水泥的品质和混凝土质量的关系
　　关键字:水泥品质-抗裂性-含碱量&
　　摘要:在传统上，混凝土是按强度进行设计，对混凝土的质量的最终标准主要是强度。因此混凝土生产者对水泥品质的要求也是强调强度；强度越高的水泥被认为质量也越高。如此的发展，造成近年来混凝土结构出现裂缝尤其是早期开裂的现象日益普遍。其原因很复杂。单从水泥来说，比表面积、矿物组成中C3A、C3S、碱含量的增加，热水泥的出厂，都增加了开裂的敏感性，降低了流变性能，是原材料中影响混凝土质量主要原因。应当把抗裂性作为水泥品质的重要要求，并限制出厂水泥的温度。&
　　水泥和混凝土的关系，可以比作食物和人的关系。食物被人消耗之后，应当变为组成人身体的各种必需的组分，不论近期还是长期都不应有什么有害的影响。并不是所有的人都清楚地知道自己应当对食物有什么要求。如果没有科学指导，那么双方都可能产生盲目性。水泥的强度，尤其是早期强度越来越高，虽然也是生产技术进步的一种表现，但也是一种盲目性追求市场的结果&&即混凝土强度不断提高的要求。在传统上，由于人们对工程质量的所注重的就是强度，自然对水泥的要求也主要注重强度。尽管由于混凝土的耐久性问题开始显现，人们开始重视混凝土结构物的耐久性，但在实践中仍然把强度作为混凝土质量要求和验收的标准。尤其近两年来，混凝土施工中高效减水剂与水泥相容性不好的问题发生得比过去更多，地下连续墙和楼板甚至大梁开裂问题频频发生。其原因很复杂，涉及多方面，包括开发商、业主、建筑设计和结构设计、材料、管理。这些问题将另议。现但就材料本身来说，混凝土的质量不只是配合比的问题。配合比是与原材料性质相匹配的，质量差的原材料也很难作出高质量的配合比。因此有必要也从原材料找找原因。
　　暂不论骨料的品质，在原材料中，影响混凝土抗裂性的主要因素则是水泥。购进水泥时只检验强度（当然有时还可能复验一下凝结时间）是不能判断水泥对混凝土抗裂性影响的。如图1所示为两个不同厂家生产的相同品种水泥，B厂水泥的混凝土在约束条件下由于自收缩而产生较大的拉应力，使其对开裂敏感；A厂的水泥则应稍有膨胀而由较小的约束应力，抗裂性较好〖1〗。因此水泥的研究者和生产者应当除了关心按现行水泥标准规定的水泥性质外，更加关心水泥在混凝土中的行为，即对混凝土抗裂性能的影响。
　　这种现象主要是随着水泥强度不断提高后才发生的。不同水泥厂家采用了不同的方法满足强度（尤其是早期强度）的要求，例如提高比表面积，增加C3S、C3A的含量等，我国有的水泥厂甚至还采用一些什么&增强剂&之类的措施（注意正像一些食品添加剂，短期无害，长期不一定安全）。由于建筑业的需求，现代水泥的组成和细度发生了很大变化〖2〗。美国从1920年到1999年，70年中水泥和混凝土主要参数的变化的趋势是水泥中C3S含量从35％增加到50～60％，比表面积从220cm2/kg增加到340～600m2/kg，混凝土的水灰比从0.56～0.8增加到0.26～0.56〖2〗。水泥的7d抗压强度增长了几乎2.5倍〖3〗。近年来国外许多专家根据实际调查研究，对这种趋势提出了批评，指出当前混凝土结构不断增多的过早劣化现象主要原因是与此趋势有关。&20世纪混凝土业为满足越来越高的强度要求，不可避免地违背了材料科学的基本规律，即开裂与耐久性之间存在的密切关系。为了实现建设可持续发展的混凝土结构这个目标，有必要更新一些观念和建设实践。&〖3〗
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现代混凝土需要什么样的水泥_图文
导读：水泥CEMENT，现代混凝土需要什么样的水泥，指导着传统混凝土配合比的设计，混凝土２８ｄ抗压强度与水泥强度成正比，于是给水泥生产者的信息就是“需要提高水泥强度”，欧美国家水泥中，用户对产品的需要是随着客观世界的发展和自身的认识而变化的，未必都了解其自身的实际需要，水泥和混凝土也存在这样的问题，硅酸盐水泥和混凝土在问世后的早期，相对于工程建设发展的需要，水泥细度从２２０ｍ２／ｋｇ到现今的３４０～
