近期，由中国混凝土与水泥制品协会组织的“低碳混凝土”大家谈活动，吸引了众多业内专家、学者、企业家的参与热议，大家畅所欲言，集思广益，为“低碳混凝土”深刻内涵的解读发表了许多不凡的见解。
日前，中国混凝土与水泥制品协会行业宣传部采访了清华大学教授覃维祖，了解了覃教授对于“低碳混凝土”的深度理解与思考。覃教授直言，发展“低碳混凝土”势在必行迫在眉睫，需要使用注重砂石骨料品质，使用良好粒形与级配的骨料，尽量减小堆积体空隙率，同时采用大掺量矿物掺合料，以此来大幅度节省胶结材（包括水泥、沥青和聚合物等）用量。
与此同时，覃教授还表示，上个世界八十年代末，法国法国路桥实验中心（LCPC）就已经在进行人工破碎加工骨料如何优化生产设备及其组合研究，使产品的粒形和分级更合理，以便可以根据使用要求进行产品配制和生产，降低胶凝材料的使用量。
记者问：发展“低碳混凝土”，我们首先需要重视什么？
覃教授：发展“低碳混凝土”，首先需要放大视野、通观全局。特别要强调的是，要充分认识发展“低碳混凝土”的重要意义，要把对发展“低碳混凝土”重要性、迫切性的认识提高到关系全球人类生存环境的高度。
记者问：什么是“低碳混凝土”？
覃教授：顾名思义，发展“低碳混凝土”是针对混凝土中水泥生产高排放二氧化碳且高消耗煤炭能源的现状，而提出的一个转型战略。众所周知，生产一吨水泥要排放近一吨的二氧化碳，其中有煤的燃烧，还有石灰石的分解。水泥是高排放碳的产业。对这个问题，原中国工程院资深院士、中国建筑材料与土木工程专家、中国建筑材料科学研究院总工程师/副院长/技术顾问、清华大学土木工程系教授/博士生导师吴中伟先生早在二十多年前就对快速增长的我国水泥工业的二氧化碳排放数量之大忧心忡忡。吴中伟先生说，我国是水泥大国，生产工艺比较落后，但产量在迅速增加，消耗资源消耗能源以及排放出二氧化碳的问题越来越突出。
清华大学教授覃维祖
为什么吴中伟先生要强调这个问题？这不是行业的问题，不是技术的问题，而是涉及到我国基础设施可持续发展的问题，甚至关系到人类的生存环境。所以，吴先生早在上世纪末就提出要发展“绿色高性能混凝土”（GHPC），要少用水泥熟料，多用掺合料。他还说：应该在应用技术方面来一次大突破，发展GHPC是当前最有效的途径，用大量工业废渣作为活性细掺料代替大量熟料，最多可达60%～80%，在GHPC中不是熟料水泥，而是磨细矿渣和粉煤灰、硅灰等，或它们的复合，成为胶凝材料的主要组分。
记者问：我国“低碳混凝土”发展现状如何？
覃教授：我认为，目前业内对“低碳混凝土”的认知水准，远远没有达到吴中伟先生那时担忧的程度。因此，对当下我国“低碳混凝土”的发展现状不能乐观。我们的“低碳混凝土”从理念到实践到技术都滞后，与欧美国家，尤其是欧洲几个工业国差距很大。
欧洲是混凝土技术和工艺的发源地，欧洲的水泥品种很多，其中包括多种掺有少量混合材的硅酸盐水泥，还有几种掺有多量混合材的水泥。例如，火山灰水泥里火山灰的含量最大可以到55%；矿渣水泥更加突出，Ⅰ型矿渣水泥矿渣含量在35%—65%，Ⅱ型矿渣水泥矿渣含量在65%-80%，Ⅲ型矿渣水泥矿渣含量可达81%-95%！而欧洲现代混凝土结构中90%的水泥都是用复合水泥。
记者问：您认为发展“低碳混凝土”技术的关键环节是什么？
覃教授：结合自己近半个世纪的工作实践和思考，我逐渐认识到：欧洲混凝土中水泥熟料占比大幅度降低，也就是“低碳混凝土”的发展，使用良好粒形与级配的骨料极其重要，众所周知，砂石骨料一般要占混凝土体积的70%以上，它们堆积的空隙率是影响拌合物中浆体需求量和用水量，因此也是影响硬化混凝土各项性能的关键。
