总用量的80%。俄罗斯现在年产水泥5000万吨，其中30～40%用于生产商品混凝土。全俄罗斯年产商品混凝土4000万～5000万m3,人均商品混凝土用量0.2～0.3m3。欧洲22个发达国家累计年生产商品混凝土3亿m3,人均0.6m3。包括东欧国家，全欧洲总的年产商品混凝土约4亿m3。在欧洲国家中，德国商品混凝土产量最高，年产量达到7400万m3,人均0.9m3。而人口仅650万的瑞士，却有商品混凝土工厂300多座，年产量970万m3,人均1.49m3，居欧洲第一。目前，商品混凝土在国外已成为一门新兴的产业。
    3．我国商品混凝土的发展概况
    建国初期，我国在一些大型水利工程中采用了预拌混凝土，但是由于种种原因，我国商品混凝土的生产发展比较迟缓，与发达国家相比，形成了很大的差距。我国的商品混凝土搅拌站始建于20世纪70年代后期，在上海、常州等地。随后，由于建设的需要和政府的支持，城市商品混凝土发展较快，每年以约15%的幅度递增。据统计，1990年全国35个城市建成100个搅拌站，年设计能力为1450万m3,实际产量500万m3；1993年全国35个城市建成200个搅拌站，年设计能力为2000万m3,实际产量约900万m3；1995年全国建成搅拌站618个，年设计能力4000万m3，实际产量约2600万m3；1999年全国商品混凝土生产企业达683家，年设计能力12700万m3,实际产量约5400万m3。另外，商品混凝土在我国发展极不平衡，地区差异较大。在北京、上海、广州、大连、厦门等大城市，商品混凝土使用量比较大，占这些城市的混凝土总用量的60～80%左右，已经接近或达到发达国家的水平。而在西部地区，有的省份还没有一家商品混凝土搅拌站。有的省市即使有商品混凝土搅拌站，由于种种原因，也未充分发挥作用。因此国家在“九五”期间提出了“巩固东部、发展中西部”的发展商品混凝土的方针。
    总之，我国商品混凝土的发展无论从数量上讲，还是从质量上讲，与发达国家相比，都还处于起步阶段。

    二、我国发展商品混凝土的前景
    (一)我国商品混凝土市场潜力巨大
    我国商品混凝土的使用主要集中在省会城市和沿海发达城市，这些城市，如上海、广州、深圳、常州等地的商品混凝土使用率已达60～80%，基本达到发达国家的水平。然而，在一些中等城市和小城市，商品混凝土的使用率还很低，甚至没有。可见，商品混凝土的发展空间还十分巨大。
    （二）使用商品混凝土技术经济效益十分明显
    1．企业财务效益
    北京、上海、常州、天津等商品混凝土搅拌站的经营统计资料分析表明，与现场搅拌混凝土比较，使用商品混凝土可获得如下经济效益：
    （1）建筑施工单位用工降低，劳动生产率提高：一般生产商品混凝土0.25工日/m3,全员产值2.5～3.0万元/人•年；现场搅拌0.35工日/m3,产值一般间0.8万元/人•年。
    （2）节约原材料：测算和分析表明，应用商品混凝土可节约水泥8%，砂石12%左右。
    （3）促进机械化、自动化水平的提高，大大提高设备利用率。
    （4）提高混凝土质量，延长工程使用寿命。
    2．社会经济效益
    （1）相关部门获利明显：统计表明，应用商品混凝土节省了许多单位的费用支出，普遍受到欢迎。如，节省砂石及中间储料的堆场租用费0.9元/m3，水泥包装袋费用节约1.75元/m3。现场建材堆放场地租用费等节约2.40元/m3，现场临时水电及设施费4.00元/m3等。
    （2）加快施工进度，提前发挥投资效果。
    （3）促进水泥工业和混凝土新技术发展及其建筑工业化的发展。
    3．环境效益
    （1）当今社会环保问题已成为一个十分重要的问题，环保问题已严重威胁着人类的生存和健康。应用商品混凝土环境效益十分显著。首先它不需要在现场堆放材料及中转材料，避免了城市的脏、乱、差现象；其次，从根本上消除噪声、粉尘、污水等污染，改善了市民工作、居住环境。
    （三）国家大力提倡，为商品混凝土的发展创造了极为有利的条件
    八十年代以来，党和政府十分重视商品混凝土的发展，各级建设行政主管部门制定了相应的扶持政策和措施。1987年建设部印发了《关于“七五”城市发展商品混凝土的几点意见》，明确了发展预拌商品混凝土的方向和有关技术经济政策。1990年国家建设部印发的建〔1994〕490号文《建筑业重点推广应用10项新技术》中，又把推广商品混凝土和散装水泥应用技术列为重点推广的首要内容。“八五”期间，建设部安排国家支持施工企业技术改造专项贷款的11亿人民币中，有5亿元之多（不包括企业自筹）用于支持预拌混凝土的发展。在国家“九五”规划中，又明确要求“九五”期间全国预拌混凝土的产量要比“八五”末期翻一番，商品混凝土占现浇混凝土的比重增加到20%。最近发布的我国《散装水泥发展“十五”规划》中明确规定，到 2005 年，我国预拌混凝土生产能力将力争达到 3 亿m3，预拌混凝土占混凝土浇注总量的比例达到 20%，其中大中城市要达到 50% 以上；直辖市、省会城市、沿海开放城市和旅游城市将积极发展预拌混凝土，从 2003 年 12 月 31 日起，禁止在城区现场搅拌混凝土；其他城市 2005 年 12 月 31 日起，禁止在城区现场搅拌混凝土。国家发展商品混凝土政策的力度加大，对我国商品混凝土发展的提速必然会发挥积极的作用。
　

