1 問(wèn)題的提出
產(chǎn)品為用戶服務(wù), 這是商品經(jīng)濟(jì)的鐵律。但“服務(wù)”并不是簡(jiǎn)單的“你要什么我賣(mài)什么”, 而是要為用戶的根本利益著想。用戶對(duì)產(chǎn)品的需要是隨著客觀世界的發(fā)展和自身的認(rèn)識(shí)而變化的。但是認(rèn)識(shí)往往滯后于實(shí)踐。對(duì)于用戶個(gè)體或個(gè)別群體的人來(lái)說(shuō), 由于認(rèn)識(shí)水平的差異, 未必都了解其自身的實(shí)際需要, 產(chǎn)品生產(chǎn)者常會(huì)受到用戶無(wú)意間的誤導(dǎo)。作為兩個(gè)獨(dú)立生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)的行業(yè), 水泥和混凝土也存在這樣的問(wèn)題。
由于生產(chǎn)工藝的限制, 硅酸鹽水泥和混凝土在問(wèn)世后的早期, 相對(duì)于工程建設(shè)發(fā)展的需要, 強(qiáng)度問(wèn)題突出。眾所周知, Bolomy 灰水比定則近100 年來(lái)一直指導(dǎo)著傳統(tǒng)混凝土配合比的設(shè)計(jì)。Bolomy 公式明確表明, 混凝土28d 抗壓強(qiáng)度與水泥強(qiáng)度成正比, 與水灰比倒數(shù)成正比。于是給水泥生產(chǎn)者的信息就是“需要提高水泥強(qiáng)度”。20 世紀(jì)20 年代, 歐美國(guó)家水泥中C3S 約為35%, 如今達(dá)50%～70%; 水泥細(xì)度從220m2/kg 到現(xiàn)今的340～600m2/kg[1]; 圖1 是美國(guó)從1920年到1990 年70 年間水泥7d 抗壓強(qiáng)度提高的情況[2]。
我國(guó)水泥在30 年前最高強(qiáng)度(GB175—63)相當(dāng)于20世紀(jì)末的425 號(hào)(GB175—92), 相當(dāng)于目前的32.5級(jí); 相同水泥的標(biāo)稱強(qiáng)度下降了, 實(shí)際強(qiáng)度是相當(dāng)?shù)? 標(biāo)稱強(qiáng)度相同的水泥, 如果用30 年前的水灰比檢測(cè), 則現(xiàn)在我國(guó)水泥28d 抗壓強(qiáng)度提高了約20MPa。水泥的水灰比越大, 早期強(qiáng)度與后期強(qiáng)度的比值(例如3d/ 28d 或7d/28d) 越小, 而我國(guó)現(xiàn)行水泥標(biāo)準(zhǔn)在檢測(cè)水泥強(qiáng)度的水灰比增大后, 對(duì)水泥3d 標(biāo)稱強(qiáng)度的規(guī)定卻仍與修訂前水灰比較低時(shí)的一樣, 因而實(shí)際上的早期強(qiáng)度提高得更多。不斷提高水泥強(qiáng)度的技術(shù)路線主要是增加C3S 和C3A 和提高比表面積。那些技術(shù)力量達(dá)不到要求的水泥廠增加C3S 和C3A 有困難, 則主要依靠提高比表面積和想方設(shè)法在水泥中添加按標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)不出來(lái)的什么“增強(qiáng)劑”。由于行業(yè)的隔離, 生產(chǎn)者和使用者都不知道這些措施對(duì)混凝土?xí)a(chǎn)生什么后果。相互不了解, 自己對(duì)自己也不了解, 以至于互相誤導(dǎo)。工程中發(fā)生問(wèn)題時(shí)很少能從根本上找出原因。
圖1 1920～1990 年美國(guó)水泥7d 抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)[2]