２００６．Ｎｏ．９
水泥　CEMENT
现代混凝土需要什么样的水泥
廉慧珍１，韩素芳２
（１．清华大学土木水利学院，北京
中图分类号：ＴＱ１７２．１
文献标识码：Ｂ
１０００８４；２．中国建筑科学研究院，北京１０００１３）
文章编号：１００２－９８７７（２００６）０９－００１３－０６
１问题的提出
产品为用户服务，这是商品经济的铁律。但“服
指导着传统混凝土配合比的设计。Ｂｏｌｏｍｙ公式明确表明，混凝土２８ｄ抗压强度与水泥强度成正比，与水灰比倒数成正比。于是给水泥生产者的信息就是“需要提高水泥强度”。２０世纪２０年代，欧美国家水泥中
务”并不是简单的“你要什么我卖什么”，而是要为用户的根本利益着想。用户对产品的需要是随着客观世界的发展和自身的认识而变化的。但是认识往往滞后于实践。对于用户个体或个别群体的人来说，由于认识水平的差异，未必都了解其自身的实际需要，产品生产者常会受到用户无意间的误导。作为两个独立生产和经营的行业，水泥和混凝土也存在这样的问题。
由于生产工艺的限制，硅酸盐水泥和混凝土在问世后的早期，相对于工程建设发展的需要，强度问题突出。众所周知，Ｂｏｌｏｍｙ灰水比定则近１００年来一直
Ｃ３Ｓ约为３５％，如今达５０％～７０％；水泥细度从２２０ｍ２／ｋｇ到现今的３４０～６００ｍ２／ｋｇ［１］；图１是美国从１９２０
年到１９９０年７０年间水泥７ｄ抗压强度提高的情况［２］。
我国水泥在３０年前最高强度（ＧＢ１７５―６３）相当于２０世纪末的４２５号（ＧＢ１７５―９２），相当于目前的３２．５级；相同水泥的标称强度下降了，实际强度是相当的；标称强度相同的水泥，如果用３０年前的水灰比检测，则现在我国水泥２８ｄ抗压强度提高了约２０ＭＰａ。水泥
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前分析，随矿渣取代熟料量的增加，浆体中自由水量呈增大趋势，因而浆体的泌水量也就随之增大，如图
终止。随水泥水化作用的进行，水化产物不断填充于粒子间的空隙中。水化产物的生成，使浆体中化学结合水量和吸附水量都增加，而自由水量相应减少，能泌出的水量则减少。此外，随着浆体中大量不易沉降的微小的水化产物粒子将易沉降的未水化水泥颗粒连接成巨大而又疏松的凝聚结构网络，抵御水泥颗粒沉降的能力也在增大。基于这两方面的原因，水泥水化速度越快，浆体终止泌水的时间则越早。随水泥中矿渣取代熟料量的增加，水泥的水化速度减慢，自由水量减少的速度及凝聚结构网络形成速度都减慢，浆体终止泌水的时间就延长，而矿渣细度增大使水化速度加快，则使浆体终止泌水的时间缩短。
１所示；当矿渣比表面积增大时，自由水量将减小，从
众所周知，矿而导致泌水量也减小，与图２结果相符。
渣水泥存在的一个缺点就是泌水量大，尤其当矿渣掺量较高时，过大的泌水性将严重影响材料的性能，如表面起砂等。根据本文的分析，这种现象的产生可能就是由于矿渣的颗粒形貌所导致的。当矿渣颗粒比表面积不够大时，矿渣颗粒呈棒状，棒状的颗粒容易相互搭接，使浆体中粒子的团聚程度增大，由于部分自由水被封闭，为达到要求的流动度，要求的成型水量就增加了。自由水量的增加，导致了较大的泌水量。在矿渣掺量一定的条件下，如果增大矿渣的比表面积，随矿渣颗粒圆度系数的提高，由于浆体中粒子之间团聚程度减小，被封闭的自由水量减少，成型需水量就减少，浆体中自由水量减少，浆体的泌水性将得到有效改善。
试验中发现，浆体终止泌水的时间随水泥中矿渣取代熟料量的增加而延长，而在相同取代量的条件下，浆体终止泌水的时间随矿渣细度的增大而缩短。
水泥浆体的泌水一直要持续到水泥浆体达到足够的硬度得以阻止固体颗粒在重力作用下的沉降才
在本试验条件下，掺入相同比表面积的矿渣时，
随矿渣掺加量的增多，水泥浆体的流动度减小，泌水量增大；随矿渣比表面积的增大，水泥浆体的流动度增大，而泌水量减小。这种现象的产生与矿渣的颗粒形貌有关，粉磨时间相同的条件下，矿渣颗粒的圆度系数比熟料小得多，但随粉磨时间的延长，矿渣颗粒的圆度系数增大。矿渣的颗粒形貌影响新拌水泥浆体的微观结构，从而导致了浆体工艺性能的变化。
