建筑材料工業技術情報研究所 崔源聲  孫星壽

簡  歷
  
    崔源聲   教授級高工。 男， 1955年7月出生， 黑龍江省綏化市人。1982 年畢業于哈爾濱工業大學土木系, 獲工學學士學位。2002年在中國科技信息研究所獲管理學科情報學專業碩士學位。現任建筑材料工業技術情報研究所副所長、總工程師、科教委主任、中級職稱評審與高級職稱考核委員會主任。

    近年來，通過以張人為先生為代表的專家們的研究和探索，建材行業發展循環經濟已經取得了一系列的理論研究成果[1]，可以為水泥和混凝土工業的科學發展和技術進步指明前進方向。最近，唐明述院士提出，在建設節約型社會方面，提高工程質量和壽命是最大的節約[2]。徐德龍院士也認為，原創性的科技成果必然來自基礎理論或技術基礎理論的突破[3]。由此，以混凝土為終端產品，以混凝土耐久性為目標函數，對水泥品種、結構組成和生產工藝進行全方位的逆向研究正在展開，這種全新的視覺和換向思維的方法，無疑對水泥行業的認識水平的提高和科技進步有巨大的推動作用。

    大道理管著小道理，大物質決定小物質的空間，這是馬赫的相對大物質理論所闡明的道理[4]。建材行業從傳統的線性經濟，向發展循環經濟轉變，從質能經濟走向知識經濟，從高消耗高污染型產業走向綠色生態產業，水泥和混凝土工業不管是否自覺跟進，都不可避免地要卷入這場革命性的進程。

    循環經濟呼喚千年混凝土[5]，既是宏觀經濟學基礎理論研究對材料科學發展方向提出的新要求，也是水泥和混凝土技術領域適應經濟建設，保持自身發展內在活力的生存需求和現實選擇。

    一、千年混凝土
    近年來，建筑工程發生質量問題屢見不鮮，這些雖然不能都歸結為材料本身的問題，還與施工、管理等因素有關。但是，材料是基礎。在別的問題都相同的情況下，材料就是建筑物或構筑物服務壽命的關鍵因素了。
我國的建筑物壽命或服務年限是50年到70年，據說這是根據投資回收年限制定的標準，但從可持續發展及循環經濟對建筑物質量提出的要求看，這似乎是太短了。從古今中外的歷史演進中，我們所看到的知名建筑物壽命都是以千年來計算的。只有幾十年或上百年的建筑物及材料壽命，可以說是一個退化，并不能代表現代建筑及材料科學的發展方向。從理論上說，建筑物經久不壞是最理想的，這雖然很難實現，不過把建筑物的壽命在100年的基礎上提高10倍或20倍，則是完全可以達到的目標。
    千年混凝土的理論和實踐，目前國內外已經是早有所聞并已付諸行動。最典型的例子是美國巴帕斯（BAPS）神殿的建設。設計壽命為1000年，由TXI公司提供千年混凝土（Millennium Mix）。神殿的基礎板面積約為929m2，由內含質量高達50%粉煤灰的244根墩子支撐，總共使用3822.78 m3的混凝土，鑒于鋼筋混凝土使用壽命較短，該項目采用了非加筋板。此外，由于聚合物增強的專業歷程較短，因此，巴帕司神殿選擇了高摻量粉煤灰和低含量水泥混凝土作為它的基礎。在國內，我們所知的著名三峽大壩工程，設計壽命也是300到500年。
    如果在百年壽命的基礎上，把建材及其建筑物壽命提高到10倍或20倍，不用別的方法，10倍因子或20倍因子的理論就可變為現實。因此，大力發展循環經濟，循環經濟呼喚千年混凝土或千年建筑材料，既有理論上的可能性，也是現實的需求。

