覃維祖:混凝土領(lǐng)域新發(fā)展及對水泥企業(yè)快速發(fā)展混凝土產(chǎn)業(yè)的建議

      4月1日，2010年水泥企業(yè)發(fā)展混凝土產(chǎn)業(yè)高峰論壇在北京國際會(huì)議中心隆重召開。清華大學(xué)土木工程系博導(dǎo)覃維祖教授在的報(bào)告中，回顧了世界混凝土的發(fā)展史，介紹了混凝土行業(yè)的前沿領(lǐng)域、混凝土制備和施工的最新技術(shù)，提出了混凝土產(chǎn)業(yè)的最新發(fā)展——可持續(xù)發(fā)展，并對水泥企業(yè)快速發(fā)展混凝土產(chǎn)業(yè)提五點(diǎn)建議：重視骨料品質(zhì)，重視水泥品質(zhì)的穩(wěn)定性，重視混凝土用水量的控制，重視水泥、外加劑與礦物摻和料的相容性，重視環(huán)境條件變化的影響。以下是報(bào)告摘要。

　　一、混凝土的發(fā)展史

　　早在公元前5000年，現(xiàn)今的東歐一帶就使用石灰、砂和卵石制成砂漿和混凝土。但是現(xiàn)代意義上水泥的誕生只能追溯到在19世紀(jì)30年代發(fā)明波特蘭水泥，其在19世紀(jì)末實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

　　但是，直到20世紀(jì)70年代，廣泛應(yīng)用于工程中澆注的混凝土仍然是半干硬性拌合物（坍落度2～5cm）；硬化后28d抗壓強(qiáng)度低于35MPa 。

　　自20世紀(jì)70年代起，由于高效減水劑、礦物摻和料和其他組分材料日漸廣泛地應(yīng)用，幾十年來，混凝土技術(shù)發(fā)生了巨變：抗壓強(qiáng)度，35MPa→350Mpa；工作度，干硬（半干硬） →自密實(shí)；斷裂能，100J/m2→2~4×104J/m2耐久性> 500年……

　　二、混凝土新技術(shù)

　　1. 高強(qiáng)混凝土

　　高強(qiáng)混凝土作為一種新的建筑材料，以其抗壓強(qiáng)度高、抗變形能力強(qiáng)、密度大、孔隙率低的優(yōu)越性，在高層建筑結(jié)構(gòu)、大跨度橋梁結(jié)構(gòu)以及某些特種結(jié)構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用。高強(qiáng)混凝土最大的特點(diǎn)是抗壓強(qiáng)度高，一般為普通強(qiáng)度混疑土的4-6倍，故可減小構(gòu)件的截面，因此最適宜用于高層建筑。

　　2. 高性能混凝土

　　1990年5月，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）和美國混凝土協(xié)會(huì)（ACI）召開會(huì)與，首次提出了高性能混凝土（HPC）的概念，高性能混凝土具有高抗?jié)B性（高耐久性的關(guān)鍵）、高體積穩(wěn)定性（低干縮低徐變、低溫度形變和高彈性模量）、適當(dāng)?shù)母呖箟簭?qiáng)度、良好的施工性（高流動(dòng)性、高粘聚性、自密實(shí)性）。

　　3.活性粉末混凝土

　　法國Bouygues公司最先在施工多個(gè)高性能混凝土結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過去除粗骨料、采用低水膠比并摻入適量鋼纖維，制備出了界面粘結(jié)強(qiáng)度和其他性能優(yōu)異的活性粉末混凝土（RPC），它是一種具有高強(qiáng)度、高耐久性及良好韌性的新型水泥基復(fù)合材料，具有廣闊的研究與應(yīng)用前景。

　　4. 大摻量礦物摻和料混凝土

　　混凝土中含有超過通常施工所用摻量的輔助膠凝材料即為大摻量礦物摻和料混凝土，并且總體性能仍然完全符合建筑施工的要求。其具有節(jié)能資源、環(huán)境友好的特性，也是綠色混凝土的發(fā)展方向之一。

　　5.混凝土制備與施工新技術(shù)[Page]

