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論現(xiàn)代混凝土對(duì)水泥性能的要求

發(fā)布時(shí)間：2022-08-31

混凝土礦物摻和料應(yīng)用技術(shù)交流會(huì)之后，一種別樣的感覺油然而生，深感作為水泥技術(shù)人員對(duì)現(xiàn)代混凝土的發(fā)展，是如此地不了解、不協(xié)調(diào)、不適應(yīng)，甚至發(fā)現(xiàn)過去對(duì)混凝土的傳統(tǒng)看法和良好愿望，竟然與這種發(fā)展相背而馳。而且筆者還相信，在閱讀和了解了這些現(xiàn)代混凝土理念和技術(shù)的重大進(jìn)步之后，這種感覺決非為我個(gè)人所獨(dú)有。那么什么是現(xiàn)代混凝土呢？它是以低水膠比、低水泥用量、低單位體積用水量為主要技術(shù)特性的混凝土，它是在***利用***減水劑和大摻量礦物摻和料的基礎(chǔ)上獲得的混凝土，是當(dāng)今混凝土技術(shù)的發(fā)展方向。由于現(xiàn)代施工方法的改變，大流態(tài)混凝土成為現(xiàn)代混凝土的主體。為此，混凝土作為多組分平臺(tái)，不只要從系統(tǒng)角度對(duì)***組分的作用重新認(rèn)識(shí)，而且對(duì)其中的粉體——膠凝材料更要有嶄新的認(rèn)識(shí)，因?yàn)榛炷林行枰a(chǎn)物填充的空隙已經(jīng)大大減小，為了達(dá)到同樣的混凝土強(qiáng)度，無須再追求凝膠的數(shù)量，也不必對(duì)膠凝材料的活性過分苛求。本文對(duì)此展開討論。1制作混凝土要從耐久性出發(fā)1.1混凝土強(qiáng)度對(duì)水泥的依賴程度變小盡管現(xiàn)代混凝土對(duì)強(qiáng)度等力學(xué)性能有基本要求，但它的關(guān)鍵性能已從著眼于強(qiáng)度，轉(zhuǎn)移到耐久性的長遠(yuǎn)目標(biāo)上來。因?yàn)榛炷翉?qiáng)度高并不一定耐久性就長；相反，強(qiáng)度越高的混凝土由于缺乏整體彈性，反而容易開裂，導(dǎo)致建筑物使用壽命的縮短。過去水泥人對(duì)混凝土耐久性也略知一二，無非是要求***抗凍性能、抗?jié)B性能、抗碳化性能、抗硫酸鹽侵蝕及抗堿骨料反應(yīng)等，而且還認(rèn)為要具有這些性能，只有提***標(biāo)號(hào)、降低有害元素含量就是出路。實(shí)際上，即便達(dá)到上述這些指標(biāo)，混凝土也不見得耐久性就好。為此，水泥企業(yè)一定要對(duì)單純追求強(qiáng)度的觀念徹底更新，不能再將生產(chǎn)高標(biāo)號(hào)水泥引以為自豪，當(dāng)作弦耀質(zhì)量優(yōu)異的資本，甚至不惜增加電耗磨細(xì)水泥（***比表面積）、或添加助磨劑等辦法實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。有些企業(yè)為了***低需水量的要求，不是從改善熟料晶相組成及粉磨粒徑控制上想主意，卻從摻入減水劑中尋求出路，反而增大了攪拌站試配的難度……。***這些，都表明水泥制造者已經(jīng)走入了誤區(qū)。為了耐久性的***，我們至少應(yīng)當(dāng)將防止混凝土開裂，作為***水泥性能的基本課題。盡管開裂的原因不只來源于水泥，但依靠磨細(xì)產(chǎn)品***高標(biāo)號(hào)的工藝，就是導(dǎo)致混凝土開裂的原因，而且必將帶來水化熱過高、后期強(qiáng)度過低等一系列劣質(zhì)性能。有一個(gè)真實(shí)的故事，可以說明“追求強(qiáng)度”在行業(yè)中是司空見慣的。