上个世纪七八十年代，欧洲一些国家，例如法国，天然砂石资源接近枯竭。八十年代末，我到法国路桥实验中心（LCPC）访问进修1年多，该中心在混凝土，包括水泥和沥青混凝土等技术领域十分先进。在参观其位于法国西部的实验场时，一眼望去到处都是皮带机，当时不明白这是在研究什么呢？多年后才醒悟过来：原来他们当时是在进行人工破碎加工骨料如何优化生产设备及其组合研究，目的是使产品的粒形和分级更合理，依据研究结果来编制标准，这对后来最大限度地利用天然资源加工出的骨料，根据使用要求进行配制和生产，获得堆积体空隙率尽量减小，因此可以满足大幅度节省胶结材（包括水泥、沥青和聚合物等）用量的效果。
1998年趁着到加拿大开会前的时机，我到位于渥太华的一个建筑材料实验室参观，看到了他们对砂石骨料进行预处理，级配严格，非常到位，显然这对于骨料资源从大小颗粒直到微细粉末，全部“榨干用净”，充分得到利用（其粒径分布是从0开始，没有“筛底”、没有废弃物，也没有含泥量一说）。其实，这些工作对于混凝土向低碳化生产和应用，都起到十分关键的作用。
记者问：“低碳混凝土”还应具有哪些必备特征？
覃教授：提高混凝土耐久性，延长结构的使用寿命，也是发展“低碳混凝土”的应有之义。而提高耐久性，要运用整体论科学思想。国内改革开放几十年来，在混凝土外加剂领域的品种、产量和应用技术等方面有了长足的进展，这对于拌合物从干硬、半干硬态向易于泵送的塑性状态转变；从单纯以水泥为胶结材、大水灰比低强度向掺加多种工业副产品转变；同时，水泥生产和运输技术也在迅速地发展，活性高、粉磨细度大、散装运送的方式应运而生以低水胶比、高早强与高强混凝土配制、生产与施工的需求。这些变化为混凝土材料配制和生产满足大规模基础设施建设需要起到重要的作用。
但是与此同时，我们也出现了部分钢筋混凝土结构物出现了劣化加速的现象。通过翻阅国外文献得知：当今影响混凝土结构耐久性最重要的原因，来自混凝土中的水泥熟料粉磨细度大、水化快、用量高、温升大且迅速，造成所谓的热裂缝（Thermal Cracking），根据德国慕尼黑大学教授Springenschmid率领多位研究生历时20余年的研究，发现它已经代替干缩成为近几十年来钢筋混凝土出现开裂，并且造成结构耐久性危机的主因。
而低碳混凝土正是针对当今水泥活性高、粉磨细度大，且在混凝土中用量不断加大带来的弊病，通过采用优化骨料填充作用减小其堆积体的空隙率，同时采用大掺量矿物掺合料，以大幅度降低拌和物用水量、降低水泥用量，获得满足工程施工对拌合物和易性，以及硬化后混凝土各项性能指标的目标。
另外一个突出的例子，就是北美开发的高性能大掺量粉煤灰混凝土，也是通过上述各项措施的综合，以每立方混凝土用水泥150千克，粉煤灰200千克和用水量低至130千克以下配制出来的。由于优化骨料级配和大掺量粉煤灰良好的填充、减水作用（粉煤灰的密度只有水泥的2/3，200千克粉煤灰相当于300千克水泥所占体积）。我自1993年到清华大学任教，曾承担“九五”期间的攻关项目。通过实验研究，在石子二级配（5~10mm和10~20mm各占一半）前提下，用150千克水泥与200千克粉煤灰，用水量105至133千克，配制出强度发展良好（3天30兆帕、28天50兆帕、1年80兆帕）、水泥用量大幅度减小的高质量混凝土。
记者问：您对“低碳混凝土”的技术路径有哪些思考？
覃教授：“低碳混凝土”的技术路径中至少有以下特征：应用级配和粒形良好的砂石骨料减小空隙率，同时采用大掺量矿物掺合料以及品质良好的外加剂，以获得低水泥用量、低用水量的混凝土配制与应用效果。
发展低碳混凝土，就是要善用资源，少用水泥熟料，对环境友好，以可持续发展。长期以来，国内的混凝土业一直忽略砂石骨料这个占填充体积主要组分的品质，通常把混凝土生产的资金投向水泥、外加剂，而砂石的采购原则，是谁家便宜就买谁的！于是，陈旧、落后的破碎加工设备一直占据着整个市场，粒形差、针片状颗粒多、含泥量高的砂石遍布全国。
