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止于至善

有混凝土的地方,就会有我

 
 
 

日志

 
 
关于我

闻宝联,工学博士,教授级高工,天津市市政工程研究院副总工程师,同济大学、天津大学校外硕士导师,新加坡《urban transportation &construction》杂志副主编,中国土木工程学会混凝土质量专业委员会委员,中国土木工程学会混凝土耐久性专业委员会委员,中国建筑业协会混凝土分会专家组成员,中国腐蚀与防护学会建筑工程专业委员会委员,中国商品混凝土企业联合会专家委员会主任委员,中国硅酸盐学会混凝土与水泥制品协会理事,数十项国家重点工程混凝土专项技术指导。

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混凝土及水泥质量、结构、升级误区与剖析!  

2017-06-13 06:16:26|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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湖南省建筑材料行业管理办公室 丁美荣 湖南省建材质量监督检验授权站 黄忠卫


现代混凝土以高效减水剂等外加剂及掺和料的普遍使用为特征,正在由此而经历一场深刻的变革,极大地改变并提升了混凝土的技术与性能,改变了混凝土和水泥单一的依从关系,得以掺入大量矿物掺和料(水泥厂称混合材),外加剂及掺和料已成为配制高性能混凝土必不可缺的重要组分,而不仅仅是降低成本,而是进入了现代混凝土时代。水泥只能做为原材料用于混凝土,是不可能脱离混凝土而单独存在的产品。离开砼谈水泥产品质量、应用、结构和转型升级就没任何意义!水泥和混凝土一直分属于两个行业,存在严重的隔离现象,两产业(相互)之间的矛盾、问题日益凸显,加上受传统观念、从众思维的影响,也导致产生了许多认识误区和对发展问题的困惑,所存在的一些片面理解、导向甚至是错误观点和行动,已严重阻碍了水泥及砼产业的健康发展,并严重影响工程质量,还造成能源、资源的浪费和对环境的破坏,亟待澄清、纠正与厘清,以科学引导水泥及砼行业健康有序发展。


正确理解高性能混凝土与提高水泥的适用性


提高我国水泥产品及标准的适用性、开放包容性,正确理解高性能混凝土的理念与生产应用技术措施,对推广高性能混凝土有很大作用与意义。


众多权威专家反复强调指岀:高性能混凝土是以耐久性作为设计的主要指标,主要针对耐久性而言的,而不是强度。然而不容忽视的是,国内不少从业者对高性能混凝土的认识和应用仍然存在不少误区,其中,最为突出的就是将高强度与高性能混凝土画上等号或者把高强度作为高性能混凝土必不可少的一部分,而事实却并非如此。我国标准CECS207-2006《高性能混凝土应用技术规程》及住建部工信部建标[2014]117号文等规范将高性能混凝土定义为:采用常规材料和工艺生产,具有混凝土结构所要求高耐久性、高工作性和高体积稳定性,满足建设工程特定要求。主要特征“三高”并没有高强度;美国ACI定义为:高性能混凝土是符合特殊性能组合和匀质性要求的混凝土。并不是一个混凝土的品种,而是强调混凝土的“性能”或者质量、状态、水平,不同的工程要求不同的强调重点,即特殊性能组合。


推广高性能混凝土将极大地促进预拌混凝土产业转型升级与差异化发展,其中矿物掺和料应用技术是推广高性能混凝土的重要措施之一,将有效提升混凝土质量,延长建筑使用寿命,又可降低生产成本,并具有减排、利废、节能等巨大社会效益。