水泥ＣＥＭＥＮＴ２００６．Ｎｏ．９
的水灰比越大，早期强度与后期强度的比值（例如３ｄ／２８ｄ或７ｄ／２８ｄ）越小，而我国现行水泥标准在检测水
泥强度的水灰比增大后，对水泥３ｄ标称强度的规定却仍与修订前水灰比较低时的一样，因而实际上的早期强度提高得更多。不断提高水泥强度的技术路线主要是增加Ｃ３Ｓ和Ｃ３Ａ和提高比表面积。那些技术力量达不到要求的水泥厂增加Ｃ３Ｓ和Ｃ３Ａ有困难，则主要依靠提高比表面积和想方设法在水泥中添加按标准检测不出来的什么“增强剂”。由于行业的隔离，生产者和使用者都不知道这些措施对混凝土会产生什么后果。相互不了解，自己对自己也不了解，以至于互相误导。工程中发生问题时很少能从根本上找出原因。
１９２０～１９９０年美国水泥７ｄ抗压强度的增长［２］
互相以强度为第一需求误导的结果是，水泥中高强和早强组分越来越多，比表面积由于没有上限而越来越大，水化热越来越大，抗裂性、
抗腐蚀性越来越差，混凝土强度的后期增长率下降甚至倒缩，作为混凝土的主要组分，严重影响了混凝土结构抵抗环境作用的耐久性能。
不同水泥配制的混凝土在室外暴露５０年后强度变化
美国的Ｗｉｔｈｙ分别于１９１０、１９２３和１９３７年成型了５０００多个水泥净浆、砂浆和混凝土试件，在室外暴露，１９７５年由Ｗａｓｈａ和Ｗｅｎｄｔ发表了暴露试验的结果如图２所示［１］
。图２表明，用７Ｍ水泥配制的混凝
土５０年后抗压强度达到５２ＭＰａ，而用Ｉ型水泥（当时的快硬水泥）配制的混凝土１０年后强度开始倒缩；
１９３７年按快硬水泥生产的Ｉ型水泥与现今水泥的平
均水平很相似。Ｌｅｍｉｓｈ和Ｅｌｗｅｌｌ１９９６年在对依阿华州劣化的公路路面钻芯取样的一项研究中，也发现
１０～１４年强度倒缩而得出结论：性能良好的混凝土与
其强度增长慢相关［１］。
此外，水泥厂目前所采取提高水泥强度的技术路线还导致混凝土使用上的困难。这是造成目前水泥产品不能满足用户要求更直接的原因。而水泥厂却从另一方面误解了混凝土的需求。某些水泥科技人员不了解当前供需关系的症结所在，误以为混凝土掺矿物掺和料后强度会下降，应当生产更高强度的水泥来提供混凝土增大矿物掺和料用量的条件，因此仍然执意于继续提高硅酸盐水泥的强度。
面临可持续发展的挑战，水泥和混凝土双方能否转变思想方法和传统观念，互相沟通、互相了解、互相支持、共同前进，已经关系到我国工程建设长久大计。出现当前水泥和混凝土双方的矛盾，主要原因在于近
１００年来，尤其是最近十几年，混凝土结构工程技术
有很大的变化和发展，而水泥则主要是因工艺上的进
步促使高强和早强组分的不断增加、强度的不断提高。思维方法和观念依然陈旧，尚未从计划经济年代真正转变到市场经济社会中来，不了解因而不能为最终用户──建设工程的根本利益服务。
为了使本来应当是一家的水泥和混凝土互相了解、和谐相处，共同进步，在此提供一些双方的信息和观点，一己之见，欢迎讨论。
现代混凝土的特点及其存在的问题
现代混凝土的特点
１８５０年法国人取得钢筋混凝土专利以后，使混
凝土在结构构件中得以物尽其用，是混凝土应用技术的第一次飞跃；１９２８年法国的Ｅ．Ｆｒｅｙｓｓｉｎｅｔ发明预应力锚具是混凝土应用技术又一次的飞跃性发展；就混凝土材料本身来说，１９１８年美国的Ｄ．Ａｂｒａｍｓ提出著名的水灰比定则，使混凝土的配合比选择和制备工艺有了依据，成为混凝土技术发展的第一个里程碑；直到化学外加剂特别是超塑化剂（高效减水剂）的大规模
使用后，大大改变了混凝土的配制、性能和工艺。高效减水剂使混凝土能在比检测水泥强度所用低得多的水灰比下达到比水泥强度高得多的强度，而施工性能却很好，改变了传统上混凝土的强度不能高于水泥强度而依赖于水泥强度的规律。
水泥强度对混凝土的强
２００６．Ｎｏ．９
廉慧珍，等：
现代混凝土需要什么样的水泥
度不再起主导作用，水泥的性质也不再代表混凝土的性质。由此带来现代混凝土的特点如下：
１）工厂化的集中生产。