    三、影响和制约我国商品混凝土发展的主要因素
    1．在现阶段，政策和法规因素是调控和引导商品混凝土发展的重要因素。目前，从表面上看，商品混凝土的价格要比现场搅拌的混凝土高出60～80元/m3,使用单位较难接受。致使商品混凝土的推广使用受到一定程度的阻碍。但从深层次上、用发展的眼光看，使用商品混凝土除了社会效益、环境效益外，其综合经济效益也是很高的。因此各级政府应根据当地实际情况，一方面加紧健全推广商品混凝土方面的政策、法规，加大执行力度，另一方面，要因势利导，制定商品混凝土企业的优惠政策，为推广使用商品混凝土鸣锣开道。
    2．建筑施工单位及社会各方面对使用商品混凝土还缺乏足够的认识。各建设主管部门要充分利用各种新闻媒体，积极宣传推广使用商品混凝土的优越性及其生产的经济效益、社会效益和环境效益，以取得全社会的重视和支持，为商品混凝土的推广使用扫清思想障碍。
    3．建筑施工企业一揽子承包工程的体制给现场搅拌混凝土提供了温床，成为商品混凝土的发展的障碍。政府建筑管理部门应把建筑工程中的混凝土分项独立出来，单独承包给一些有资质的混凝土工程公司。
    4．商品混凝土的价格偏高是影响商品混凝土推广的关键因素。在市场经济条件下，某种商品或某个行业的产生、生存和发展，最终都是要依靠市场经济规律来调节的。商品混凝土作为一种特殊商品也不例外。其可靠的质量、便捷的施工已经为大家认可，国家政策的支持也有相当的力度，但是为什么推广工作始终非常艰难？笔者认为，其根本原因还在于价格偏高或者混凝土生产企业利润偏低。因此，要想让商品混凝土得到大范围的推广使用，得到广大施工单位的认可，使商品混凝土成为一个蓬勃发展的新兴产业，还必须加大技术创新、制度创新和经营创新的力度，改变传统的生产方式，切实降低生产成本，降低商品混凝土的价格，缩小或者消除商品混凝土与现场搅拌混凝土的价格差距，从而扩大商品混凝土的销售，提高商品混凝土生产设施的利用率，增加企业的经济效益。

