合理使用水泥確保混凝土工程質(zhì)量

　　0引言

　　在我國基礎(chǔ)設(shè)施和工業(yè)與民用建筑中，混凝土已成為應(yīng)用面最廣、應(yīng)用量最大的建筑材料1998年我國水泥產(chǎn)量已達5.3億t，以每立方米硅水泥用量0.25 t計，該年度全國混凝土澆筑21億t。隨著我國建筑事業(yè)的發(fā)展，今后混凝土的用量還會不斷增加。

　　當(dāng)前我國相當(dāng)多的混凝土工程存在質(zhì)量問題，全國惡性工程事故不斷，而尚未暴露出來的質(zhì)量隱患則更是令人擔(dān)憂。建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計要求的目標(biāo)使用期一般都在50年以上，那些關(guān)乎結(jié)構(gòu)安全的質(zhì)量隱患如果得不到有效控制，將為后人埋下無數(shù)禍根。廣大工程技術(shù)人員越來越認(rèn)識到:工程質(zhì)量必須“標(biāo)”、“本”兼治。筆者多年從事結(jié)構(gòu)設(shè)計和建設(shè)監(jiān)理工作，經(jīng)常深人施工現(xiàn)場。在工程實踐中體會到水泥的確堪稱混凝土工程質(zhì)量之“本”?，F(xiàn)提出幾點個人意見供水泥生產(chǎn)主管部門、科研單位和制定設(shè)計、施工、建材規(guī)范以及建設(shè)主管部門的有關(guān)人員參考。

　　1.改變“回轉(zhuǎn)窯水泥不足立窯補”的現(xiàn)狀.確保工程質(zhì)量

　　試驗結(jié)果表明[t1.[27立窯水泥與回轉(zhuǎn)窯水泥配制的硅在質(zhì)量穩(wěn)定性、耐久性、施工適應(yīng)性及力學(xué)性能方面是有差別的，立窯水泥的各項性能明顯不如回轉(zhuǎn)窯水泥。歷史原因造成了目前我國立窯水泥生產(chǎn)過剩，回轉(zhuǎn)窯水泥產(chǎn)量又嚴(yán)重不足的尷尬局面。然而，近些年我們卻從未聽說有哪個工程因缺水泥而停工。很多工程的結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位由于一時買不到回轉(zhuǎn)窯水泥或因某些施工單位為降低成本而有意使用了(或部分使用)立窯水泥，加之目前我國建筑材料準(zhǔn)用制度不健全，便給一些不合格的立窯水泥有可乘之機，為混凝土工程質(zhì)量留下了隱患。

　　1997年以來，筆者托同行在全國各地對數(shù)十例因材料引起的工程事故做了一些調(diào)查，問題大多出在水泥上，幾乎又全是立窯水泥，教訓(xùn)是深刻的。

　　從結(jié)構(gòu)設(shè)計的角度看，設(shè)計人員除特殊情況外，一般僅對硅的強度(等級)提出明確要求，至于采用何種水泥配制混凝土則由施工單位決定。由于目前我國建筑材料準(zhǔn)用制度尚不完善，建設(shè)監(jiān)理無法根據(jù)法規(guī)來限定出自不同廠家水泥的使用范圍。用于檢查結(jié)構(gòu)件質(zhì)量的硅試件(現(xiàn)場澆筑時取樣)需養(yǎng)護28 d才能測試，而施工進度又不能耽擱，因此監(jiān)理人員實際上是“事后”檢查硅工程的質(zhì)量，很難做到“事前”控制。舉一個典型例子:某一高層寫字樓的施中，設(shè)計要求底層柱需用C60混凝土，但現(xiàn)場批量留取的試件在28 d后測試的結(jié)果為:絕大多數(shù)不能達到C60強度，事后查明是由于采用了質(zhì)量不過關(guān)的立窯產(chǎn)水泥。此時該處混凝土已澆筑了數(shù)百立方米(2層)。后采取柱截面外擴補強措施處理，不僅耽誤了工期，還影響了建筑物伸用壽命.施工單位為此付出了經(jīng)濟代價。