互相以強(qiáng)度為第一需求誤導(dǎo)的結(jié)果是, 水泥中高強(qiáng)和早強(qiáng)組分越來(lái)越多, 比表面積由于沒(méi)有上限而越來(lái)越大, 水化熱越來(lái)越大, 抗裂性、抗腐蝕性越來(lái)越差, 混凝土強(qiáng)度的后期增長(zhǎng)率下降甚至倒縮, 作為混凝土的主要組分, 嚴(yán)重影響了混凝土結(jié)構(gòu)抵抗環(huán)境作用的耐久性能。
圖2 不同水泥配制的混凝土在室外暴露50 年后強(qiáng)度變化[1]
美國(guó)的Withy 分別于1910、1923 和1937 年成型了5 000 多個(gè)水泥凈漿、砂漿和混凝土試件, 在室外暴露, 1975 年由Washa 和Wendt 發(fā)表了暴露試驗(yàn)的結(jié)果如圖2 所示[1]。圖2 表明, 用7M水泥配制的混凝土50 年后抗壓強(qiáng)度達(dá)到52MPa, 而用I 型水泥( 當(dāng)時(shí)的快硬水泥) 配制的混凝土10 年后強(qiáng)度開(kāi)始倒縮;1937 年按快硬水泥生產(chǎn)的I 型水泥與現(xiàn)今水泥的平均水平很相似。Lemish 和Elwell 1996 年在對(duì)依阿華州劣化的公路路面鉆芯取樣的一項(xiàng)研究中, 也發(fā)現(xiàn)10～14 年強(qiáng)度倒縮而得出結(jié)論: 性能良好的混凝土與其強(qiáng)度增長(zhǎng)慢相關(guān)[1]。
此外, 水泥廠目前所采取提高水泥強(qiáng)度的技術(shù)路線還導(dǎo)致混凝土使用上的困難。這是造成目前水泥產(chǎn)品不能滿足用戶要求更直接的原因。而水泥廠卻從另一方面誤解了混凝土的需求。某些水泥科技人員不了解當(dāng)前供需關(guān)系的癥結(jié)所在, 誤以為混凝土摻礦物摻和料后強(qiáng)度會(huì)下降, 應(yīng)當(dāng)生產(chǎn)更高強(qiáng)度的水泥來(lái)提供混凝土增大礦物摻和料用量的條件, 因此仍然執(zhí)意于繼續(xù)提高硅酸鹽水泥的強(qiáng)度。
面臨可持續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn), 水泥和混凝土雙方能否轉(zhuǎn)變思想方法和傳統(tǒng)觀念, 互相溝通、互相了解、互相支持、共同前進(jìn), 已經(jīng)關(guān)系到我國(guó)工程建設(shè)長(zhǎng)久大計(jì)。出現(xiàn)當(dāng)前水泥和混凝土雙方的矛盾, 主要原因在于近100 年來(lái), 尤其是最近十幾年, 混凝土結(jié)構(gòu)工程技術(shù)有很大的變化和發(fā)展, 而水泥則主要是因工藝上的進(jìn)步促使高強(qiáng)和早強(qiáng)組分的不斷增加、強(qiáng)度的不斷提高。思維方法和觀念依然陳舊, 尚未從計(jì)劃經(jīng)濟(jì)年代真正轉(zhuǎn)變到市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)中來(lái), 不了解因而不能為最終用戶──建設(shè)工程的根本利益服務(wù)。
為了使本來(lái)應(yīng)當(dāng)是一家的水泥和混凝土互相了解、和諧相處, 共同進(jìn)步, 在此提供一些雙方的信息和觀點(diǎn), 一己之見(jiàn), 歡迎討論。
2 現(xiàn)代混凝土的特點(diǎn)及其存在的問(wèn)題
2.1 現(xiàn)代混凝土的特點(diǎn)