美国水泥标准ASTMC1157--2011《水泥标准性能规范》对水泥组分、化学成分和细度没有任何规定、限制,只对性能进行规定,增设了耐久性及其它选择性指标,将通用硅酸盐水泥分为6个品种。只有普通型(GU)、高抗硫酸盐型(HS)、低热型(LH型)规定了28天强度指标,分别仅为28、25和21MPa。其中LH型7、28天强度指标分别为11、21MPa(由于目前国内未对中美近几年水泥实物样品进行系统比对分析,经向水泥标准研制单位权威专家征询,分别约相当于我国检测方法强度值14.8、28.5MPa)。其它三品种即早强型(HE型)、中热型(MH)、中抗硫型(HS),则只规定1天或3天、7天强度,没有规定28天强度要求,其中MH型3天、7天抗压强度指标分别为5、11MPa,且使用0.5的水胶比。这样宽松而实事求是的要求,为大掺量应用混合材、改善混凝土后期性能及耐久性提供了很大的余地。ASTMC1157直接而简洁地体现了水泥标准的本质和功能,较好地克服了标准滞后性的缺点,能够开放性地包容材料和技术发展。20多年来该标准已修订多次,除部分公路工程外,已在北美广泛接受和采用,并成为大多数工程结构规范釆纳的水泥标准。该标准代表了国际水泥产品标准的发展方向,将会有越来越多的国家借鉴釆用,尤其对目前我国水泥及混凝土工业有很大的启示、借鉴意义。标准本身不是法律,所有国际标准都是推荐性的,只有供需双方协商采用并在合同中注明,才具法律效力。市场需求是引导制定标准的最主要依据之一,产品类标准主要作用与目的:提高产品及服务的适用性,增强可操作性和有效性,促进技术进步、公平贸易与合理利用资源。因此,提高我国水泥产品及标准的适用性、开放包容性对推广高性能混凝土有很大作用与意义。


关于水泥、砼强度与使用混合材的传统思维及片面认识


片面认为纯硅水泥是好的,掺加混合材的水泥是不好的;仍有不少业内人土、水泥厂技术人员主观地认为或主张高性能及高强砼通过采用高标号水泥加集料而不掺掺和料直接配制等等。由于受一些传统观念、从众思维的影响,目前业内对有关水泥、砼强度的概念与混合材的使用,仍存在很多认识误区,并根深蒂固,对水泥及混凝土技术进步产生了很大负面影响。


中国建材联合会副会长、中国混凝土与水泥协会会长、著名水泥混凝土专家徐永模指岀:混凝土的原材料是多元材料组分,水泥是混凝土的一个原材料组分,即胶凝材料,混凝土性能取决于组分的均化程度,其绿色制造技术的重点也是均化。在粉体均化方面要解决搅拌站分散且小规模生产方式与水泥厂大规模集中生产供应的矛盾,矿粉、固废种类多,成分波动与水泥产品标准化要求的矛盾,混凝土以性能要求为导向的设计和个性化柔性生产方式与水泥产品的矛盾较小。


著名混凝土学者、清华大学教授廉慧珍为推进水泥产业链延伸、混凝土产业融合和技术进步,以及推动行业转变陈旧、错误认识与错误导向,撰写了大量文章、报告,做了大量工作,廉教授专门以“思维方法和观念的转变比技术更重要”为题论述的报吿就有6篇,在其中之二《传统思维和从众思维对混凝土技术进步的影响》中指出:目前对混凝土技术进步影响或阻碍最大的传统思维或者说误区是“强度第一(甚至唯一)”,以强度高低作为水泥和混凝土“好”、“差”之分,误认为抗压强度高的混凝土,其性能就好;早强高的水泥或砼是好的,高强度或高性能混凝土必须用高强度(标号)水泥,建议取消低级别水泥;纯的水泥混凝土是真货,掺用掺和料的是假冒伪劣的;纯硅酸盐水泥和普通水泥是正品,其他是次等品。


廉慧珍教授反复强调:“单纯以强度评价水泥和混凝土的‘好’、‘坏’是传统思维造成的误区,应当把将这种传统观念加以纠正,即水泥强度的高限比低限还重要,抗裂性比强度更重要,最重要的是质量均匀。好的混凝土是具有满足工程特定要求的各项性能并具有最大的匀质性,体积稳定而不开裂。”


该报吿进一步论述:目前已将矿物掺和料称为“辅助性胶凝材料”,现在或将来即使粉煤灰价格比水泥价格高,也必须用,国内外部分地区或少量工程目前已使其成为事实。又如,现国内很多地区矿粉比水泥熟料价格高,但为调节水泥及砼性能,水泥厂与搅拌站也须掺用矿粉。掺和料能补偿硅酸盐水泥的劣势,如降低砼升温、提高抗化学腐蚀的能力和后期强度,尤其是粉煤灰抗裂性能好。我们应排斥假冒伪劣产品,正确使用掺和料能极大改善砼性能及耐久性,混凝土如不用掺和料其耐久性的问题将难以保证。现代混凝土以高效外加剂及矿物掺和料的普遍使用为特征,正在由此而经历着一场深刻的科学变革,改变了混凝土的一切,得以掺入大量矿物掺和料而不影响强度。