　　筆者認(rèn)為，混凝土工程質(zhì)量，首先要抓水泥質(zhì)量。有關(guān)調(diào)查材料表明:我國目前優(yōu)質(zhì)立窯水泥熟料的年產(chǎn)量約在6000萬t左右，但持有生產(chǎn)許可證的立窯廠家年總產(chǎn)量卻有4億t。由于優(yōu)質(zhì)水泥產(chǎn)量的嚴(yán)重不足，使得非優(yōu)質(zhì)甚至劣質(zhì)的立窯水泥大量占有市場并用于結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位。因此，大力發(fā)展工藝先進的窯外分解新型干法生產(chǎn)技術(shù)，按照三部委的已定方針盡快淘汰工藝落后、質(zhì)量不穩(wěn)定、能耗高、污染重的土立窯和小型機立窯是當(dāng)務(wù)之急?！盎剞D(zhuǎn)窯不足立窯補”的狀況必須改變，如果不解決當(dāng)前水泥質(zhì)量中存在的問題，混凝土工程質(zhì)量的“根治”無從談起。

　　2選用水泥必須考慮混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性

　　由于混凝土建構(gòu)筑物要求有足夠長的使用壽命，因此硅的耐久性逐漸引起人們的重視。世界上許多國家已經(jīng)把耐久性作為衡量混凝土質(zhì)量的首要指標(biāo)，他們或者編制關(guān)于結(jié)構(gòu)耐久性的設(shè)計、施工專項規(guī)范或者推出一些指導(dǎo)性文獻、手冊[3].[4]等。

　　水泥品質(zhì)直接影響混凝土的耐久性能。實驗結(jié)果表明2]:就是用優(yōu)質(zhì)立窯水泥(#525)配制的硅，其抗?jié)B、抗碳化、抗海水腐蝕性能亦均不如同標(biāo)號回轉(zhuǎn)窯水泥，抗凍、干燥收縮、鋼筋銹蝕等與回轉(zhuǎn)窯水泥相近。而采用燒粘土作混合材的#425立窯水泥則對硅的耐久性能非常不利。值得注意的是:用立窯燒制熟料，由于窯內(nèi)通風(fēng)條件差，熱力強度不如回轉(zhuǎn)窯，且窯內(nèi)熱工制度不穩(wěn)定，物料受熱不均勻，難免出現(xiàn)熟料輕燒、欠燒等現(xiàn)象，故熟料質(zhì)量波動較大。目前我國能夠生產(chǎn)#525優(yōu)質(zhì)水泥的機立窯廠家并不多，而能生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定性上能與回轉(zhuǎn)窯水泥相近的廠家則更少。因此，質(zhì)量不穩(wěn)定的立窯水泥將在實際工程中影響混凝土的耐久性能。[Page]

　　在實際工程中對混凝土的耐久性必須進行“事前”控制。等到建筑物在使用階段出了問題再去彌補，將造成不可估量的損失。但遺憾的是:我國現(xiàn)行(混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范)(GBJ1o一89)僅在構(gòu)造措施和對正常使用極限狀態(tài)下的驗算方面考慮了結(jié)構(gòu)的耐久性要求，并未引人結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計的概念。我國現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》(GB50204一92)未考慮水泥品質(zhì)對混凝土耐久性的影響，而我國(混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB50164一92)對混凝土耐久性的要求又偏低且欠具體。這就是說，我國硅工程從設(shè)計到施工均未有效地進行結(jié)構(gòu)耐久性的“事前”控制，而工程驗收又未對此做出專門規(guī)定(一般僅做外觀評價、回彈法檢測磚強度等)。所以，如何評價一個新建工程的結(jié)構(gòu)耐久性，只有讓時間來做出回答了。我國已建成工程的返修率高居不下，被評為“優(yōu)質(zhì)工程”的項目在使用階段混凝土開裂，甚至發(fā)生重大事故的事例層出不窮，除了管理體制上諸多弊端外，水泥本身的質(zhì)量問題以及對水泥品種選用不當(dāng)恐怕也是主要原因之一。

　　在目前條件下，為保證混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能，筆者提出以下幾點建議供有關(guān)部門參考:

　　(1)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工在選用水泥方面應(yīng)有明確規(guī)定。據(jù)悉，建設(shè)部已把“混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性研究及耐久性設(shè)計”列為國家重點科技攻關(guān)項目，并由清華大學(xué)、中國建筑科學(xué)研究院等單位共同承擔(dān)此項任務(wù)。參加這一項目的有關(guān)人員已拿出“混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計及施工建議”的初稿供討論，估計不久的將來會有相應(yīng)的規(guī)范出臺。在制定這類規(guī)范時建議專門增加有關(guān)水泥選用的章節(jié)，明確規(guī)定:某類工程或某結(jié)構(gòu)部位等“須”、“應(yīng)”、“宜”選用某種類(或標(biāo)號)水泥。

　　(2)要盡快健全、完善我國的水泥準(zhǔn)用制度。建議建設(shè)部會同國家建材局出臺一些法規(guī)，規(guī)定水泥出廠必須附有“準(zhǔn)用證”。該證應(yīng)明確交代哪些水泥“可”、“不可”用于某類工程或某結(jié)構(gòu)部位等。在水泥包裝袋上也應(yīng)標(biāo)明:出廠日期、使用期限、存放條件、使用要求、應(yīng)用范圍及其它注意事項等，以利建設(shè)監(jiān)理現(xiàn)場檢查。

　　(3)科研單位要加快各類水泥對硅耐久性影響的科學(xué)研究。法規(guī)出臺，科研先行?？蒲胁荒軆H停留在實驗室里，要在各類實際工程中跟蹤調(diào)查(因為每個工程的外部環(huán)境、施工條件及使用條件均有差異)，收集資料，為制定(或修訂)有關(guān)規(guī)范提供科學(xué)依據(jù)。

　　3重視堿集料反應(yīng)的研究并制定相應(yīng)對策

　　近年來，我國硅工程中由堿集料反應(yīng)(AAR)產(chǎn)生的破壞事件逐漸引起人們注意。

　　堿集料反應(yīng)嚴(yán)重?fù)p害混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能。對預(yù)應(yīng)力硅結(jié)構(gòu)來說，一旦出現(xiàn)AAR，將引起硅的開裂，直接危及結(jié)構(gòu)安全(處于露天或室內(nèi)高濕環(huán)境中的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件在設(shè)計中是不允許出現(xiàn)裂縫的)，必須及時進行加固處理。矽構(gòu)件在使用階段出現(xiàn)問題將付出極高的代價(對混凝土結(jié)構(gòu)進行加固處理的費用往往比原構(gòu)件的造價還高，有時甚至是慘痛的代價。早在50年代，AAR對混凝土工程的不良影響就引起國外工程界的高度重視。特別是1974平以來，每隔2年就召開一次關(guān)于堿集料反應(yīng)的國際學(xué)術(shù)會議。很多國家相繼出臺了一些標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范(如美國的ASTMC227 --- C586等)對一些重要工程的矽含堿量嚴(yán)加控制。有的國家(如美國)要求所有進口水泥的堿含量(Na-0當(dāng)量，下同)必須低于0.696，其理由就是AAR破壞具有潛伏性、突發(fā)性，而一旦出現(xiàn)問題又難于補救。與發(fā)達國家相比，我國AAR的研究較晚，對由AAR引起的混凝土破壞重視不夠。這主要是因為一般國內(nèi)制做混凝土所用集料的堿活性較小，加之AAR破壞又不易鑒別，使人們忽視了這一問題。在實際工程中一發(fā)現(xiàn)硅裂縫，技術(shù)人員首先從外部環(huán)境(如溫度應(yīng)力，不均沉降，超載等)或設(shè)計、施工上找原因，很少想到AAR(相當(dāng)多的質(zhì)檢、監(jiān)理人員缺乏有關(guān)AAR的知識)。因此，很多由AAR引起的混凝土破壞誤認(rèn)為其它原因造成的破壞(筆者不否認(rèn):硅破壞的原因很復(fù)雜，往往是多種因素共同作用)。