区别于传统上分散在工地现场拌制和吊斗浇筑的塑性混凝土，现代混凝土首先在工艺上是在工厂集中预拌，输送至现场泵送浇筑，因此需要很好的施工性能，目前的预拌混凝土的坍落度普遍较大。
２）使用外加剂。
不依靠水泥的品种而用外加剂进行改性已越来越普遍，例如对需水性、凝结时间、强度发展、变形性质、含气量等。特别是高效减水剂改变了水泥本身的流变性能。
３）较低的水胶比。
由于矿物掺和料对混凝土强度的贡献显著依赖于水胶比，则当混凝土水胶比≥０．５时，掺和料的作用不能得以发挥。因此除了不考虑耐久性的结构，常用的Ｃ３０、Ｃ４０混凝土水胶比一般都低于０．５。较低水胶比和较大坍落度造成混凝土较大的水泥（胶凝材料）用量。
４）掺用矿物掺和料。
为了降低现代高强度水泥及其较大用量造成的混凝土内部较高温升，也由于可持续发展战略的需要，矿物掺和料已逐渐成为现代混凝土必需的组分，而且有加大掺量的趋势──尤其是用于混凝土结构耐久性的设计，矿物掺和料是必需的组分，而且掺量要大于２０％［３］。加拿大已将大掺量矿物掺和料（粉煤灰和矿渣）列入２００４年１２月颁布的混凝土规范［４］，其中粉煤灰和矿渣单掺时最低掺量分别为３０％和３５％，没有上限。
２．２存在的问题
任何事物都有其利必有其弊，现代混凝土是水泥
和混凝土技术发展进步的体现，但是在前进过程中难免会出现另一方面的问题，主要表现在以下方面：１）组分多增加了过程控制的复杂性。
在混凝土生产时除了水、水泥、砂、石４种传统材料之外，为了工程的需要，掺入的有机或无机添加物质已成为必需的其他组分，有时外加剂还不止一种，矿物掺和料也不止一种。例如日本的明石大桥所用外加剂包括超塑化剂、引气剂和引气减水剂，胶凝材料使用磨细矿渣、粉煤灰和少量石灰石粉。这无疑增加了原材料管理和上料控制的工作量。近１０年间，在我国，把粉煤灰误用作水泥的事故曾多次发生。
２）现行搅拌机搅拌时间太短存在的匀质性问题。
在搅拌机中添加多种物质，增加质量控制的难度和拌和物匀质性的问题。目前的搅拌时间一般只有３０ｓ，这是大多数搅拌站按购进设备的说明书设定的。实际
上这个搅拌时间原本是针对不用掺和料的传统混凝土设定的，对于掺用掺和料和外加剂、水胶比又较低的拌和物，在强制式搅拌机中搅拌时间至少应达到
１ｍｉｎ以上，否则难以保证匀质性。曾经有施工单位反
映过：为什么预留的掺膨胀剂混凝土试件有的会胀裂？显然这是搅拌不均匀导致膨胀剂在局部过量所造成的。
３）同掺法影响外加剂的效率。
外加剂的掺入方法有以下几种：①同掺法：与拌和水同时掺入。目前我国绝大多数搅拌站都这样使用；②后掺法：在达到现场时掺入；③分次掺法：先掺一部分，隔一段时间后再掺其余部分。效果见图３所示。总掺量相同时，分次掺法比同掺法效果好得多；同掺法想要达到和分次掺法相当的效果时，掺量要加大。绝大多数搅拌站现行将外加剂溶于拌和水一次性掺入的方法是外加剂效率最低的掺法。国外使用外加剂大多采用分次掺入法──例如，初始掺入一半，随后通过安装在搅拌车上测拌和物黏度的传感器控制自动续掺，以保持到达施工现场时拌和物的坍落度。目前在我国难以改变现行外加剂的掺法。
高效减水剂用不同掺入法时拌和物坍落度经时变化
４）大掺量矿物掺和料使胶凝材料中ＳＯ３不足。
矿物掺和料的活性需要ＣａＯ和ＳＯ３激发，故水泥标准规定允许矿渣水泥中ＳＯ３最大掺量可达４％。而在混凝土中使用大掺量矿物掺和料会稀释水泥中的ＳＯ３，掺量越大，ＳＯ３越不足。因此混凝土早期强度低、凝结缓慢、收缩大。如图４所示，矿渣和粉煤灰总掺量为
４０％时，水泥中的ＳＯ３被稀释至１．３％后，砂浆水养护１４ｄ后存放于空气中７６ｄ收缩值达０．０３６％，补充石膏后，同龄期收缩值随ＳＯ３的增加而减少，而且从在
水泥ＣＥＭＥＮＴ２００６．Ｎｏ．９
水中膨胀到随后在空气中收缩的差值（称作膨胀率的落差，低落差对砂浆或混凝土的体积稳定性很重要）也随之减小。图５是矿物掺和料总量５０％时相同流动度砂浆的抗压强度和抗折强度与ＳＯ３掺量的关系。在２０世纪８０年代我国水泥中的ＳＯ３一般都在１．７％左右，现在随着熟料中Ｃ３Ａ的增加，已提高到２．３％左右。在传统上，生产水泥时对石膏的优化主要是为了调节凝结时间，基本上未考虑其他影响。在混凝土中掺入掺和料稀释ＳＯ３的同时当然也稀释Ｃ３Ａ，但是石膏在有掺和料的浆体中的作用并不只涉及Ｃ３Ａ，对大掺量掺和料混凝土凝结时间的影响机理不同于和