高效外加剂和矿物掺和料的应用与发展是现代混凝土中最突出的成就。减水剂是实现高性能混凝土生产的重要组成,在改善混凝土的性能方面起着决定性的作用,低水胶比可以大幅提升混凝土强度。矿物掺和料的应用意义不再仅是节约水泥的经济意义和利用废弃物的环保意义,其更重要的是全面提高混凝土的各项性能,提高混凝土的耐久性;改善混凝土的和易性、粘聚性和保水性;降低混凝土水化温度;增进后期强度;改善混凝土内部结构,提高密实度和抗腐蚀能力;提高混凝土的抗裂能力等。


目前国内搅拌站配制的砼其水硬性胶凝材料实质是经二次配料工序制备的,岀厂水泥标号或表观强度,也是由熟料掺混合材、石膏配制的。如水泥与砼产业融合或条件具备,部分区域两产业分工协作良好,最终的砼中水泥组分当然可在水泥厂配制,在这种情况下,不充分考虑应用条件而过分追求或强调岀厂配制水泥高强高标号化是另一个误区。


科学客观看待混凝土及水泥产品结构现状


国内42.5及以上水泥比例几乎与预拌砼比例等同,若追求提高42.5及以上水泥出厂比例,重点应是发展预拌混凝土。


2013年,我国混凝土总量约达80亿立方米,预拌混凝土产量仅占30%左右。江苏省预拌混凝土供应量连续8年位居全国第一,2013年全省C10~C30强度等级的混凝土占总供应量的71.8%,其中用量最大的C30混凝土占53.6%,C35砼及以上占28.2%(其中绝大部分是C35砼)。


国内高强混凝土如C50及以上实际应用占比很少,从我国目前总体情况来看,最大量的商品混凝土在C30左右。不同地区对混凝土标号的“偏好”取决于当地建筑的层高,有些地区最多是平均C25,有些则是C30最多或者个别市区C35稍多。因此,目前推广应用高性能砼,一方面要全面提高结构工程用混凝土等级。另外,如何把普通型号混凝土(C25~C35)高性能化是重点,对社会的贡献会更大、更迫切。混凝土产品结构调整的一个重要内容或方向是解决同质化问题,差异化发展战略是指混凝土企业以国家产业发展战略和市场发展趋势为导向,以提高混凝土结构工程耐久性为目标,以提高混凝土工程质量为重点,满足建设工程提供高、中、低端结构构件质量要求,向市场提供生产差异化、技术含量高、附加值高的混凝土拌和物。


2013年全囯水泥产量24.14亿吨,其中32.5水泥约占67%,42.5普通及复合水泥约占30%,52.5级及特种水泥约占3.0%。以湖南省为例,2013年水泥产量1.13亿吨,水泥产品结构及质量等级与全国平均水平接近,但砌筑水泥等强度低级别水泥产量极少,以至在统计部门的公告中甚至无产量数,国内整体情况也差不多,此乃我国水泥生产消费极不合理的状况。


比尔·盖茨最近在个人博客上,为了让大家对中国在21世纪对水泥消耗的“狼吞虎咽”有一个直观认识,他做了一个令人震撼的对比。2011~2013年,中国消耗了66亿吨水泥,超过美国在整个20世纪的消耗量。但是看看美国在1901~2000年建造了哪些工程:各种摩天大楼、洲际公路、胡佛水坝等等,其消耗的水泥总共只有45亿吨。


近年来,欧、美、日水泥工业显著减少了普通波特兰水泥产量,降低水泥产品中熟料的比例,目前欧洲波特兰复合水泥约占总产量的65%。


我国人口基数大,人均收入远低于发达国家,但人均年消耗水泥1.775吨(按可比水泥产量计,折算成42.5普通水泥,人均年消耗水泥也达1.61吨),远超过发达国家高速发展时期人均年消耗700公斤左右的水平,除了大规模建设因素外,不科学、不合理地使用造成浪费是主要原因之一。