    四、我国商品混凝土产业发展的对策——“粉磨-搅拌”一体化
    （一）“粉磨-搅拌”一体化的含义
    所谓“粉磨-搅拌一体化”，是指一种不同于传统生产方式的水泥混凝土生产方式。这种新的生产方式以水泥混凝土的最终应用——混凝土功能要求为目标，以外加剂为核心技术，以粉磨为中心环节，在粉磨过程中（包括一次性粉磨和分别粉磨），将外加剂技术、掺和料活化、熟料粉磨整合到一起，充分发挥粉磨工艺与外加剂的功能，并与混凝土（或干粉）搅拌相衔接，改变我国长期以来水泥生产与混凝土生产相分离的现象，实现水泥与混凝土生产的有机统一，从而降低生产成本、降低环境负荷以及为生产高性能混凝土创造灵活的工艺条件。
    “粉磨-搅拌”一体化的概念，主要是从工艺学的角度来讲的，其本质是把“粉磨”从水泥生产的最后一道工序变成混凝土生产的第一道工序。从表面上看，这似乎没有发生根本性的改变，但实质上，“粉磨”工艺的目的已经从生产水泥演变为生产混凝土，其目的、意义、方式、方法都将发生一系列改变。

    上图表示的是目前从水泥熟料到商品混凝土的生产工艺过程，在这个过程中，“粉磨”所起的作用是把水泥熟料和掺和料（水泥行业习惯称混合材）粉磨到水泥标准所要求的细度，因此“粉磨”所发挥的作用是非常有限的。现在，如果我们设想，将“粉磨”作为生产商品混凝土的一个工艺过程，上图则可以改造为下面的模式。

    按照这种“粉磨-搅拌”一体化的商品混凝土生产模式，混凝土搅拌站不再需要向水泥厂购买“成品”水泥，只需购买达到一定技术标准的水泥熟料，而且仅仅把水泥熟料作为一种组分，与掺和料、外加剂共同粉磨，并根据不同混凝土性能与配合比的需要进行配比调整。当然，上图描述的只是其中一种工艺路线，按照实现“粉磨-搅拌”一体化的技术/工艺可能性，至少还可以分化出以下3种子模式：

    这种“粉磨-搅拌”一体化的商品混凝土生产模式，彻底打破了传统的生产模式，充分发挥“粉磨”系统的功能，增强了混凝土搅拌站的主动性和灵活性，真正做到在混凝土配制过程中，从粉磨开始，其水泥熟料、掺和料的配比、细度以及外加剂的种类、含量都可以自主调控，一切以混凝土性能的要求为转移。
    本文中的“粉磨-搅拌”一体化概念，是从工艺学的角度提出的，其本质是将“粉磨”作为混凝土生产工艺过程的一部分，并不讨论“粉磨”与“搅拌”的地理组合和隶属何种企业。事实上，笔者设想，“粉磨”与“搅拌”的组合可以在同一地点，也可以在不同地点，可以一一对应，也可以一对多，可以隶属同一企业，也可隶属不同企业，可以是搅拌站增加粉磨设备，也可以是水泥厂或水泥粉磨站纵向整合搅拌工序，只要符合一体化的本质内涵，就是本文所讲的“粉磨-搅拌”一体化生产模式。而在实际运作中哪一种组合占优势，则看其技术经济优势的竞争结果。
    （二）“粉磨-搅拌”一体化提出的依据
    1．现实依据
    自从“七五”以来，我国一直把推广商品混凝土、发展散装水泥列入五年规划中，各级主管部门也相当重视，但商品混凝土的发展还是及其缓慢，地区差异较大，与发达国家差距更大。究其原因，笔者从市场经济规律的角度分析认为，主要是商品混凝土造价高于现场搅拌混凝土，施工单位不易接受。因此，要解决商品混凝土推广的这一难题，就必须从根本上着手，努力降低生产生成本，提高质量，充分发挥产业化、专业化生产的优势，生产出“绿色”、高性能商品混凝土。只有这样，商品混凝土才真正可能在全国各地开花结果，商品混凝土产业才可以真正得以立足。“粉磨-搅拌”一体化，正是实现这一目标的重要策略。
    2．理论和技术依据
    我国著名混凝土专家、清华大学冯乃谦教授关于“活化水泥”、“活化填料”以及由其配制高性能混凝土的研究成果（冯乃谦编著 《高性能混凝土》中国建筑工业出版社1996年8月第1版，37页～40页），为“粉磨-搅拌”一体化提供了强有力的技术经济理论支持。
    （1）活化填料
    把有机外加剂与天然矿石及矿渣同时粉磨，使外加剂吸附于磨细矿物颗粒的表面，得到活化填料。当水泥混凝土中，以这种活化填料取代一部分水泥时，可以降低减水剂的用量并能提高水泥混凝土的强度。
采用活化填料与二次搅拌工艺，即首先在普通或高速搅拌机内制备水泥胶结料拌和物，同时加入超塑化剂；然后，使之与集料在主搅拌机内混合；这样，能以普通水泥，甚至低标号水泥制成高强度混凝土。