1850 年法國(guó)人取得鋼筋混凝土專(zhuān)利以后, 使混凝土在結(jié)構(gòu)構(gòu)件中得以物盡其用, 是混凝土應(yīng)用技術(shù)的第一次飛躍; 1928 年法國(guó)的E.Freyssinet 發(fā)明預(yù)應(yīng)力錨具是混凝土應(yīng)用技術(shù)又一次的飛躍性發(fā)展; 就混凝土材料本身來(lái)說(shuō), 1918 年美國(guó)的D.Abrams 提出著名的水灰比定則, 使混凝土的配合比選擇和制備工藝有了依據(jù), 成為混凝土技術(shù)發(fā)展的第一個(gè)里程碑; 直到化學(xué)外加劑特別是超塑化劑(高效減水劑)的大規(guī)模使用后, 大大改變了混凝土的配制、性能和工藝。高效減水劑使混凝土能在比檢測(cè)水泥強(qiáng)度所用低得多的水灰比下達(dá)到比水泥強(qiáng)度高得多的強(qiáng)度, 而施工性能卻很好, 改變了傳統(tǒng)上混凝土的強(qiáng)度不能高于水泥強(qiáng)度而依賴于水泥強(qiáng)度的規(guī)律。水泥強(qiáng)度對(duì)混凝土的強(qiáng)度不再起主導(dǎo)作用, 水泥的性質(zhì)也不再代表混凝土的性質(zhì)。由此帶來(lái)現(xiàn)代混凝土的特點(diǎn)如下:
1) 工廠化的集中生產(chǎn)。區(qū)別于傳統(tǒng)上分散在工地現(xiàn)場(chǎng)拌制和吊斗澆筑的塑性混凝土, 現(xiàn)代混凝土首先在工藝上是在工廠集中預(yù)拌, 輸送至現(xiàn)場(chǎng)泵送澆筑,因此需要很好的施工性能, 目前的預(yù)拌混凝土的坍落度普遍較大。
2) 使用外加劑。不依靠水泥的品種而用外加劑進(jìn)行改性已越來(lái)越普遍, 例如對(duì)需水性、凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度發(fā)展、變形性質(zhì)、含氣量等。特別是高效減水劑改變了水泥本身的流變性能。
3) 較低的水膠比。由于礦物摻和料對(duì)混凝土強(qiáng)度的貢獻(xiàn)顯著依賴于水膠比, 則當(dāng)混凝土水膠比≥0.5時(shí), 摻和料的作用不能得以發(fā)揮。因此除了不考慮耐久性的結(jié)構(gòu), 常用的C30、C40 混凝土水膠比一般都低于0.5。較低水膠比和較大坍落度造成混凝土較大的水泥( 膠凝材料) 用量。
4) 摻用礦物摻和料。為了降低現(xiàn)代高強(qiáng)度水泥及其較大用量造成的混凝土內(nèi)部較高溫升, 也由于可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需要, 礦物摻和料已逐漸成為現(xiàn)代混凝土必需的組分, 而且有加大摻量的趨勢(shì)──尤其是用于混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的設(shè)計(jì), 礦物摻和料是必需的組分, 而且摻量要大于20%[3]。加拿大已將大摻量礦物摻和料( 粉煤灰和礦渣) 列入2004 年12 月頒布的混凝土規(guī)范[4], 其中粉煤灰和礦渣單摻時(shí)最低摻量分別為30%和35%, 沒(méi)有上限。
2.2 存在的問(wèn)題
任何事物都有其利必有其弊, 現(xiàn)代混凝土是水泥和混凝土技術(shù)發(fā)展進(jìn)步的體現(xiàn), 但是在前進(jìn)過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)另一方面的問(wèn)題, 主要表現(xiàn)在以下方面:
1) 組分多增加了過(guò)程控制的復(fù)雜性。在混凝土生產(chǎn)時(shí)除了水、水泥、砂、石4 種傳統(tǒng)材料之外, 為了工程的需要, 摻入的有機(jī)或無(wú)機(jī)添加物質(zhì)已成為必需的其他組分, 有時(shí)外加劑還不止一種, 礦物摻和料也不止一種。例如日本的明石大橋所用外加劑包括超塑化劑、引氣劑和引氣減水劑, 膠凝材料使用磨細(xì)礦渣、粉煤灰和少量石灰石粉。這無(wú)疑增加了原材料管理和上料控制的工作量。近10 年間, 在我國(guó), 把粉煤灰誤用作水泥的事故曾多次發(fā)生。