    二、循環經濟為水泥和混凝土科技發展指明研究方向
    為發展千年混凝土或千年建材，實現循環經濟的可持續發展模式，全行業要以節能、節省資源和保護環境為中心，以產品的耐久性為目標，提高產品質量和功能為重點，開發可再生能源、資源為方向。使不可再生能源、資源的消耗率小于其發現率或替代產品的開發率，使可再生能源和資源的消耗率小于其再生率，確保人口、資源和環境的生態平衡，并向良性發展，最終實現資源和材料的反復利用和社會的可持續發展。
    1  節能，盡可能少用不可再生的天然能源，提高能源利用效率
根據循環經濟的減量化（Reduce）原則, 減少能源的使用，節省能源，是發展循環經濟的首選策略。水泥和混凝土工業是個能量消耗大戶，總量消耗較大，單位能耗又遠遠高于國際先進標準要求，因此必須把節能技術開發放在水泥和混凝土工業實施循環經濟的首位。
    通過節能，可以減少現有不可再生能量的消耗，延長使用年限，提高行業可持續發展能力。通過對國內外能量消耗指標對比，水泥和混凝土工業的節能潛力較大。在整個價值鏈的實現或創造過程中，創造每單位的價值，我國與日本最高能耗差距達11.5倍，這說明在水泥生產制造領域至少降低一倍能耗是可以達到的。
節能的效果，根據物質平衡原理，不但使現有的能量延長使用年限，還可以在提高能量利用效率的同時減少對環境的排放。效率的提高，意味著浪費的降低。排放的減少，將使生態得到改善。抑制廢棄物的產生，將從源頭上避免惡化環境的機制形成。發達國家一直把避免廢棄物的產生作為優先戰略選擇，從技術層面上強調生態設計，其道理也莫過于此。
    從政策層面上，國家倡導和扶持節能技術體系的建立，不但可促進企業的節能和提高社會的總體可持續發展能力，還可以大大推進國家工業的節能技術和裝備的國際競爭力。根據發達國家的經驗，投資于節能技術的開發和應用，不但沒有提高產品的成本費用，反而在降低成本的同時極大地推進了節能技術和裝備的發展。
能量問題，是循環經濟的核心問題。循環經濟的物質閉路循環，是在能量的驅動下不斷改變物質形態的過程。是否能夠使循環經濟永遠持續下去，最終還是要取決于能源問題。近年來，水泥企業的能源成本不斷攀升，煤電漲價，水泥企業因拉閘限電而停產的新聞不時見諸報端。節省能源，關注可持續發展，已不僅僅是企業長期生存發展的戰略措施，現在已成為水泥企業立足當前、火燒眉毛的當務之急。
    2  節省資源，盡可能少用不可再生的資源，提高資源利用效率；利用劣質資源、廢棄物等
節省資源和節能類似，還屬于循環經濟減量化階段，尚沒脫離線性經濟的范疇。但是，與節能的效果類似，節省資源所產生的效果，至少從延續資源的可持續發展時間以及保護生態平衡兩個方面可以對可持續發展做出貢獻。
    由循環經濟的數學模型可知，節能（E）和節省資源（M）都是降低物質（M+E）的配置力度，為了保持價值的穩定或增值，只有加大知識含量或技術含量的投入量。建材行業實現此目標的實踐操作例證如大力“禁實”，推廣使用空心轉。既減少黏土資源的消耗，又降低生產和建筑物使用過程的能耗。水泥和混凝土企業節省資源措施通常包括減少原材料消耗，降低單位產成品的物耗和料耗，加工過程中的清潔生產，防止對環境的過量排放，等等。鑒于不可再生的礦產資源的有限性，實施資源保護性開采，提高利用劣質資源的技術水平，都是循環經濟的應有議題。
    一個值得特別強調的問題是，不管是實施循環經濟還是線性經濟，在全過程節能和節省資源都是經濟、環境和社會效益協調發展的基礎，不能說實行循環經濟就沒必要再在線性經濟階段搞節能和節省資源了。線性經濟仍然是循環經濟的基礎和現有經濟的主體形態。循環經濟是在現有線性經濟基礎之上的不斷完善。因此，搞好線性經濟的節能和節省資源，搞好清潔生產，仍是水泥及建材企業發展循環經濟的第一步。
    3  保護環境，降低CO2, SO2, NOx 等氣體的排放
根據物質平衡的原理，在節能和節省資源的同時，隨著資源利用效率的提高，廢棄物的排放已經相應減少。如少用一噸燃料，就減少一部分CO2和相關氣體的排放。少用一噸原料，如石灰石，也同樣減少CO2的排放。在水泥廠采用低NOX噴咀可以降低氮氧化物的排放。限制使用含鉻的耐火材料，可減少重金屬的污染風險等。循環經濟的減量化原理對保護環境已經起到積極的促進作用。
    減量化原理是一種從源頭治理污染的環保思想。如果能夠利用排放的CO2來生產其它化工產品，也是循環經濟的一項實踐。據報道，蒙西水泥廠在這方面已取得積極的成果。
    循環經濟要求水泥和混凝土企業對環境逐漸做到零排放。目前水泥企業有的連粉塵都不達標，就更談不到有害氣體的治理問題了。甚至有些水泥企業，對粉塵和煙氣排放已經是熟視無睹。這些企業的領導者，連職工和自身的健康和工作環境都不顧，與其談生態環境保護、公眾利益或可持續發展似乎還是一個遙遠的話題。但是從先進地區和世界建材百強企業的實踐看，建設環境優美的花園式水泥企業，不但不會減少企業的經濟效益或降低企業的競爭力，反而會增強這些企業的公信力和經濟收益。注重企業環保和科技投入，不但使企業長期收益，也會使企業在現時受益。
    加強對環境的投入，同樣可以大大促進環保技術和裝備的進步，由此促進生態效率的提高。生態效率的不斷改善，加大了環境的容量和社會可持續發展的空間。在人口穩定的前提下，經濟、環境和社會的良性互動，則意味著人們的生存環境質量和水平的不斷提高，社會將具備不斷走向穩定、和諧和文明的前提條件，實現可持續發展。
    政府在未來的循環經濟構筑中將起著關鍵性作用。不但要牽頭制訂和實行更嚴格的保護環境政策，更要改變以往的“以罰代管”的放任自流的陳舊管理方式。對于重大的環境事件，政府的環保部門負責人都應實行問責制和引疚辭職制度。否則，就如同放縱污染排放一樣，沒有懲治措施，投毒者也會心安理得、我行我素。
走嚴格的環保之路，無論是從理論和實踐上，還是從歷史和現實看都已反復證明是一條必由之路，也是發展循環經濟對水泥和混凝土建材企業的基本要求。
    4  提高產品質量，包括功能和耐久性，壽命逐步提高到2倍、4倍或10倍以上
循環經濟的“再使用”（Reuse）原則，要求不斷提高產品的使用壽命或服務年限。包括功能和耐久性，都是循環經濟對水泥和混凝土建材產品提出的要求。從減量化開始，循環經濟的原理已經對能源、資源的使用年限的延長做出了很大貢獻。同時對環境保護也產生了重大影響。但是，僅是做到減量化還是遠遠不夠的。利用“再使用”原理，可對資源的枯竭起到更大的延緩作用。
    “再使用”原理的具體應用就是強調建材產品的質量和功能的提高。產品質量和功能的提高是個無限的過程。因此，“再使用”原則對提高資源的利用效率有非常大的潛力。所謂的4倍因子理論或10倍因子理論，利用“再使用”原則來落實將具有現實操作的意義。
    通過加大知識和技術的投入力度，把產品的質量提高若干倍，服務壽命提高若干倍，對水泥和混凝土建材產品來說都是比較現實的技術途徑。比如說，把水泥混凝土建筑物的壽命從100年提高到500年或1000年，其結果對節省能源、資源和保護環境的意義就十分巨大了。其他各種建材產品都有這樣的問題，也需要和施工部門配合，還有全社會其它工業產品的配合，不是一種產品單獨提高質量就能湊效的。
    提高產品的功能，是提高質量和性能的內容之一。功能的增多或強化，相當于替代或延長產品的使用范圍與服務年限，對節省能源、資源和保護環境起到相同的作用。這些措施都是厲行循環經濟所倡導的有效技術途徑。
    強化“再使用”原則，確實是一個在全行業或全社會統一協調推進的問題。企業也有一個掌握好產品質量提高、社會可接受的程度及經濟效益和社會效益平衡的問題。如果一個企業的產品質量太好，超出社會的承受能力，或服務年限過長，雖然對社會長遠的發展和可持續能力構建有利，但對具體一個企業現實生存或近期可持續發展也許會形成不利的局面。比如，若是一種建材產品永遠不壞，那么生產這個產品的企業，明天是否有生存的必要就很難說了。
    不管怎么說，不斷提高建材產品的質量和功能，發展千年混凝土或千年建材，是發展循環經濟對水泥及混凝土建材企業提出的必然要求。建材產品提高質量既是企業管理的永恒主題，也是建材企業推進循環經濟發展和提高可持續發展能力的優先選擇的技術路線。