发展预拌砼则取决于国家经济社会发展水平、体制、劳动生产率、政策与应用规范、措施等。不少地区为什么32.5水泥比42.5水泥售价高?如湖南省株洲某企业一日产5000吨线,其销售产品中占40%的32.5水泥总利润比占60%的42.5水泥还要高。市场需求与应用条件是决定生产企业产品结构最主要的因素。因此,我国水泥高标号化出厂是渐进式的,仅靠水泥企业努力其作用甚小,目前其结果只是将更多的部分混合材转移到搅拌站添加而已,从而将该效益由水泥厂转移到搅拌站,关于该问题及其具体原因本文有一节详细分析。


水泥厂和搅拌站掺加掺和料现状及其对比分析


砼搅拌站使用42.5级水泥配制C25~C40砼需再掺20%~60%混合材粉。


目前国内砼其掺和料组分由两部分构成或掺入,即水泥岀厂前作为混合材与熟料共同粉磨中或分别粉磨后在水泥配制掺加一部分,国内目前42.5级水泥其混合材实际平均掺入量约15%(不含缓凝剂),32.5级水泥平均掺入量约34%左右,配制砼时再掺入一部分,目前使用复合或普通(P.O42.5、P.C32.5)配制每立方C25~C40砼普遍掺加80~160公斤左右矿粉、粉煤灰、石灰石粉等掺和料(混合材粉),约占水泥总质量的20%~60%。掺和料与水泥组分统称胶凝材料,以改善砼施工性能和耐久性,又可以降低成本等。若配制C50、C60高性能砼,为改善砼性能和耐久性也必须掺加掺和料。


清华大学阎培渝教授指岀:使用量最大的C30普通混凝土其胶凝材料中水泥熟料占比在0.5以下,其他是掺和料即混合材,不同强度的水泥很容易通过调整砼配比来制备不同标号的砼。国际能源机构和水泥工业可持续发展促进委员会拟定的《2050世界水泥工业发展技术路线图》中,提出了水泥发展最重要的方向是由生产普通波特兰水泥转向生产混合水泥,其重点是研究采用具有水硬性或胶凝性潜质的各种混合材,替代部分熟料。


因此,水泥企业关键是提高熟料质量,满足配制良好适应性水泥及高性能混凝土的需要。另一个关键问题或工序是:混凝土所需的胶凝材料即水泥到底是在水泥厂配制还是在砼搅拌站配制?该问题还涉及水泥与混凝土产业链各方的经济效益、两产业的融合,更与工程质量紧密相关。


由于部分业内人土没有深入了解混凝土特点及生产工艺,特别是没认识到现代砼掺加高效外加剂后的特征及其配比、性能的极大改变,错误地认为直接用高标号水泥加砂、石子即可配制砼,且误认为如此配制的砼质量、强度好些,可不加掺和料或觉得加掺和料不利于砼强度及性能,加上一些传统观念、思维甚至是想当然等原因,由此产生许多对水泥及砼产品质量、结构及升级的认识误区或片面理解甚至是一些极端的错误观点。


通过对该问题的讨论,对澄清部分误区与一些错误观点很有益处,对厘清、反思、完善乃至修正通用水泥及砼产品结构调整指导思想,科学表达通用水泥及砼产品结构、质量发展方向与目标,推进水泥与混凝土产业的融合、转型升级,加快推广应用高性能砼,提高建设工程质量也很有意义。


国内高标号水泥及砌筑水泥占比低的主要原因


现阶段若不顾客观条件大力推动水泥高强高标号化,对提高砼质量远没达到水泥工作者的预期作用,或许一时得利的只是砼搅拌站生产商。


目前我国预拌砼比例低是造成高标号水泥出厂比例低的主要原因。砌筑水泥产量极少则由于科学、合理使用及引导、应用规范、标准等方面问题造成的。


目前我国预拌混凝土产量仅占混凝土总量30%左右,C10-C30混凝土占总供应量约75%左右。配制每立方C30、C40,如从满足砼强度等级或标号而言,强度等级为32.5的水泥完全可配制C40甚至更高等级高性能砼、普通砼来用于结构工程。