2) 現(xiàn)行攪拌機(jī)攪拌時(shí)間太短存在的勻質(zhì)性問(wèn)題。在攪拌機(jī)中添加多種物質(zhì), 增加質(zhì)量控制的難度和拌和物勻質(zhì)性的問(wèn)題。目前的攪拌時(shí)間一般只有30s,這是大多數(shù)攪拌站按購(gòu)進(jìn)設(shè)備的說(shuō)明書(shū)設(shè)定的。實(shí)際上這個(gè)攪拌時(shí)間原本是針對(duì)不用摻和料的傳統(tǒng)混凝土設(shè)定的, 對(duì)于摻用摻和料和外加劑、水膠比又較低的拌和物, 在強(qiáng)制式攪拌機(jī)中攪拌時(shí)間至少應(yīng)達(dá)到1min 以上, 否則難以保證勻質(zhì)性。曾經(jīng)有施工單位反映過(guò): 為什么預(yù)留的摻膨脹劑混凝土試件有的會(huì)脹裂? 顯然這是攪拌不均勻?qū)е屡蛎泟┰诰植窟^(guò)量所造成的。
3) 同摻法影響外加劑的效率。外加劑的摻入方法有以下幾種: ①同摻法: 與拌和水同時(shí)摻入。目前我國(guó)絕大多數(shù)攪拌站都這樣使用; ②后摻法: 在達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)時(shí)摻入; ③分次摻法: 先摻一部分, 隔一段時(shí)間后再摻其余部分。效果見(jiàn)圖3 所示?？倱搅肯嗤瑫r(shí), 分次摻法比同摻法效果好得多; 同摻法想要達(dá)到和分次摻法相當(dāng)?shù)男Ч麜r(shí), 摻量要加大。絕大多數(shù)攪拌站現(xiàn)行將外加劑溶于拌和水一次性摻入的方法是外加劑效率最低的摻法。國(guó)外使用外加劑大多采用分次摻入法──例如, 初始摻入一半, 隨后通過(guò)安裝在攪拌車(chē)上測(cè)拌和物黏度的傳感器控制自動(dòng)續(xù)摻, 以保持到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)時(shí)拌和物的坍落度。目前在我國(guó)難以改變現(xiàn)行外加劑的摻法。
圖3 高效減水劑用不同摻入法時(shí)拌和物坍落度經(jīng)時(shí)變化
4) 大摻量礦物摻和料使膠凝材料中SO3 不足。礦物摻和料的活性需要CaO 和SO3 激發(fā), 故水泥標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定允許礦渣水泥中SO3 最大摻量可達(dá)4%。而在混凝土中使用大摻量礦物摻和料會(huì)稀釋水泥中的SO3,摻量越大, SO3 越不足。因此混凝土早期強(qiáng)度低、凝結(jié)緩慢、收縮大。如圖4 所示, 礦渣和粉煤灰總摻量為40%時(shí), 水泥中的SO3 被稀釋至1.3%后, 砂漿水養(yǎng)護(hù)14d 后存放于空氣中76d 收縮值達(dá)0.036%, 補(bǔ)充石膏后, 同齡期收縮值隨SO3 的增加而減少, 而且從在水中膨脹到隨后在空氣中收縮的差值(稱作膨脹率的落差, 低落差對(duì)砂漿或混凝土的體積穩(wěn)定性很重要)也隨之減小。圖5 是礦物摻和料總量50%時(shí)相同流動(dòng)度砂漿的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度與SO3 摻量的關(guān)系。在20 世紀(jì)80 年代我國(guó)水泥中的SO3 一般都在1.7% 左右, 現(xiàn)在隨著熟料中C3A 的增加, 已提高到2.3%左 右。