其实依我看，这种局面的改变并不难。1993年去广东一条高速公路工地搞咨询服务时，看到实验室里堆放着针片状颗粒很多的石子，就向对方解释：这种骨料十分影响高速公路的质量，需要改变。等到两年后去又一条高速公路工地时，惊奇地发现针片状颗粒消失了！询问后得知：采石场老板根据施工方向他们提出的要求，购进了反击破等先进的加工设备，通过客户较高的支付获得了补偿。
但是这只是个别实例，大量落后的设备生产出来的骨料至今还充斥市场，所谓的“连续级配”石子在到处泛滥，其实里面5~10mm这个关键粒径范围的颗粒几乎空缺（因为它起着填充大石子之间空隙的重要作用，缺少它，就只有用砂浆去填充，使得胶结材和其它粉体用量、用水量高居不下），这种情况迫切需要改变！
近几年，国内河沙资源日趋枯竭，机制砂生产与应用异军突起，质量也在不断提升。这为我国混凝土走向低碳提供了一个良好契机。我们要知道，机制砂与天然砂是两种材料，应用过程中，不能将机制砂与河砂简单地进行置换。因为机制砂棱角多、表面粗糙，需要用良好的石子级配去减小空隙率，用更多的浆体去润滑和填充。所以在改善石子级配的同时，增大粉煤灰或其他掺合料用量并适当增加含气量，同时减少水化快、亲水性强的水泥用量，是用好机制砂配制混凝土的“诀窍”。当然，提高机制砂的品质，例如将原岩破碎之前，必须筛掉或冲洗掉覆土等关键环节，也和前面说到的石子加工一个道理，需要遵循优胜劣汰的规律，要“堤内损失堤外补”，获得一个整体的、综合的优良效果。
其实，现今我们身边就有发展“低碳混凝土”的非常先进的榜样——重庆大业集团，他们自2004年建站起就自行生产机制砂石，经破碎加工后的砂石还要通过整形改善粒形，并把生产过程产生的大量石粉加入搅拌机，致使生产和使用的C30混凝土，每立方水泥用量仅120千克！（掺合料为180千克）这样低的水泥用量跟粉煤灰、矿粉、石粉复合，混凝土拌合物的品质保持优良、稳定，不存在离析泌水，也不存在出现温度裂缝的担忧。我们应该大力宣传这样的低碳混凝土实践典范。
采访结束时，覃教授强调：发展“低碳混凝土”，水泥减量势在必行。但只要改变观念，注重砂石骨料的质量关，同时用好大掺量粉煤灰、矿渣、石粉等工业固废，我们就一定能推动“低碳混凝土”获得长足地发展。
据悉，覃维祖教授长期致力于高性能混凝土结构、混凝土早期开裂和耐久性评价、活性粉末混凝土及其工程应用、高掺量粉煤灰混凝土及其在路桥工程中的应用等方面的研究，是我国建筑材料方面的专家。2020年，覃教授曾受邀参加了由砂石骨料网主办的“东海论坛-首届中国砂石高质量发展峰会”，并在“精品砂石·高性能混凝土技术研讨会”上发表演讲，深入解析“高性能混凝土与精品砂石的关系”，令参会嘉宾们感到受益匪浅。
砂石潮流浩浩荡荡，随着中共中央、国务院再度下发重磅文件，直指碳达峰、碳中和，建材行业的节能减排，“低碳混凝土”的大力发展应用已成必然趋势。但究竟如何更好地规范和完善砂石生产工艺流程？如何通过优质机制砂石级配降低混凝土的生产成本？精品砂石骨料在实际应用中如何更精准稳定的调配？大企业集团在打造新的砂石生产线时，会融入哪些低碳设计理念？诸如此类问题，都横亘在行业同仁面前。
故2022年2月底3月初，砂石骨料网将在浙江召开以“低碳·智能·品质·融合”为主题的“东海论坛—第二届中国砂石高质量发展峰会暨砂石骨料网年会”，拟邀请覃维祖教授出席演讲，深入浅出的剖析“低碳混凝土”。届时，组委会还将联合自然资源、工信等行业主管部门和国家顶级智囊、院校研究机构、砂石（建材下游混凝土）行业主流企业、砂石与混凝土协会、最新工艺技术及智能节能装备、港口物流、资深投行与媒体等一起深入解析行业成熟的生产工艺，探讨分析最新政策及区域市场变化，找寻砂石企业高质量发展路径，聚焦提高砂石品质工艺，探讨降低生产能耗相关举措，促进双碳目标实现。