在新疆一個(gè)有六十余年歷史的老水泥廠，由于沒有跟上技術(shù)進(jìn)步的步伐，裝備已經(jīng)陳舊落后。盡管如此，年他們?yōu)槟秤脩舫晒ιa(chǎn)了52.5號(hào)水泥，為此，該廠興高彩烈地準(zhǔn)備申請(qǐng)?jiān)谏a(chǎn)許可證上增加高標(biāo)號(hào)品種�？烧�(jīng)辦人員的答復(fù)卻是：“你們現(xiàn)在的裝備都已在國家規(guī)定淘汰之列，不讓你們立即停產(chǎn)就不錯(cuò)了�！眹樀迷撈髽I(yè)再不敢提及此事。這就是當(dāng)前從管理到生產(chǎn)，全行業(yè)對(duì)待產(chǎn)品質(zhì)量的縮影：生產(chǎn)者***感興趣的是用戶的高標(biāo)號(hào)要求，并以此表明自己的水平；而管理者則以裝備規(guī)格大小，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量說事……。上上下下都在與混凝土性能的發(fā)展嚴(yán)重脫節(jié)，但似乎都還是那么一本正經(jīng)地履行職守。再退一步說，即便混凝土需要強(qiáng)度，也已經(jīng)用不著完全依賴于水泥。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)外摻料細(xì)磨后，也會(huì)依靠顆粒間界面的范德華力增加強(qiáng)度；更何況在減水劑作用下，不僅***了混凝土施工對(duì)流動(dòng)度的要求，而且由于大幅降低混凝土的水膠比，必然大幅減少拌合物中留下的空隙，這種增強(qiáng)渠道才是溯本追源，它并不亞于水泥水化膠合物的充填作用。因此，水泥生產(chǎn)者更應(yīng)關(guān)心混合材與熟料粉磨后的粒徑組成，盡量減少水泥不合理粒徑組成為混凝土帶來的孔隙。對(duì)比當(dāng)今水泥企業(yè)控制水泥質(zhì)量仍張口閉口以篩余、比表面積說事，且不說觀念陳舊所帶來的盲目，與當(dāng)前物料粒徑組成的檢驗(yàn)技術(shù)相比，業(yè)已如此落后，如果從***混凝土性能的目標(biāo)相比，更有如南轅北轍。正是由于減水劑的使用，當(dāng)混凝土的水膠比越發(fā)低于0.5時(shí)，就能大幅縮減混凝土中水泥的用量，這不僅降低了混凝土的成本，而且這樣才可能降低需水量。水化熱降低，有利于減少混凝土開裂的可能，極大地***混凝土的關(guān)鍵性能——耐久性。如此看來，原來混凝土中***小水泥用量的規(guī)定，現(xiàn)在不僅沒有積極意義，反倒成為阻礙混凝土技術(shù)進(jìn)步的障礙。由此覺得“廢除某些水泥標(biāo)準(zhǔn)便可以緩解水泥供大于求”的決策有些可笑，簡直不能與混凝土節(jié)能減排的大手筆——減少水泥用量相比。1.2外摻料發(fā)揮的作用越來越大在對(duì)待外摻料態(tài)度上，現(xiàn)代混凝土有了翻天覆地的變化，以前，不論是水泥工作者，還是混凝土工作者，都以為摻加混合材就是為了降低成本，是一種變相的“摻假”。然而，現(xiàn)在外摻料的正確添加，已經(jīng)成為***水泥、混凝土性能中不可少有的手段。以粉煤灰的添加為例，過去總是在***考慮水泥和骨料的特性基礎(chǔ)上，如何按照等量或***量替代計(jì)算其摻量，而且常以試驗(yàn)室固定水膠比的試驗(yàn)配方為指導(dǎo)。在這種單一線性關(guān)系的分析方法中，即使摻量不大，與不摻的混凝土相比，28 d以上齡期的養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度都會(huì)降低，收縮增大，抗碳化、耐磨耗等耐久性指標(biāo)也隨之明顯下降。因此多摻粉煤灰，就成了摻假的代名詞，只有限制摻量了事。