在傳統(tǒng)上, 生產(chǎn)水泥時(shí)對(duì)石膏的優(yōu)化主要是為了調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間, 基本上未考慮其他影響。在混凝土中摻入摻和料稀釋SO3 的同時(shí)當(dāng)然也稀釋C3A, 但是石膏在有摻和料的漿體中的作用并不只涉及C3A, 對(duì)大摻量摻和料混凝土凝結(jié)時(shí)間的影響機(jī)理不同于和 C3A 的關(guān)系?；炷林袚胶土现灰獡搅看笥?0%, 則 SO3 不足的影響就會(huì)有表現(xiàn), 摻量越大影響越大。
圖4 SO3 含量對(duì)砂漿體積穩(wěn)定性的影響
圖5 SO3 含量對(duì)砂漿強(qiáng)度的影響
3 水泥品質(zhì)現(xiàn)狀對(duì)混凝土生產(chǎn)和質(zhì)量的影響
對(duì)混凝土影響的水泥現(xiàn)狀主要是: 因現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)不設(shè)強(qiáng)度的上限和比表面積的上限, 水泥比表面積太大, 早期強(qiáng)度太高而長(zhǎng)期增長(zhǎng)率低甚至倒縮, 實(shí)際強(qiáng)度浮動(dòng)幅度太大; 不控制堿含量、氯離子含量; 不檢測(cè)開(kāi)裂敏感性; 無(wú)法提供在混凝土中與外加劑的相容性; 出廠水泥溫度太高, 難以控制混凝土結(jié)構(gòu)中的溫度應(yīng)力。
3.1 水泥細(xì)度的影響
水泥流變性能對(duì)混凝土施工性能有重要影響, 而施工性能是硬化后混凝土質(zhì)量的重要保證。粗細(xì)顆粒級(jí)配恰當(dāng)?shù)乃? 可得到良好的流變性能。水泥中3～30μm 的顆粒起強(qiáng)度增長(zhǎng)的主要作用, >60μm 的顆粒則對(duì)強(qiáng)度不起作用, 但起穩(wěn)定體積的作用。因此3～30μm 的顆粒應(yīng)當(dāng)約占90%[5]; <10μm 的顆粒起早期強(qiáng)度的作用, 且需水量大, 而其中<3μm 的顆粒只起早強(qiáng)作用, 因此流變性能好的水泥<10μm 的顆粒應(yīng)當(dāng)<10%。我國(guó)多數(shù)水泥的生產(chǎn)則基本上只關(guān)心細(xì)度,很少注重水泥顆粒的級(jí)配。在我國(guó)目前多數(shù)生產(chǎn)條件下, 水泥磨得越細(xì), 細(xì)顆粒越多, 早期強(qiáng)度發(fā)展很快,而又很快被耗盡, 后期增長(zhǎng)余地就會(huì)減少。有人認(rèn)為提高水泥強(qiáng)度最簡(jiǎn)單的技術(shù)就是增加比表面積。近年來(lái)許多質(zhì)檢實(shí)驗(yàn)室用篩析法檢測(cè)水泥細(xì)度時(shí), 大多篩余量都小于3%, 甚至沒(méi)有篩余, 水泥比表面積已高達(dá)400m2/kg。越細(xì)的水泥需水量越大, 與外加劑相容性越差, 水化熱越大, 開(kāi)裂敏感性越大。
1) 越細(xì)的水泥與外加劑相容性越差。天津雍陽(yáng)外加劑廠邱漢用該廠生產(chǎn)的萘系高效減水劑UNF- 5 與不同細(xì)度的水泥進(jìn)行相容性試驗(yàn)。用相同水灰比的凈漿, 改變外加劑摻量, 分別于攪拌后5min 和60min 檢測(cè)流動(dòng)度, 試驗(yàn)外加劑對(duì)不同細(xì)度水泥的飽和點(diǎn)、1h后的流動(dòng)度損失以及使流動(dòng)度不損失的摻量點(diǎn)。結(jié)果見(jiàn)圖6。
圖6 水泥細(xì)度對(duì)其與高效減水劑相容性的影響