　?。?）攪拌

　　由于混凝土新技術(shù)的涌現(xiàn)，也帶來一些新問題，一個(gè)突出的問題是多元組分、低水膠比與低用水量拌合物在短時(shí)間里的充分?jǐn)嚢?，如今國?nèi)大部分人還存在“延長攪拌時(shí)間可以使拌合均勻”的誤區(qū)，但是在事實(shí)上，可續(xù)的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐證明剪切作用差的攪拌機(jī)再延長時(shí)間也難以達(dá)到均勻分布的效果，而且還有加劇拌合物溫升，對混凝土性能發(fā)展很不利的副作用。

　　（2）養(yǎng)護(hù)——內(nèi)養(yǎng)護(hù)

　　混凝土另一個(gè)突出的問題，是早期收縮的增大容易導(dǎo)致開裂，而最有力的改善措施，是盡早對剛澆注的混凝土進(jìn)行濕養(yǎng)護(hù)（噴霧而不能灑水），雖然其在混凝土的上表面較為容易操作，但側(cè)面養(yǎng)護(hù)就很困難，因此開發(fā)出了預(yù)濕輕骨料、添加高倍吸水劑等新技術(shù)，其與傳統(tǒng)的長時(shí)間澆水養(yǎng)護(hù)相比，不僅效果明顯改善，而且節(jié)水作用突出。

　　三、混凝土新發(fā)展——可持續(xù)發(fā)展

　　混凝土產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展包括三層內(nèi)涵：節(jié)約混凝土原材料包括水泥等；混凝土研究與實(shí)踐整體論；提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。在今后新的建筑結(jié)構(gòu)要盡量少用混凝土；混凝土要盡量少用水泥；水泥要盡量少用熟料；在今后20年里，以上三個(gè)辦法是建材行業(yè)降低碳排放的主要工具，其凈效應(yīng)將節(jié)約 50%的熟料。

　　四、水泥企業(yè)快速發(fā)展混凝土產(chǎn)業(yè)的幾點(diǎn)建議

　　1.重視骨料的品質(zhì)

　　通常骨料要占混凝土體積的70％以上，因此骨料的品質(zhì)是決定混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)，但目前全國許多地區(qū)骨料的資源短缺，甚至接近枯竭，質(zhì)量得不到保證，尤其表現(xiàn)在含泥量高、級配不好。

　　因此，建議在有條件的企業(yè)購置粗骨料的細(xì)碎設(shè)施，以增加5～10mm顆粒，減小孔隙率；生產(chǎn)機(jī)制（人工）砂，以保證混凝土生產(chǎn)的質(zhì)量及其穩(wěn)定性。

　　2.重視水泥品質(zhì)的穩(wěn)定性

　　現(xiàn)今水泥品質(zhì)波動(dòng)的主要表現(xiàn)，是在進(jìn)入攪拌機(jī)時(shí)或者溫度很高（散裝運(yùn)輸），或者剛出磨機(jī)不久（新鮮態(tài)），引起混凝土用水量陡然增大，有時(shí)即使多加30～40kg/m3水，拌合物仍然很干澀，嚴(yán)重影響新拌與硬化后的性能。

　　一些水泥廠這種現(xiàn)象尤為突出，每年的初春都會(huì)出現(xiàn)一段時(shí)間配合比怎么調(diào)也不好的現(xiàn)象。

　　3.重視混凝土用水量的控制

　　除混凝土組分的影響外，加水設(shè)施對用水量的影響也十分顯著。檢測表明：國內(nèi)攪拌樓用水量波動(dòng)在15～20kg/m3甚至更大，而用水量對混凝土性能的影響超過水泥品質(zhì)波動(dòng)帶來的影響。

　　4. 重視水泥、外加劑與礦物摻和料的相容性

　　水泥、外加劑和礦物摻合料的相容性直接關(guān)乎混凝土的質(zhì)量，而很多小的攪拌站對相容性重視不夠，造成了諸多隱患，這也是產(chǎn)業(yè)發(fā)展中值得重視的一個(gè)問題。

　　5.重視環(huán)境條件變化的影響

　　澆注溫度受環(huán)境影響顯著，而它對混凝土各項(xiàng)性能有非常重要的影響，所以在配制和生產(chǎn)混凝土?xí)r，必須考慮混凝土澆注時(shí)環(huán)境條件的變化，例如在降溫時(shí)應(yīng)及時(shí)調(diào)整配合比（尤其是外加劑摻量），否則有可能釀成事故。