    由表1可见，2号混凝土28d龄期强度可达100MPa，可经受500次冻溶循环，而无任何破坏迹象；28d、60d的抗弯强度分别为9.6MPa及12.2MPa，棱柱体强度为105MPa，抗渗压力超过1.8MPa。
    （2）活化水泥（FFC）
    将粉状超塑化剂与熟料混磨即能制得的活化水泥（FFC-100）。或者把粉状超塑化剂与矿物质材料混磨制成活化填料，取代部分水泥，可以制得需水量低的胶结材料。

    上表中：①FFC-50意即水泥中含有50%活性填料，FFC-25意即水泥中含有75%的活性填料。以325号水泥为基料的FFC-50可以代替525号水泥，其蒸养10h后28d龄期强度可达64.8MPa，比525号水泥配制的混凝土标养28d时强度63MPa还略高；而且前者的水泥用量只有195kg/m3，而后者则为480kg/m3。技术经济指标相当显著。②FFC-50混凝土标准养护1d强度为41.3MPa，能脱模并传递预应力，比通常工艺使用超塑化剂的混凝土，达到同样强度的时间要缩短一半。③在FFC-50中水泥利用系数高得多。
    FFC水泥混凝土除了具有高的抗压强度外，其他方面的性能，如抗冻性与抗裂性也十分优异。其试验结果见下表：
    FFC混凝土与无外加剂或按通常方法掺入高效减水剂的混凝土相比，吸水率低40～50%，收缩和徐变低10～30%。325号活化水泥400kg/m3，水胶结料比0.29，坍落度20cm，混凝土标养28d强度可达75MPa，如水胶结料比降至0.25，混凝土28d强度还可以达到100MPa。
    使用FFC配制混凝土，与通常方法相比，拌和水用量能降低15～25%；必要时可不对混凝土进行湿热养护，或能有效的缩短蒸养时间。使用FFC配制混凝土，当混凝土强度为C15～C35时，能节约水泥130～290kg/m3,即节约水泥56～68%，并且可在FFC用量300kg/m3的条件下获得80MPa的高强度、高性能混凝土。采用FFC配制混凝土，在-10℃下无须采用防冻剂；在-15～-25℃时，防冻剂掺量可减少1/2～2/3。
    上文大量引述冯乃谦教授的研究资料，已经充分表明了“粉磨-搅拌”一体化的技术可行性与经济可行性。同时还表明，“粉磨-搅拌”一体化是生产各种高性能混凝土，提高商品混凝土技术含量的必由之路。为了不损及冯教授研究成果的完整性，上述资料基本上原文引述，其中某些与本文主旨并不切题的部分笔者没有删减，请读者原谅。
    （三）“粉磨-搅拌”一体化的优越性
    1．“粉磨-搅拌”一体化便于搅拌站根据需要，利用“活化水泥”或者“活化矿渣”来配制混凝土，有利于提高掺和料的比例，降低水泥用量，降低商品混凝土的成本，改善混凝土的性能，因此有利于商品混凝土和散装水泥（散装熟料）的推广。
    下面把表2中胶结材料为32.5水泥和胶结材料为FFC-25的情况作一对比分析：