由圖6 可見(jiàn), 水泥比表面積為3 014cm2/g 時(shí), 高效減水劑飽和點(diǎn)為0.8%, 流動(dòng)度無(wú)損失的摻量為1.6%; 水泥比表面積為3 982cm2/g 時(shí), 高效減水劑飽和點(diǎn)為1.2%, 流動(dòng)度無(wú)損失的摻量為1.82%; 比表面積為4 445cm2/g 時(shí), 高效減水劑飽和點(diǎn)為1.6%, 找不到流動(dòng)度的無(wú)損失點(diǎn); 當(dāng)水泥比表面積達(dá)5 054cm2/g時(shí), 則高效減水劑飽和點(diǎn)為2.0%, 同樣找不到流動(dòng)度的無(wú)損失點(diǎn)。該試驗(yàn)表明, 水泥比表面積的增大, 外加劑與水泥的相容性隨之下降。著名水泥化學(xué)家T.C.Powers 早在40 年前就指出過(guò), 并非水化越充分的水泥漿體強(qiáng)度越高, 因?yàn)樗嗨飶?qiáng)度和體積穩(wěn)定性都比熟料的低。因此需要有一部分未水化顆粒來(lái)保持強(qiáng)度和穩(wěn)定體積[6], 這就是“化學(xué)成分通過(guò)結(jié)構(gòu)起作用”。水泥比表面積增加后,對(duì)砂漿長(zhǎng)期抗拉強(qiáng)度的影響更明顯, 如圖7 所示[1]。圖7 表明, 砂漿抗拉強(qiáng)度隨水泥比表面積的增加而呈線性下降, 碳化深度總的趨勢(shì)是隨水泥比表面積增大而減小。粗水泥碳化深度大但強(qiáng)度高, 可能是表面的碳化對(duì)水泥有增強(qiáng)作用。
圖7 水泥細(xì)度對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響[1]
2) 有研究者(Heam 1949 年, Mather 1993 年)報(bào)道粗水泥的滲透性隨齡期而下降, 表明其具有自愈能力[1]?；炷量箖鲂噪S水泥比表面積減小而提高(見(jiàn)圖8)可能也和碳化降低滲透性有關(guān)[1]。
圖8 抗凍性與水泥比表面積的關(guān)系[1]
3) 過(guò)細(xì)的水泥具有更大的開(kāi)裂敏感性, 如圖9 和圖10 所示[1]。圖9 中用收縮開(kāi)裂環(huán)檢測(cè)水泥開(kāi)裂的敏感性, 從成型到開(kāi)裂經(jīng)過(guò)的時(shí)間越短, 抗裂性越差。從圖9 可以看出, 開(kāi)裂敏感性隨水泥比表面積的增大而增大。在圖10 中可見(jiàn), 水泥漿體因干燥而開(kāi)裂的程度隨水泥比表面積增大而嚴(yán)重; 水泥比表面積只有220m2/kg 時(shí), 混凝土中微裂縫極少; 當(dāng)水泥比表面積增加到490m2/kg 時(shí), 則混凝土中密布微裂縫。這些肉眼不可見(jiàn)微裂縫在早期可能是不連通和不開(kāi)放的, 但卻是在服役期間受到溫度、濕度的反復(fù)作用出現(xiàn)可見(jiàn)裂縫的開(kāi)裂源, 成為侵蝕型介質(zhì)侵入的通道,響混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。
圖9 水泥細(xì)度和開(kāi)裂敏感性的關(guān)系[1]
圖10 水泥細(xì)度對(duì)水泥漿體和混凝土開(kāi)裂的影響[1]
3.2 水泥的強(qiáng)度