但實(shí)踐已證明，現(xiàn)代混凝土使用***及復(fù)合減水劑后，大幅降低拌合物的水膠比，通過大摻量粉煤灰（50%），反而極大地***了現(xiàn)實(shí)中混凝土的施工性能及使用性能。這說明，只有從整體角度分析影響因素時(shí)，才會(huì)重視水膠比這個(gè)影響強(qiáng)度的***敏感的因素。此時(shí)需要用“壓實(shí)因數(shù)”作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，而不應(yīng)再延用“等坍落度值”作為配比設(shè)計(jì)依據(jù)，后者只能評(píng)價(jià)拌合物剪切極限，而反映不出其塑性粘度的變化。甚至應(yīng)當(dāng)將粉煤灰視為獨(dú)立組分計(jì)算配料，因?yàn)橐环矫嬖诎韬衔锛铀跗�，粉煤灰�?duì)水分有吸附作用，有利于補(bǔ)充水泥在繼續(xù)水化過程中不足的水，起到“內(nèi)養(yǎng)護(hù)”作用；另一方面，粉煤灰水化速度慢，可以降低水化熱，緩解混凝土施工中溫升較快的傾向，減小了混凝土構(gòu)件的體積變化，有利于防止構(gòu)件的開裂。從這種概念出發(fā)，說明當(dāng)前粉煤灰的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)并不恰當(dāng)，不僅不利于所謂低等級(jí)粉煤灰的利用，還不能準(zhǔn)確表現(xiàn)粉煤灰對(duì)水膠比的影響，反而錯(cuò)失了它改善混凝土性能的機(jī)會(huì)。對(duì)照當(dāng)今水泥行業(yè)中對(duì)混合材使用的研究，在近年相關(guān)雜志發(fā)表的論文中，盡管先驅(qū)者也在考慮讓它與熟料的粒徑組成能合理組配，但更多看到的卻仍是纏綿于混合材在水泥中的化學(xué)活性作用，而且還無法擺脫0.5的標(biāo)準(zhǔn)水灰比試驗(yàn)驗(yàn)證。我們的不少標(biāo)準(zhǔn)仍是過多糾纏在對(duì)材料組成、生產(chǎn)過程的指令性指標(biāo)上，而不是加強(qiáng)性能型指標(biāo)的規(guī)定，比如控制各類水泥中混合材的加入量，就與混凝土要規(guī)定水泥的***少摻用量一樣。這種習(xí)慣性思維，不僅嚴(yán)重束縛了混合材對(duì)混凝土質(zhì)量的貢獻(xiàn)，還會(huì)導(dǎo)致大量所謂劣質(zhì)混合材的無法使用。實(shí)際上，為了混凝土的耐久性，抗氯離子滲透性能、抗凍性能試驗(yàn)、抗硫酸鹽侵蝕性能等都是經(jīng)常要求的指標(biāo)。而礦粉及粉煤灰的分別摻加，或復(fù)合摻加，只要有合理的配比，并取代水泥，都會(huì)使這些性能得到***。當(dāng)摻量較大時(shí)（一般不***過50%），對(duì)它們的改善程度越高。外摻料種類繁多，完全可以因地制宜，除貫用的粉煤灰、礦渣粉外，石灰石粉等材料也日益得到青睞，而且摻量在粒徑合理時(shí)可大幅增加，以代替水泥用量。當(dāng)今混凝土協(xié)會(huì)下都設(shè)有不同的外摻料分會(huì)，就足以說明外摻料對(duì)混凝土性能的重要性。對(duì)于不同種類的外摻料要有不同摻量設(shè)計(jì)，尤其復(fù)合使用后，會(huì)獲得更好效果。對(duì)此，水泥企業(yè)要將自身混合材的選用與配料，與混凝土企業(yè)聯(lián)手，進(jìn)一步合作尋找將水泥混合材與混凝土外摻料統(tǒng)一計(jì)算配方的途徑，研制并生產(chǎn)***的外摻料，才是成為兩個(gè)行業(yè)走向共贏的重要渠道。1.3對(duì)骨料的要求在變隨著優(yōu)質(zhì)河砂資源的枯竭，機(jī)制砂正在成為現(xiàn)代混凝土生產(chǎn)的主要砂源，因此，對(duì)骨料質(zhì)量的研究及要求將會(huì)實(shí)現(xiàn)跨躍性***。