　　我國混凝土工程中的堿集料反應(yīng)不容樂觀。我國生產(chǎn)的水泥大多為高堿水泥，特別是北方地區(qū)生產(chǎn)的水泥，其堿含量多在0.8%一1.0%以上。但施工單位并不排斥(有時甚至歡迎)，因為高堿純硅酸鹽水泥配制的硅快硬、早強，有利于提高施工速度。施工單位有時為搶工期或便于冬季施工，常在配制混凝土?xí)r摻人Na2S04早強劑及NaNq防凍劑等，前者摻量可達3%，后者摻量可達5%(均以水泥重量計)，此時如果采用的是高堿水泥，則混凝土中的含堿總量將高達15 kg/m3一20掩/m3，遠遠超3噸/襯-- 5 kg/m3安全堿含量的限值。在這種狀況下，我國混凝土工程中出現(xiàn)大量AAR破壞是必然的，應(yīng)引起高度重視，否則將貽害無窮。為此筆者提出以下幾點建議。

　　(1)加大關(guān)于AAR的科研力度，編制(或修訂)相應(yīng)規(guī)范?？蒲?、設(shè)計部門應(yīng)在實際工程中進行廣泛的調(diào)查研究，針對混凝土中不同的集料和外加劑，不同品質(zhì)的水泥，不同的環(huán)境(溫度、濕度)，以及不同的施工條件等做大量實驗，為編制(或修訂)有關(guān)規(guī)范提供科學(xué)依據(jù)。筆者認(rèn)為:我國現(xiàn)行(混凝土外加劑)(GB8076一87)中對“基準(zhǔn)水泥”的要求偏低(至少堿含量應(yīng)規(guī)定不得超過0.66),應(yīng)向目前國際標(biāo)準(zhǔn)靠攏。同時，在修訂《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(GBJ 119一88)時，應(yīng)明確規(guī)定對水泥(標(biāo)號、堿含量等)的技術(shù)要求。

　　(2)增加低堿水泥的市場供應(yīng)，確?；炷凉こ藤|(zhì)量。國家應(yīng)從產(chǎn)業(yè)政策方面鼓勵低堿水泥的生產(chǎn)。同時，通過“準(zhǔn)用證”制度來限制高堿水泥的使用范圍。例如:嚴(yán)格規(guī)定水利工程、預(yù)應(yīng)力構(gòu)件以及重要工程的結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位等，所用水泥的堿含量不得超過某一限值。

　　(3)重視關(guān)于堿集料反應(yīng)的知識普及和預(yù)防措施的宣傳工作。為使廣大工程技術(shù)人員深刻認(rèn)識堿集料反應(yīng)對混凝土工程的危害，應(yīng)加大宣傳教育的力度，出版一些普及AAR知識的教材和預(yù)防AAR破壞的技術(shù)措施(手冊)等。

　　4水泥生產(chǎn)要適應(yīng)高性能破的發(fā)展趨勢

　　自90年代初國外提出高性能混凝土(HPC)的概念后，各國對HK:的界定標(biāo)準(zhǔn)有所不同，但有一點是共同的:那就是它的高耐久性和較高的強度指標(biāo)。毫無疑問，高性能混凝土在工程界是極受歡迎的，它是未來硅技術(shù)的發(fā)展方向。高性能混凝土本身不是本文論題，筆者僅就它對水泥的基本要求提出幾點不成熟的個人看法。

　　(1) HPC所采用的水泥標(biāo)號一般不應(yīng)低于#525，并且必須是質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)水泥，使其在較高的可靠度保證下實現(xiàn)高強度。

　　(2)HPC所用水泥必須保證其高耐久性的要求，因此對水泥熟料中任何不利于混凝土耐久性的化學(xué)物質(zhì)(如堿含量等)應(yīng)該嚴(yán)加控制。

　　(3)HPC所用水泥應(yīng)保證混凝土有很好的工作性質(zhì)。如高流動性、力學(xué)性能穩(wěn)定、低水化熱溫升、體積穩(wěn)定、早強并有一定韌性(滿足抗震要求)等特點。高性能混凝土的問世及推廣應(yīng)用對我國水泥行業(yè)提出了更高要求。因此，有關(guān)部門應(yīng)及早采取措施，從“可持續(xù)發(fā)展”的角度調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，加快科研步伐，以適應(yīng)21世紀(jì)國家建設(shè)事業(yè)發(fā)展的需要。