任何水泥基材料的強(qiáng)度都是在一定的標(biāo)準(zhǔn)條件下測(cè)得的。如果水灰比、試件尺寸、養(yǎng)護(hù)條件、試驗(yàn)方法都相同, 則凈漿強(qiáng)度高于砂漿強(qiáng)度, 砂漿強(qiáng)度高于混凝土強(qiáng)度。然而, 事實(shí)是水泥強(qiáng)度和混凝土強(qiáng)度的定義不同, 也就是檢測(cè)強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)條件不同。在高效減水劑問(wèn)世之前, 由于施工的需要, 混凝土的水灰比受到限制, 必然大于檢測(cè)水泥強(qiáng)度的水灰比, 因此混凝土強(qiáng)度依賴于水泥強(qiáng)度, 混凝土標(biāo)稱強(qiáng)度也必然不會(huì)超過(guò)水泥的標(biāo)稱強(qiáng)度?，F(xiàn)在高效減水劑的使用打破了這一傳統(tǒng)的常規(guī): 混凝土的水灰比可以減小到比檢測(cè)水泥的水灰比低得很多, 老規(guī)范中“水泥強(qiáng)度應(yīng)是混凝土強(qiáng)度的1.5～2 倍”的規(guī)定已成為歷史, 現(xiàn)今的32.5 級(jí)水泥能配制C60 混凝土已是現(xiàn)實(shí)。
就提高水泥強(qiáng)度的技術(shù)路線來(lái)看, 將近200 年來(lái)水泥強(qiáng)度的發(fā)展已步入盡頭: 高強(qiáng)和早強(qiáng)的礦物以及過(guò)大的比表面積給混凝土帶來(lái)的后果已是弊大于利。過(guò)去只有水工的大壩混凝土被稱為大體積而需要控制溫度, 而今由于水泥的水化熱增大、混凝土水泥用量增多、早期強(qiáng)度提高, 最小斷面只有20～30cm 的構(gòu)件, 其早期開(kāi)裂也有約60%來(lái)自溫度應(yīng)力?；炷翗?gòu)件斷面可因混凝土強(qiáng)度的提高而減小, 但是構(gòu)件斷面不可小到超過(guò)保證穩(wěn)定的極限, 因此對(duì)強(qiáng)度的需要也有限, 當(dāng)前的水泥強(qiáng)度已足夠。至于有特殊用途的所謂“超高強(qiáng)混凝土”(例如無(wú)粗集料而由活性粉末和細(xì)顆粒級(jí)配制成的RPC, 抗壓強(qiáng)度可達(dá)200MPa) , 其所用的水泥強(qiáng)度等級(jí)也是現(xiàn)行的42.5 即可[8]。因此水泥生產(chǎn)實(shí)在不必再追求更高的強(qiáng)度?，F(xiàn)在的問(wèn)題是, 配制高強(qiáng)混凝土, 乃至C100 的混凝土已不是難事, 倒是能保證28d 抗壓強(qiáng)度不超過(guò)30MPa、拌和物施工性能良好(不泌水、不離析)的C25以下混凝土做不出來(lái)。雖然總的趨勢(shì)是混凝土強(qiáng)度都普遍提高了, 但是對(duì)于像需要很大斷面的鐵路或公路橋墩、某些小開(kāi)間樓板、基礎(chǔ)墊層以及其他一些素混凝土構(gòu)件, 按承載力計(jì)算確實(shí)只需要很低的強(qiáng)度(雖
然能通過(guò)加大活性的或非活性礦物摻和料來(lái)解決, 但又受到傳統(tǒng)觀念和現(xiàn)行規(guī)范的限制) 。保留一些低強(qiáng)度等級(jí)的水泥, 商家雖然單位產(chǎn)品利潤(rùn)低, 但是目前C30 以下的混凝土需求量仍然很大, 薄利多銷(xiāo)是市場(chǎng)經(jīng)營(yíng)的重要策略之一。
有證據(jù)表明, 高強(qiáng)度水泥的耐儲(chǔ)存性能很差, 現(xiàn)行的52.5 級(jí)水泥與42.5 級(jí)水泥的28d 實(shí)際強(qiáng)度差別不大, 越存放差別越小, 甚至?xí)惯^(guò)來(lái)。過(guò)去水泥的保質(zhì)期是3 個(gè)月, 而今52.5 級(jí)水泥可能只有1 個(gè)月了吧? 主要是因?yàn)槟壳捌毡橐栽黾颖缺砻娣e作為提高強(qiáng)度的主要手段。
3.3 其他影響