Ｃ３Ａ的关系。混凝土中掺和料只要掺量大于２０％，则
ＳＯ３不足的影响就会有表现，掺量越大影响越大。
ＳＯ３含量对砂浆体积稳定性的影响
ＳＯ３含量对砂浆强度的影响
３水泥品质现状对混凝土生产和质量的影响
对混凝土影响的水泥现状主要是：因现行标准不
设强度的上限和比表面积的上限，水泥比表面积太大，早期强度太高而长期增长率低甚至倒缩，实际强度浮动幅度太大；不控制碱含量、氯离子含量；不检测开裂敏感性；无法提供在混凝土中与外加剂的相容性；出厂水泥温度太高，难以控制混凝土结构中的温度应力。
３．１水泥细度的影响
水泥流变性能对混凝土施工性能有重要影响，而
施工性能是硬化后混凝土质量的重要保证。粗细颗粒
级配恰当的水泥，可得到良好的流变性能。水泥中３～
３０μｍ的颗粒起强度增长的主要作用，＞６０μｍ的颗粒
则对强度不起作用，但起稳定体积的作用。因此３～
３０μｍ的颗粒应当约占９０％［５］；＜１０μｍ的颗粒起早期
强度的作用，且需水量大，而其中＜３μｍ的颗粒只起早强作用，因此流变性能好的水泥＜１０μｍ的颗粒应当＜１０％。我国多数水泥的生产则基本上只关心细度，很少注重水泥颗粒的级配。在我国目前多数生产条件下，水泥磨得越细，细颗粒越多，早期强度发展很快，而又很快被耗尽，后期增长余地就会减少。有人认为提高水泥强度最简单的技术就是增加比表面积。近年来许多质检实验室用筛析法检测水泥细度时，大多筛余量都小于３％，甚至没有筛余，水泥比表面积已高达４００ｍ２／ｋｇ。越细的水泥需水量越大，与外加剂相容性越差，水化热越大，开裂敏感性越大。
１）越细的水泥与外加剂相容性越差。
天津雍阳外加剂厂邱汉用该厂生产的萘系高效减水剂ＵＮＦ－５与不同细度的水泥进行相容性试验。用相同水灰比的净浆，改变外加剂掺量，分别于搅拌后５ｍｉｎ和６０ｍｉｎ检测流动度，试验外加剂对不同细度水泥的饱和点、１ｈ后的流动度损失以及使流动度不损失的掺量点。结果见图６。
水泥细度对其与高效减水剂相容性的影响
由图６可见，水泥比表面积为３０１４ｃｍ２／ｇ时，高效减水剂饱和点为０．８％，流动度无损失的掺量为
１．６％；水泥比表面积为３９８２ｃｍ２／ｇ时，高效减水剂饱
和点为１．２％，流动度无损失的掺量为１．８２％；比表面
积为４４４５ｃｍ２／ｇ时，高效减水剂饱和点为１．６％，找不到流动度的无损失点；当水泥比表面积达５０５４ｃｍ２／ｇ时，则高效减水剂饱和点为２．０％，同样找不到流动度
２００６．Ｎｏ．９
廉慧珍，等：
现代混凝土需要什么样的水泥
的无损失点。该试验表明，水泥比表面积的增大，外加剂与水泥的相容性随之下降。
著名水泥化学家Ｔ．Ｃ．Ｐｏｗｅｒｓ早在４０年前就指出过，并非水化越充分的水泥浆体强度越高，因为水泥水化物强度和体积稳定性都比熟料的低。因此需要有一部分未水化颗粒来保持强度和稳定体积［６］，这就是“化学成分通过结构起作用”。水泥比表面积增加后，对砂浆长期抗拉强度的影响更明显，如图７所示［１］。图
７表明，砂浆抗拉强度随水泥比表面积的增加而呈线
性下降，碳化深度总的趋势是随水泥比表面积增大而减小。粗水泥碳化深度大但强度高，可能是表面的碳化对水泥有增强作用。
图７水泥细度对抗拉强度的影响［１］
２）有研究者（Ｈｅａｍ１９４９年，Ｍａｔｈｅｒ１９９３年）报道
粗水泥的渗透性随龄期而下降，表明其具有自愈能力［１］。混凝土抗冻性随水泥比表面积减小而提高（见图
８）可能也和碳化降低渗透性有关［１］。
抗冻性与水泥比表面积的关系［１］
３）过细的水泥具有更大的开裂敏感性，如图９和图１０所示［１］。图９中用收缩开裂环检测水泥开裂的敏
感性，从成型到开裂经过的时间越短，抗裂性越差。从图９可以看出，开裂敏感性随水泥比表面积的增大而增大。在图１０中可见，水泥浆体因干燥而开裂的程度随水泥比表面积增大而严重；水泥比表面积只有