    5 加快新能源和新資源的研究與開發，特別是可再生的能源和資源的研究和開發
不管是如何節省能源、資源或是強化產品的質量和使用年限，只能是大大延長其使用年限，減輕環境的負荷。然而，現有的不可再生的能源和資源總有一天還是要枯竭的，還需要不斷發展和發現新能源和新資源，以接續枯竭的老能源和資源。可持續發展要求對新能源的發現和消耗速度要等于對現有能源或資源的消耗和使用速度，這樣才可以維持生態的平衡和社會的穩定。在人口穩定的前提下，發展可再生能源和資源是最佳的技術路線。
    建材產品目前使用的主要能源還是煤、石油和天然氣，都是傳統的不可再生的能源。1973年世界石油危機后，水泥工業從燒油轉為燒煤。煤炭的儲量在近期還沒有大的問題，但從遠景看，也是不容樂觀。
物質的不斷循環利用是需要能量來驅動的。循環經濟的發展，在建材領域的最終問題也是要解決可再生能源的問題。建材科技界如何解決未來的可持續能源問題，仍然是一個大的課題。水泥和混凝土工業，特別是建材科技界，要主動探討本行業的后續能源和資源的問題，包括燒城市垃圾等。材料科學面對循環經濟的到來，既是挑戰，也是機遇。抓住機遇，迎接挑戰，或許會創造奇跡，推動材料科學的革命，為建材科學開辟新的領域，構建新的材料體系和新的材料時代。
    6  信息化與提高勞動生產率
    談到信息化和提高勞動生產率的問題，似乎表面上看與循環經濟沒直接的聯系。但是，我們把循環經濟作為一個系統來研究，系統的每一部分都是以線性經濟為基礎的，因此要提高循環經濟的整體效率，對線性經濟有貢獻的經濟要素仍是循環經濟的組成部分。
    這可以從循環經濟的數學模型得到解釋。信息化和提高勞動生產率的問題，基本是屬于智力和精神類資源的配置部分，也說明循環經濟是以知識經濟為基礎的。科研和技術投入的加大，相當于信息化程度和技術含量的提高，不但減少物質的消耗，同時還可以大大提高勞動生產率。
比如，以日本新型水泥窯外分解窯全員年勞動生產率15000噸/人•年，普通立窯150噸/人•年的勞動生產率為例。根據循環經濟的數學模型，設線性經濟的總的勞動生產率為e，則有： e1/1=15000/150=100
 