目前国内现状是,绝大多数搅拌站选购42.5复合或普通水泥配制砼,也有选购32.5等级水泥的。实际情况是掺和料(混合材)由水泥厂、砼搅拌站各掺一部分。因所选水泥等级不同及砼性能要求,两者掺加比例相应变化。


对于使用水泥超过总量一半的农村、城镇等,由于不是预拌混凝土或计量以及现场拌制条件不具备,加上混合材粉资源、生产、专用车辆、储存等条件限制,不便掺加掺和料,就只能由水泥厂全部掺加掺和料了,并提供相应较低级别的适用水泥品种,目前绝大部分是32.5水泥。国内约70%左右的水泥用于广阔、分散的工程现场拌制混凝土,也就是说预拌混凝土比例低是造成我国32.5级水泥占比高的主要原因。


由于传统观念、习惯及从众思维和片面导向、宣传的影响,加上科学、合理使用及应用规范、标准等方面问题,本来完全可使用22.5砌筑水泥等低等级水泥用在农村市场上,反而选用了32.5甚至等级更高的水泥,造成了极大的浪费,增加了全社会能耗与排放,与现今国内外大力强化节能减排的政策环境也极不相符,也导致造了我国多年来砌筑水泥产量极低的不合理现象。从科学发展及环境要求的角度,降低单位水泥砼的硅酸盐熟料消耗是必然趋势,并有利于改善砼耐久性与长期性能。就单个工程而言,水泥的过量使用对工程质量尤其是开裂也不利。


若抛开市场需求因素,如采取行政手段推广高标号水泥,极不利于广大农村和城镇市场应用。除造成极大浪费外,引发的工程质量尤其是耐久性问题只会加剧,能耗肯定会非正常增加,对节能减排带来很大负面影响。釆取加大资源浪费的办法去推广高标号水泥也注定行不通。此外,施工方及搅拌站掺加掺和料相对来讲更难监管,如预拌砼行业中普遍存在着“阴阳配合比”的现象,因为制成混凝土了,较难检测验收。


目前要调整提高水泥厂出厂水泥等级(实则是相对标号),关健是提高预拌砼比例。深入分析现状,国内高标号水泥比例几乎与预拌砼比例等同,而搅拌站配制砼使用42.5水泥时,因大量加入掺和料而将42.5水泥实际变成了32.5甚至是32.5以下水泥,C10~C30强度等级的混凝土所用水泥(包括32.5等级水泥)普遍掺入了比例不低的掺和料。


若要提升出厂高标号水泥的应用效果,即提升水泥高强高标号化的社会效果,真正用来配制与提高砼质量,则是系统工程了,涉及法制、法规、社会信用与环境监管,还与体制、应用、设计规范等密切相关。以目前国内实际状况,有可能只是将更多的混合材转移到搅拌站添加,将水泥厂一部分效益让给搅拌站而已。现阶段水泥厂若不顾客观条件大力推动水泥高标号化,或许最得利的将是砼搅拌站生产商,是否值得业内反思。


虽然片面或不顾应用条件提升高标号水泥比例所带来的弊端被部分水泥企业所忽视,但搅拌站与混凝土专家显然对此了然于胸,并成功地将此误区化解,引导实际工程加大掺和料的配比。其具体措施十分精准:在制定的混凝土应用标准和规范中,除对地下防水和冬季施工等特殊工程的最低水泥用量做出要求外,其他工程均只对总胶凝材料的最小用量作出限制,也就肯定了32.5及以下水泥的实际使用的科学性和适用性,认可了水泥厂由于少掺混合材的效益损失向搅拌站转移的事实。不少水泥企业直截了当指岀,现阶段建设工程管理部门要求商混站使用42.5以上水泥的规定,实质上起到了维护商品砼搅拌站利益的作用。在“关于混凝土的阴阳配合比问题”研讨会上,有关专家甚至直述:对混凝土中水泥或胶凝材料最小用量的限制,其实际是对人的限定,阻碍了混凝土技术的发展。