    从上表可以看出，使用FFC-25节约了水泥295kg/m3,而且所配制的混凝土28d强度却比用32.5水泥高10MPa。如果以水泥价格200元/吨计算，扣除矿渣或粉煤灰带入的成本，亦可每立方节约50元左右。如果考虑其利用矿渣或粉煤灰可以享受国家税收减免政策，企业经济效益将会更高，商品混凝土推广过程中的价格障碍也能够得到有效的克服。
    2．“粉磨-搅拌”一体化有利于发展高强、高性能商品混凝土。目前一些发达国家如美国、日本已经能够普遍的供应C90～C100的商品混凝土，而我国目前的商品混凝土多在C40左右，差距之大，令人扼腕！从表1、表2可以看出，“粉磨-搅拌”一体化及其配套技术，可以大大提高商品混凝土的抗压强度与耐久性。“粉磨-搅拌”一体化及其配套技术可以成为我国发展高强、高性能商品混凝土的主要技术措施。
    3．“粉磨-搅拌”一体化使外加剂的功能得到了充分的发挥。在粉磨过程中，减水剂可以起到助磨作用，能够激发矿渣与水泥熟料的活性，在搅拌过程中又起到了减水塑化所用，并且比在搅拌过程中加入其均匀性大大提高。
    4．“粉磨-搅拌”一体化可以大大提高矿渣、粉煤灰及其他废弃物的利用率。活化填料取代水泥熟料60～80%，使水泥熟料几乎成为制备混凝土的一种“添加剂”，从而大量节约水泥熟料，降低资源和能源消耗。从节约水泥熟料和利用工业废渣所带来的低环境负荷与负环境负荷以及提高工程质量等环境效益、生态效益、社会效益着眼，其综合效益非常可观。
    5．“粉磨-搅拌”一体化能够有效的避免因为在水泥粉磨过程中掺和料（混合材）超掺或滥用添加剂而给混凝土造成的危害。
目前，许多水泥厂生产的水泥都已经掺加大量的掺和料（水泥行业习惯称为混合材），有些已经高达30～40%，而且并不标明掺量，给设计混凝土配合比带来很大的困难。同时，一些水泥企业为了提高掺和料（混合材）的掺加量和调整早期强度、凝结时间，使之达到水泥出厂标准，使用了大量水泥添加剂，其中大多数水泥添加剂都含有碱、SO3等有害成分。据《中国建材报》报道，不少水泥企业为了提高早期强度和水泥安定性，在生产水泥时加盐，最少加1%，有的高达3%，其结果虽然达到以上目的，但会造成建筑质量上的严重隐患。有人把盐与粉煤灰、媒矸石炉渣混合，称为水泥增强剂销给一些小水泥企业，还有人成立所谓水泥安定剂厂，将这种“增强剂”称之为水泥新材料并号称有专利（《水泥加盐埋下隐患》，中国建材报2002年3月2日）。水泥生产过程中的这些违规行为大都发生粉磨过程中，“粉磨-搅拌”一体化能够有效的消除这些隐患。

    五、结束语
    发展商品混凝土是利国利民、造福子孙后代的绿色事业，具有显著的经济、社会和生态效益。但是，发展商品混凝土除了政府要给与政策支持，媒体要积极宣传之外，更重要的还是要从技术经济的角度加以研究。“粉磨-搅拌”一体化生产模式的提出，是笔者对这一问题长期思考获得的一个初步思路，期望能够以此改变我国商品混凝土生产模式，为我国发展商品混凝土贡献一孔之见。笔者始终认为，商品混凝土要发展成为一个相对独立的行业，必然要对过去分属于不同行业的部分工艺过程进行游离与整合，只有如此，才有可能形成新的产业或行业。“粉磨-搅拌”一体化就是要把原来从属于建筑施工业的混凝土搅拌与从属于水泥业的粉磨工艺过程游离出来，然后与混凝土外加剂、掺和料等进行整合，在这个“游离-整合”过程中，必然涉及到生产要素的重组和经济利益的重新分配，遇到这样那样的阻力是正常的，但同时也会孕育出许多商机，有识之士会进行大胆实践。笔者相信，这是一项值得为之奋斗的事业，我真诚的希望相关专业如混凝土、外加剂、粉磨（水泥）领域的专家和领导给与关注与支持，共同参与、促成这一利国利民的事业。（作者邮箱：xizhen@21cn.com）


参考文献：
冯乃谦 高性能混凝土 中国建筑工业出版社1996年8月第1版
冯乃谦 实用混凝土大全 科学出版社2001年2月第1版
杨柏科 混凝土实用技术手册 吉林科学技术出版社1998年1月第1版