骨料要求的重點(diǎn)將是粒徑比及粒形合理，它是關(guān)系水泥用量及混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而不是曾被想像的那樣骨料的硬度越高越好，相反，過硬的骨料反倒會(huì)破碎成更多片狀、條狀等不理想粒形，也易形成級(jí)配不合理，粗、細(xì)顆粒都偏多的呈啞鈴型組成，它們只能制造漿體較多、用水量較高的混凝土。因此，凡是要想向骨料生產(chǎn)線發(fā)展的水泥企業(yè)，就應(yīng)該重視這些標(biāo)準(zhǔn)，重新審視與選擇骨料的來源。2混凝土施工性能與產(chǎn)品性能的***性混凝土為了要求耐久性，還必須先***它的施工性能�？梢韵胂�，如果沒有和易性做保障，就無法保證混凝土的均勻密實(shí)成型，水膠比雖低了，但強(qiáng)度并不一定高，耐久性也并不一定好。反之，如果中低強(qiáng)度混凝土施工不接受對(duì)坍落度較低的控制，就難以增加粉體用量，前述的***性能也必將難以實(shí)現(xiàn)。獲取高施工性能的關(guān)鍵之一是，***水泥與外加劑的相容性，即在盡可能少使用外加劑的情況下，同樣的需水量，混凝土就能獲得足夠的流動(dòng)性、泵送性。因此，水泥企業(yè)需要開展與用戶使用相對(duì)應(yīng)的外加劑相容性的檢驗(yàn)和控制，而且要做與攪拌站實(shí)際水灰比條件下的相容性，而不能只按標(biāo)準(zhǔn)水灰比進(jìn)行。如果用0.5標(biāo)準(zhǔn)水灰比檢測外加劑的質(zhì)量，并不能表明水泥在混凝土中與外加劑相容的實(shí)際水平。只有用實(shí)際水灰比檢測，才可能為混凝土控制質(zhì)量創(chuàng)造條件。水泥走向市場的這種必要性，雖然已被不少同行所認(rèn)識(shí)，明確它已不再是可有可無的檢驗(yàn)項(xiàng)目，但在摸索水泥生產(chǎn)環(huán)節(jié)中如何***相容性，仍有相當(dāng)長的路要走。獲取高施工性能的關(guān)鍵之二是，應(yīng)該重視粉體的作用。粉體所具有的優(yōu)良需水特性，及應(yīng)該有合理顆粒級(jí)配，而不是過高的活性，尤其不要求早期的高活性，才能為混凝土施工創(chuàng)造更好的條件�？梢赃@樣理解，只有早期的低活性，才表現(xiàn)需水量小，才有可能表現(xiàn)為良好的***細(xì)填料行為，才能與水泥顆粒共同構(gòu)成合理的膠凝材料。因此，那種石灰石粉料或與質(zhì)量并不理想的粉煤灰按比例配制的新型礦物摻和料，都將是更受歡迎的增加混凝土和易性的材料。這個(gè)結(jié)論與對(duì)水泥生產(chǎn)中一直摻用石灰石粉的認(rèn)識(shí)所不同，以為摻用石灰石粉僅僅是一種降低成本或追求早強(qiáng)的惰性混合材，這種認(rèn)識(shí)實(shí)在是過于膚淺。由于石灰石粉表面能較低，易于分散，達(dá)到同樣流動(dòng)性時(shí)需水量可減少，而***細(xì)石灰石粉更表現(xiàn)出優(yōu)異的減水增塑效果，在低中強(qiáng)等級(jí)混凝土中，它能在同樣坍落度時(shí)單位體積用水量明顯減少；而對(duì)高強(qiáng)等級(jí)混凝土，它可以使其粘度顯著降低，同樣有利改善流動(dòng)性。應(yīng)該明確，石灰石粉不完全是一種惰性混合材料，后期可以生成三碳水化鋁酸鈣和單碳水化鋁酸鈣；早期具有一定的促進(jìn)水化的加***應(yīng)，一定摻量下對(duì)早期強(qiáng)度影響不大；又由于不是自身水化，混凝土水化溫升并不高。