目前由搅拌站掺加掺和料有很多弊端


近20年来,清华大学教授廉慧珍大量报告、文章及在全国砼行业会上反复呼吁并阐述其观点:水泥就是为混凝土而生产的,一直以来,水泥和混凝土分属于两个学科体系,在过去水泥强度和混凝土总体强度等级多较低、混凝土结构服役环境相对简单的情况下,水泥和混凝土之间的相互矛盾没如今明显、突岀。随着社会与科学技术的发展,水泥业和作为用户的混凝土业之间的矛盾不断凸显。水泥为混凝土服务的概念没有有效建立起来,信息不对称造成各方职责无法到位,难以确定混凝土工程的责任者,出现工程质量问题时,必然纠纷不止。这种水泥——混凝土——施工的生产关系已经严重阻碍了混凝土工程技术和建设的健康发展,严重影响工程质量,造成能源、资源的浪费和对环境的破坏冲击,改革是必须的。


廉慧珍教授论述并重点强调:水泥和混凝土行业的隔离状况所造成的突岀问题之一,目前由搅拌站掺加掺和料有很多弊端,难以用现行工艺搅拌均匀,使本质上的非匀质体更增加了不均匀性。传统混凝土拌和物达到变异系数稳定所需搅拌时间约为75秒,现今掺入掺和料和外加剂的拌和物,全程搅拌达到均匀的时间(包括加水前的干拌)为150秒。而目前我国预拌混凝土通常搅拌时间是30秒,个别最长的也不过60秒,延长搅拌时间势必影响产量,所以至今基本不能做到。石膏对掺和料及水泥熟料有调节凝结时间和激发掺和料活性的作用,搅拌站用水泥掺用矿物掺和料时,稀释了水泥中的石膏含量,又不可能对石膏掺量再进行优化,因而稀释了水泥中的石膏而影响需水性、变形性以及抗压、抗拉强度值。对外加剂,发达国家一般采取外加剂分次掺人的方式,在搅拌机中上料时先掺入一半,然后通过输送车上搅拌机中的传感器,自动添加其余部分。我国混凝土搅拌站一律将外加剂溶入拌和水中一起投人,这是外加剂使用效果最差的方式。


廉慧珍教授极力主张掺和料由水泥厂掺加,并强调指岀:就组分复杂的现代混凝土的实际需要来说,把混凝土所需要用的胶凝材料放回到工厂去生产,在共同粉磨中做到原材料的预均化,就能够不增加现行搅拌时间而大大提高混凝土的匀质性。搅拌站总体成本不会增加,反而对节约能源和资源、降低质量管理成本都会产生明显的效益。从整体来讲,不仅可以实现水泥厂和搅拌站双赢,而且更重要的是有利于建设工程的质量和耐久性。水泥厂生产混凝土需要的胶凝材料是符合客观规律的。


水泥企业进入混凝土行业的困惑,关键就是要改变生产关系,真正实现二者融合。国外两者一直是一体的,而国内比较特殊,是“两层皮”,纠纷不断甚至还加剧,造成了极大弊端,极不利于建设工程质量和耐久性。


水泥厂由于生产控制、管理体系等条件更完善,预均化、拌和、空气搅拌、倒库等均化设施更完善,且可采用共同粉磨方式,取得更好的均化效果,又可随时依据原燃材料、熟料质量、有害成分等随时调整混合材、水泥熟料、外加剂的比例甚至砼配比,可确保配比更均匀,颗粒级配更合理,质量更有保障。因此,掺和料由水泥厂掺加是发展方向,水泥产业延伸与预拌混凝土业融合为一体是发展趋势。


目前水泥企业岀厂的高标号水泥,仍属中间产品,绝大多数砼如C30及搅拌站实际又添加约相当于岀厂的高标号水泥中2.5倍左右的掺和料,还不利于提高砼质量,较难取得一些人士所预想的效果,相反水泥产业还减少了效益。


混凝土及水泥质量突出的问题和原因


目前国内混凝土早期开裂、强度倒缩和水泥混凝土对工程的适应性等导致砼耐久性(抗渗性、抗冻性、抗碳化性、抗侵蚀行)差的问题非常普遍,造成了巨大的经济及投资损失。对其具体原因进行科学分析、采取措施才是解决问题的关键。