２２０ｍ２／ｋｇ时，混凝土中微裂缝极少；当水泥比表面积增加到４９０ｍ２／ｋｇ时，则混凝土中密布微裂缝。这些肉
眼不可见微裂缝在早期可能是不连通和不开放的，但却是在服役期间受到温度、湿度的反复作用出现可见
裂缝的开裂源，成为侵蚀型介质侵入的通道，影响混凝土结构的耐久性。
水泥细度和开裂敏感性的关系［１］
水泥细度对水泥浆体和混凝土开裂的影响［１］
３．２水泥的强度
任何水泥基材料的强度都是在一定的标准条件
下测得的。如果水灰比、试件尺寸、养护条件、试验方法都相同，则净浆强度高于砂浆强度，砂浆强度高于混凝土强度。然而，事实是水泥强度和混凝土强度的定义不同，也就是检测强度的标准条件不同。在高效减水剂问世之前，由于施工的需要，混凝土的水灰比受到限制，必然大于检测水泥强度的水灰比，因此混凝土强度依赖于水泥强度，混凝土标称强度也必然不会超过水泥的标称强度。现在高效减水剂的使用打破
了这一传统的常规：混凝土的水灰比可以减小到比检测水泥的水灰比低得很多，老规范中“水泥强度应是混凝土强度的１．５～２倍”
的规定已成为历史，现今的３２．５级水泥能配制Ｃ６０混凝土已是现实。
就提高水泥强度的技术路线来看，将近２００年来水泥强度的发展已步入尽头：高强和早强的矿物以及过大的比表面积给混凝土带来的后果已是弊大于利。过去只有水工的大坝混凝土被称为大体积而需要控制温度，而今由于水泥的水化热增大、混凝土水泥用量增多、早期强度提高，最小断面只有２０～３０ｃｍ的构件，其早期开裂也有约６０％来自温度应力。混凝土构
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提示： 水泥在存放时，容易吸收空气中的水分和碳酸气(CO2)，使水泥颗粒表面缓慢水化、硬化，从而降低了自身胶力和强度。如果在潮湿环境中存放，则更容易结成硬块。因而，水泥的储存运输需十分谨慎，在储存运输的过程中不得受潮，更不能雨淋。水泥出厂时的实际强度一般应高于规定的强度等级，存放要求用袋装或专设散装的水泥仓库，
&&& 水泥在存放时，容易吸收空气中的水分和碳酸气(CO2)，使水泥颗粒表面缓慢水化、硬化，从而降低了自身胶力和强度。如果在潮湿环境中存放，则更容易结成硬块。因而，水泥的储存运输需十分谨慎，在储存运输的过程中不得受潮，更不能雨淋。水泥出厂时的实际强度一般应高于规定的强度等级，存放要求用袋装或专设散装的水泥仓库，这样密封保管的水泥的强度损失会小得多。即使如此，在储存期间也会有强度损失。所以，水泥的允许储存期为出厂后3个月。水泥在储存3个月后按过期水泥使用。3个月后，水泥的强度将降低10%～20%；6个月后，降低15%～30%；一年以后，约降低25%～40%。如果水泥在储存期间不慎受潮，其处理和使用必须符合表3.6的要求。
&&& 表3.6&&& 受潮水泥的处理和使用&
&&& 受潮情况
&&& 处理方法
&&& 使用场合
有粉块，可用手捏成粉末，但
通过试验，按实际强度使用
部分水泥结成硬块
筛去硬块，压碎粉块
通过试验，按实际强度使用。可用于不重
要的、受力小的部位，也可用于砌筑砂浆
大部分水泥结成硬块
粉碎，磨细
不能作为水泥使用，但仍可作混合材料渗
入新鲜水泥中（掺量不超过25%）
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改革混凝土工程生产关系 是解决混凝土结构工程质量的根本途径 —— 廉慧珍