    上式說明，采用不同的技術和工藝，也就是說技術含量不同，同樣的人員投入，勞動生產率可以相差100倍，即創造的價值或贏利程度也相差100倍。這也是一般發達國家和發展中國家的技術差距和貧富程度差距的主要技術因素。
提高勞動生產率的技術途徑，根據創造價值的資源配置模型可知，只有在精神類資源的配置上找出路，即創造每單位經濟價值的產品或效益所消耗的信息及其中的知識含量，或者可以稱作創造每單位價值的智慧耗量，該數值越大，物耗越小。知識資源配置包括科學技術、管理科學和體制等軟因素。   
對于循環經濟而言，信息化是加速物質流和資金流增益的催化劑。水泥和混凝土建材企業要把循環經濟的建設和信息化建設結合起來，利用信息化促進新型工業化，借助信息化提升勞動生產率水平，加速線性經濟向循環經濟轉化的速度。
    7  研究和開發再生技術，促進建材及建筑相關循環產業的形成
開發和利用再生技術，把傳統的建材或建筑廢棄物重新變成資源，這可以說是循環經濟有別于傳統的線性經濟資源利用方式或者說是在原有的線性經濟基礎上又進一步完善資源利用模式的最突出特點了。在原有線性經濟的基礎上，把物質資源的流動形成閉路，與環境形成相對獨立狀態，保持系統的平衡和穩定，構成了循環經濟的基本運行模式。水泥和混凝土工業的產品，最終構成建筑物，廢棄的建筑物再形成建材的新原料，如此跨行業循環，已經屬于中循環的范圍。
    過去的建材和建筑廢棄物，一般都被傾倒或填埋處理。走的是典型的資源、產品和廢棄的線性道路。如今要把這些廢棄物重新變成資源，構成水泥和混凝土工業的循環經濟之路。關于各種建材產品的循環利用問題，都需要有專門的再生技術進行研究和開發，配套的裝備也需要協調跟進。研究和開發廢棄水泥混凝土建筑的再生技術，是水泥混凝土工業發展循環經濟的關鍵一環。

    三、結論
    不管是為了發展循環經濟，研究什么樣的技術，推廣什么成果，運用那種管理方式，都是要減少對自然資源和能源的耗用，降低對環境的排放，千方百計地提高建材產品的質量，最終達到延長建筑物的使用壽命，實現人類社會的可持續發展。而發展循環經濟，呼喚千年混凝土或千年建材，是時代賦予水泥和混凝土科技工作者一項不可推卸的歷史責任，也是落實科學發展觀，建設節約型社會的一條正確的科學道路。