首先,混凝土早期开裂和强度倒缩更多地与使用细磨的普通水泥与早强高强水泥有关。部分施工单位认为水泥的早期强度越高,混凝土强度发展得越快,其质量越有保证;而且水泥早期强度越高,施工速度可以加快,成本可大幅度下降。而早强水泥主要通过提高熟料配比、增加熟料的早强矿物和比表面积来实现的,这种水泥制成的早强混凝土由于初期水化所形成的可见与不可见的内部缺陷因水泥的早期水化产物消耗殆尽,而无后期水化产物去修复,加之水化放热不均,温湿度等环境因素交差变化,从而导致结构应力增大、早期开裂增多、耐久性较差。


著名水泥及砼专家张大康在有关文章、报告中指岀:半个世纪以来我们几乎将水泥质量与水泥强度等同,同时又将水泥活性与水泥强度等同。我国水泥在近50年来发生了一系列不利于砼工程耐久性的变化趋势,包括熟料的C3S提高,水泥的强度特别是早期强度提高,水泥细度过细,水泥碱含量提高,出厂水泥温度提高。


其次,配制混凝土时,过多地强调水泥用量也是导致混凝土开裂的重要因素。由于将混凝土强度与水泥强度等同看待,对矿物掺和料的错误认识。因此,过分强调水泥用量,以保证混凝土强度,使得混凝土的需水量增大、水化热高、收缩增大,引起混凝土的体积变化不稳定。


再者,水泥和混凝土对工程的适应性差,也是造成工程耐久性差的特殊要素。不同工程的环境条件和环境变化不尽相同,如大体积工程、地下工程、低温环境下的工程、环境侵蚀工程等。


总之,影响混凝土耐久性的因素较多,诸如原材料质量、配合比设计、施工工艺、施工环境条件、制作过程控制条件和后期使用维护管理等,每一环节都是紧密相连,必须环环相扣,相互配合,才能实现整个建筑物质量的提升。


现代混凝土科技与大量而普遍的工程表明:低强度等级水泥也可配制高强度等级混凝土,提高混凝土的长期性能的根本手段是:最大限度地降低水泥用量和水胶比;使用有机外加剂和矿物掺和料;提高混凝土的远龄期强度,使其结构密实、孔隙率低,改善水泥水化产物的组成。应提高其技术和管理水平,优化配比及原料,强化施工过程控制等。历经2000年自然环境侵蚀的古罗马建筑能完整保存,其石灰——火山灰混凝土的特征是:混凝土凝结硬化缓慢、早期强度低。同时,应提高对混凝土应用环境的客观条件和变化的预见性,以提高其对工程的适应性。应根据工程需要生产个性化产品,避免过分强调简单的同质化。


专家对澄清有关认识误区的观点和建议


中国混凝土与水泥协会会长徐永模指岀:混凝土本不是一种标准化的材料制品,其性能取决于设计要求、组分的均化程度和施工质量。在混凝土设计正确的前提下,性能质量的改善取决于微观结构均化。微观结构的改善取决于组分分布均化,组分分布的改善取决于原料混合均化。因此,我们可以通过改善原材料的均化来提高混凝土的性能质量。首先要进行砂石均化,包括含水率的均化、级配的均化、杂质含量的均化、粒形的均化。


谈到使用高强度等级水泥时,廉慧珍表示:“强度高的水泥不一定是好水泥,能打出好混凝土的水泥才是好水泥。很多问题是过度追求强度指标所致,强度高的水泥不一定配出好的混凝土,因为品质好的水泥除强度高外,在颗粒级配、泌水性、耐久性等方面也要有好的表现。”


就此问题联系到目前水泥品质检测与混凝土实践应用不完全对应的问题时,廉慧珍指出:“水泥通常是用较高的水胶比、不掺减水剂测试,固定水胶比。而从高效减水剂普遍使用,砼强度与水泥强度之间不再有简单的线性相关性,不论釆用固定水胶比检测的水泥强度是多少,砼都可以按照工程所需要的强度来设置水胶比。也就是说,即使采用低强度等级如32.5水泥都能配出高强混凝土如C60,现行水泥国标规定的其他指标,也只是供用户选择水泥的一种相对指标,不能将其看成是“真值”,现在使用高效减水剂配制的砼相比,无论硬化前后都有较大的差异。”


谈到对水泥质量发展方向的修正时,张大康认为:首先要提高混凝土耐久性对水泥的质量要求;其次,以提高混凝土耐久性为目的的水泥质量改进技术路线为降低水泥早期水化速率和减少水泥化学收缩;第三,需要厘清的若干有关水泥质量的概念;第四,提高混凝土耐久性的水泥生产的技术措施。混凝土之所以耐久性越来越差,水泥是重要因素之一,使用的水泥过量,水泥变得更易开裂。半个多世纪以来水泥的质量变迁则值得我们去反思,长期以来,水泥和混凝土质量都以强度为第一标准,质量还是强度至上的吗?