***這種特性再次說明，將***粉體作為膠凝材料統(tǒng)一對(duì)待才是明智之舉；對(duì)這些特性的應(yīng)用也說明，沒有放之四海而皆準(zhǔn)的***材料，只有合理利用它的特性為我所用的先進(jìn)理念。3混凝土對(duì)水泥性能的高要求水泥人必須清楚，現(xiàn)代混凝土對(duì)水泥強(qiáng)度的依賴程度大幅降低，32.5號(hào)水泥照樣可以輕松配制C60混凝土。今后，混凝土將以水泥性能的穩(wěn)定性、產(chǎn)品的均質(zhì)程度、對(duì)外加劑的相容性好等標(biāo)準(zhǔn)，作為區(qū)別水泥性能優(yōu)劣的關(guān)鍵�？梢灶A(yù)測，未來這些性能不佳的42.5號(hào)水泥，其售價(jià)將很難比性能俱佳的32.5號(hào)水泥高，甚至將來可能以出廠水泥主要性能的標(biāo)準(zhǔn)偏差大小來劃分水泥等級(jí)、評(píng)定價(jià)格。穩(wěn)定***這些性能，將是對(duì)每個(gè)水泥企業(yè)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。它決不與企業(yè)規(guī)模大小成正比，相反生產(chǎn)規(guī)模越大，生產(chǎn)均勻性的要求將越高。那些存在這些劣習(xí)的企業(yè)，諸如不能控制或不想控制進(jìn)廠原燃料質(zhì)量穩(wěn)定（比如對(duì)石灰石礦山不開采、讓沒有資質(zhì)的企業(yè)承包開采、購買原材料拚命壓低價(jià)格）的，也不重視使用可靠計(jì)量設(shè)施（不重視在線儀表檢測、仍按盤庫計(jì)算產(chǎn)量、消耗指標(biāo)）的，設(shè)備不能完好運(yùn)行（企業(yè)仍是低價(jià)采購裝備、設(shè)備運(yùn)行仍然依靠維修為主）的企業(yè)，勢(shì)必?zé)o法讓產(chǎn)品進(jìn)入具有穩(wěn)定性能的行列。4結(jié)束語應(yīng)該坦率承認(rèn)，在我國水泥十余年產(chǎn)能的大發(fā)展中，對(duì)高性能水泥的研究并不多，在市場上，也很難見到高性價(jià)比水泥的蹤影，甚至高性能水泥并沒有以高價(jià)售出。***糟糕的是，大家都在比拼壓低價(jià)格的同時(shí)，卻以為水泥已經(jīng)“同質(zhì)化”，在質(zhì)量上不求進(jìn)取，這是理念上的誤區(qū)和差距，它已經(jīng)成為***水泥質(zhì)量的絆腳石，必須盡快更新。當(dāng)然，混凝土行業(yè)自身的技術(shù)如此迅速發(fā)展，并不代表整個(gè)行業(yè)都跟上了這個(gè)脈博，從年吳中偉院士提出高功能混凝土的概念，到現(xiàn)在已有二十余年，仍是在逐步深入的過程中，但畢竟變成了實(shí)踐。據(jù)說***數(shù)千個(gè)混凝土攪拌站，已有企業(yè)在大膽嘗試生產(chǎn)高性能混凝土，盡管為數(shù)不多。因此，水泥行業(yè)當(dāng)下的不理解還不必過分責(zé)備，也還有情可原，但是能被諒解的時(shí)間不會(huì)太長。因?yàn)檫@將是水泥與混凝土行業(yè)節(jié)能減排帶有方向性的進(jìn)步，過去的工藝認(rèn)識(shí)，讓我們多耗能而并未得到高質(zhì)量的歷史，隨著***領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，必然會(huì)被改寫�？梢灶A(yù)言，有了值得追求的新技術(shù)、新思路，對(duì)此技術(shù)發(fā)展理解的速度與深度，既是對(duì)混凝土行業(yè)，也是對(duì)水泥行業(yè)的又***大浪淘沙，那些不肯理解者，在當(dāng)今水泥、混凝土已遠(yuǎn)供大于求的市場中，勢(shì)必被無情淘汰。