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混凝土工程是包括选择和控制原材料，经过拌合物试配、生产、运送，直到浇筑、振捣、收面、养护（控制温度和湿度）至指定龄期全过程的系统工程。其中浇筑、振捣、收面、养护等环节是混凝土拌合物的成型工艺，是影响最终产品质量的关键，脱离成型工艺的混凝土拌合物不能保证最终产品的质量。当前混凝土工程已被分离到不同行业，由不懂混凝土的人带有强制性地向混凝土供应原材料，生产出的混凝土拌合物又不得不交给更加不懂混凝土的人去完成最终产品。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”的生产关系已经在阻碍混凝土工程技术和建设的健康发展，造成能源、资源的浪费和对环境造成严重影响，因此改革是必须的。当前混凝土行业现状及存在问题混凝土行业发展的100多年来，水泥和混凝土一直分属于两个学科体系，现在，与混凝土拌合物密切不可分的成型工艺也脱离了拌合物而隶属于施工行业，原本原材料选择与质量控制——拌合物试配与生产——混凝土成型工艺的三位一体，现在处于严重的行业隔离状态。各方互不了解，互相误导，互相不满。水泥界的观念是“我们就要高C3S、高强度、低能耗，至于对混凝土有什么影响，那是混凝土的事”，他们不了解除了强度之外，混凝土还应当有什么样的质量要求；混凝土界认为“水泥强度高才能提高混凝土强度”，并不了解和在意水泥厂采取什么样的技术路线提高水泥强度，也不了解这样的技术路线对混凝土会产生什么影响。在过去水泥强度和混凝土总体强度等级都较低、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并不明显。而如今，随着社会与科学技术的发展，特别是混凝土原材料种类增多，高效减水剂大规模使用，非产业化的砂石骨料质量低劣，造成水泥品质和质量的变化更加脱离混凝土的要求，混凝土和水泥之间的矛盾与日俱增。从生产关系上来看，现在水泥、混凝土和施工是各自独立的经济实体，都有各自的利益立场。例如关于探讨“矿物掺和料由谁掺好”这一问题，理论上是提高混凝土工程质量，实质上是钱由谁赚的问题，必然各不相让。从发展生产力的角度来说，目前由搅拌站掺用掺和料有如下弊端：第一，因为原材料种类多，不懂技术的搅拌站员工把粉煤灰错当成水泥，甚至把膨胀剂当成了矿渣使用，这类事故时有发生，损失巨大，增加管理成本。第二，水泥厂将熟料与适量石膏共同粉磨来生产水泥（包括掺混合材的水泥和复合水泥）时，其中的石膏是进行整体优化的，搅拌站用水泥掺用矿物掺和料时，则不可能对石膏再进行优化，因此矿物掺和料的掺入就会稀释石膏、石灰，而石膏和石灰恰恰对矿物掺和料有激发作用，于是，掺用掺和料的混凝土早期强度低、凝结缓慢，与外加剂相容性差、干缩大、长期弹性模量较低。第三，为了迎合搅拌站解决此问题的需要，有人办起“复合矿物掺和料”生产厂，把不同矿物掺和料按一定比例混合，再加入一定量的石灰和石膏，当前矿粉中的一部分就是在生产矿渣粉时掺入如粉煤灰或石粉和一定量石膏混合而成。石膏的优化必须和水泥结合，即对全部胶凝材料整体优化，目前市场上的行为基本上是脱离水泥的。且不论这种产品如何适应不同环境中的不同工程的需要，即使这种产品能用，在搅拌站掺到水泥中后，也不能解决搅拌不均匀这个致命的难题。水泥质量匀质性是最重要的，因此从原材料、生料、熟料，直到水泥成品，每一道工序都经过均化，而混凝土搅拌站无法做到均化。传统混凝土拌合物达到变异系数稳定所需搅拌时间约为75秒。现今掺入矿物掺和料和外加剂的拌合物，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，通常搅拌时间都是30秒，个别最长的也不过1分钟，延长搅拌时间势必影响产量，所以至今基本无人能做到。第四，由于混凝土搅拌站难以控制进厂水泥的来源，则几乎不可能从根本上解决水泥与外加剂相容性问题。西方国家控制预拌混凝土坍落度损失一般采取外加剂分次掺入的方式：在向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，感应拌合物黏度变化，而自动添加其余部分。我国混凝土厂商没有人舍得投资安装这种装置，一律将外加剂溶入拌合水中一起投入。这是外加剂使用效果最差的方式，不仅坍落度损失无法克服，而且也不经济──大量外加剂被骨料表面所吸附，使外加剂效率下降，不得不增加掺量。