1) 現(xiàn)行水泥標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)定水泥出廠前檢測(cè)含堿量(不僅當(dāng)混凝土集料有活性時(shí)影響混凝土堿- 集料反應(yīng), 而且即使集料沒(méi)有堿活性, 含堿量過(guò)大時(shí)還影響水泥的抗裂性)和氯離子含量, 使有的水泥廠添加“不知道成分”的“增強(qiáng)劑”有了空子可鉆, 給混凝土結(jié)構(gòu)耐久性增加了隱患。
2) 試驗(yàn)和實(shí)踐表明, 不同廠家生產(chǎn)的相同強(qiáng)度等級(jí)、相同品種水泥在開(kāi)裂敏感性上可能有很大差別,水泥出廠前不做抗裂性檢驗(yàn), 增加了混凝土抗裂性能的不可知性和控制裂縫的難度。
3) 由于現(xiàn)代混凝土普遍使用高效減水劑, 水泥與高效減水劑相容性問(wèn)題和水泥的品質(zhì)有很大關(guān)系, 目前水泥廠不檢測(cè)水泥與外加劑相容性, 影響混凝土對(duì)水泥的選用。
4) 散裝水泥的好處不言而喻, 但是水泥廠只“用其利”卻未能對(duì)“棄其弊”做出貢獻(xiàn)。近年來(lái)散裝水泥出廠的溫度普遍過(guò)高, 運(yùn)至攪拌站入倉(cāng)后又散熱困難, 造成水泥上料時(shí)仍有很高的溫度, 混凝土澆筑溫度居高不下, 增加了混凝土因溫度應(yīng)力而早期開(kāi)裂的傾向。還要采取措施降低因此而造成的混凝土的澆筑溫度, 在水資源和能源匱乏的今天, 從總體來(lái)看不能說(shuō)不有悖于發(fā)展散裝水泥以節(jié)約水泥包裝資源和環(huán)保的初衷。
4 結(jié)論
1) 影響混凝土質(zhì)量的水泥現(xiàn)狀主要是: 水泥比表面積太大, 早期強(qiáng)度太高而長(zhǎng)期強(qiáng)度增長(zhǎng)率低甚至倒縮, 實(shí)際強(qiáng)度浮動(dòng)幅度太大, 不利于質(zhì)量的均勻控制;不控制堿和氯離子含量; 不檢測(cè)開(kāi)裂敏感性; 不提供與外加劑的相容性, 工程無(wú)法選定合適的水泥; 出廠水泥溫度太高, 難以控制混凝土結(jié)構(gòu)中的溫度應(yīng)力。
2) 現(xiàn)代混凝土普遍使用減水劑以降低水灰比, 故其強(qiáng)度不再依賴于水泥強(qiáng)度, 現(xiàn)行提高水泥強(qiáng)度的技術(shù)路線不利于混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量的穩(wěn)定和長(zhǎng)期性能, 不必再追求水泥向更高的強(qiáng)度發(fā)展; 水泥品種單一化不僅不利于水泥的發(fā)展, 而且也不利于市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
3) 現(xiàn)代混凝土結(jié)構(gòu)需要水泥具有良好的勻質(zhì)性和穩(wěn)定性、低的開(kāi)裂敏感性、與外加劑良好的相容性、有利于混凝土結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期性能的發(fā)展以及無(wú)損害混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的超量成分。
4) 思維方法和觀念應(yīng)當(dāng)適應(yīng)客觀世界的發(fā)展而轉(zhuǎn)變, 產(chǎn)品應(yīng)為用戶長(zhǎng)遠(yuǎn)利益的需要服務(wù); 現(xiàn)代混凝土已大不同于傳統(tǒng)混凝土, 作為產(chǎn)品的水泥應(yīng)當(dāng)按混凝土的需要生產(chǎn), 并按混凝土的規(guī)律檢驗(yàn)。
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