张大康进一步指出:“水泥质量在混凝土耐久性方面已是渐行渐远,其原因主要来自违反科学规律的利益驱动和认识的局限。所以,水泥与混凝土需要良好的沟通,而以往对混凝土耐久性的研究很少将水泥质量改进作为内容之一,而这正是迫切需要解决的,不再是简单的强度越高越好。”


谈到如何正确理解高性能混凝土时,廉慧珍、吴笑梅强调:高性能混凝土不是一个品种,而是一个概念,而是强调混凝土的“性能”或者质量、状态、水平,不同的工程要求不同的强调重点即特殊性能组合。其配比精度、原料质量、施工、养护要求更高,掺加大量活性混合材,对普通不敏感因素变得更敏感,影响因素多。由于混凝土强度等级越高,脆性就越大,同时其他方面的缺点也会逐一显现。因而高强混凝土需要基于这些不足考虑如何增韧,在其工作性能上研究如何达到“高强混凝土的高性能化”。基础建设的工程寿命是最大的节能减排,如果能使整个工程的耐久和寿命得到延长,甚至不惜在生产该混凝土或者水泥品种时能耗水平高一点。


无论对水泥和混凝土的产品质量、产品结构和产业升级如何理解,归根到底,必须回答如何在科学、合理、环保、经济地利用各种资源的前提下,保证以耐久性为主要特征的混凝土的性能,这是所有产业者义不容辞的共同责任。


必须研究解决传统混凝土面临的具体问题:现代工程结构复杂,荷载大,所处环境严酷。人类开发重点转向高层建筑、大跨桥梁、地下工程和海洋、沙漠、高原、两极工程;混凝土结构的耐久性问题突出;混凝土对生态环境的影响,主要表现在生产水泥熟料大量排放CO2、氮氧化物等。


因此,现代混凝土势必满足以下要求:未来的混凝土必须从根本上减少水泥熟料用量,必须更多地利用多种工业废料作为其原材料;未来的混凝土又必须是高性能的,尤其是耐久的,耐久同样意味着资源的节约;未来的混凝土生产必须促进人类的可持续发展,减少温室气体的排放,减少资源和能源的消耗,综合利用工业废渣。


通过梳理专家的观点,结合自身体会,笔者提出如下思考,相信读者自会厘清疑惑,寻求属于自己的答案。



从混凝土的角度如何正确认识和要求水泥的质量?水泥标准应该突出什么性能?水泥的品质如何体现?面对混凝土掺和料技术更重于改善性能的事实,是否应当改变掺混合材只是为降低成本的观念?混凝土对原料的粒径组成严格要求,是提高性能、减少水泥用量的重要举措,水泥用筛余和比表面积控制细度的目的和手段是否还适用?水泥标准应当用什么指导思想进行修订?围绕现代混凝土的技术发展趋势以及对水泥性能的要求,提高水泥质量方向及做法?


长期以来,水泥行业几乎将水泥质量与水泥强度、水泥活性与水泥强度等同。如何提高水泥产品及标准的适应性?如何满足工程用户个性化、差异化要求?通用水泥产品结构调整过多期待或片面强调提高42.5及以上岀厂水泥比例,甚至将其作为唯一指标,其指导思想是否应考虑现阶段实际政策环境、应用条件与市场需求,以确保工程质量及经济社会效益为中心,进行反思、完善乃至修正?是否应更加突岀提高以较高C2S、适中C3S、低C3A矿物组成的高性能硅酸盐熟料及其所配制的各级别水泥比例,以提高我国水泥产品适用性,改善砼抗裂性,延长建筑物寿命,推广应用高性能砼,并推动水泥产业链延伸、转型升级,与混凝土产业的融合,提高建设工程质量?

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