掺入外加剂最好的方式是在粉磨水泥时兼作助磨剂而掺入，外加剂由于被先吸附在水泥颗粒的表面，在混凝土加水搅拌后能缓慢释放而长时间保持在混凝土拌合物中的浓度，不仅可提高流化效果、减少坍落度损失，还可避免外加剂被骨料吸附而降低效率的问题。从外加剂效率来说，也是矿物掺和料在水泥厂掺好。除去这些搅拌站方面的因素，当前水泥行业对混凝土工程在强度等方面的不科学认知，致使混凝土工程的质量受到影响。第一，人们对水泥强度的追逐对工程造成危害。人们对水泥质量的评价主要认为“强度高的水泥才是好水泥”，“掺入混合材（矿物掺和料）的水泥强度低，是劣质产品”。实际情况是，按现行水泥标准检测的水泥强度只是按固定水胶比检测出的“标称强度”，而另一方面，用现行32.5水泥照样能配制出C60混凝土，而且，现在常用的混合材比硅酸盐水泥对水灰比有更大的敏感性。随水灰比的减小，掺用矿物掺和料后水泥强度增高的幅度大于硅酸盐水泥强度提高的幅度，以强度高低作为质量的标准已是落后的、不科学的观念。现在水泥厂这种对强度的误区导致其不得不追求用助磨剂使水泥比表面积已达400m2/kg以上，还要求助磨剂厂供应能增强的助磨剂，甚至有的还借助于工业盐来增强，对工程危害极大。受到“强度第一”观念的误导，当前水泥磨得太细，而且有越来越细的趋势，原本水泥厂使用助磨剂是为了降低能耗，如今使用助磨剂却主要是为了磨得更细，以便掺入更多的混合材来降低成本。事实上，混合材掺多少、掺什么，都只是为了强度。其结果是水泥和减水剂相容性差，混凝土抗拉强度与抗压强度比值下降、抗冻性差、开裂敏感性增大，混凝土强度早期很高，28天以后就不再增长；初始期所形成的可见与不可见内部缺陷因水泥在早期水化消耗几尽，后期将缺少足够的水化物去修复，会增大温湿度交替变化下的开裂敏感性，加速混凝土劣化。即使在无化学腐蚀和冻融循环的一般环境下，也会如此。第二，由于水泥厂和混凝土厂信息的不对称造成资源、能源的浪费，质量的不可控。例如：在水泥与外加剂相容性的问题上，由于水泥厂和混凝土厂信息不对称，水泥厂不了解混凝土使用外加剂的种类，现行标准又无法检测到水灰比低于0.5的混凝土中外加剂与水泥的相容性。现行水泥标准已不能适应混凝土的现状，另一方面水泥和混凝土行业隔离，生产、检验分家的现状也已不能适应当前的混凝土质量控制要求。混凝土行业想要发展必须变革生产关系我国水泥和混凝土现在仍处于技术落后且产能过剩状态，与当前基本建设的质量要求不相适应。转型升级是必要的。但我们不能把转型理解为改行，而是应该是从劳动力密集和资金密集的粗放型转为以技术发展生产力的集约型，升级为长线持续发展的经济实体。无论是联合改造、合并重组还是向产业链的上下游延伸，都不应当是形式上的问题，主要是生产关系的改革。宏观上，从我国经济发展模式入手，我国混凝土行业仍处于粗放型发展阶段，即靠资金和劳动力的高投入，不惜高能耗，却换来相对低的效益和对环境的污染。据2014年不完全统计，全国混凝土搅拌站大约已有7800多个。其中大量搅拌站管理水平和技术力量都较差，不乏靠买“配方”生产的企业，近乎作坊水平。在建设规模大的部分城市，搅拌站过于集中，以致粥少僧多，面对市场竞争的压力，竞相压价，为了生存，不得不低价购进毫无质量可言的劣质骨料。现在落后的检测理念和手段又只认强度，谁都知道只要把水胶比降下来，强度是最容易做到的事。这样，那些蒙混过关的劣质产品就又有了藏身之地，结果是出了问题则纠纷不止；勉强过关却留下隐患，而且造成资源和能源浪费、环境污染。这样下去，将会耗尽大量优质资源却给后代留下一堆需要处理的垃圾，而到那时，用于修补或再建的资源和能源从哪里来？这种初级阶段无序状态能够存在的原因是预拌混凝土搅拌站的归属不明。在我国经济体制转变到市场经济后，行政管理技术的状况至今仍未理顺，还归现在的住建部管。但是由于预拌混凝土与施工行业分离，随着科学技术的发展和人们对混凝土材料认识的提高，以致于住建部主持制定的某些标准对混凝土企业而言是如鲠在喉，非但没有推进行业技术的发展，还多处阻碍先进技术的推广。微观上，看待“掺和料由谁掺”问题，应当跳出各自眼前的利益来看待。一方面，从双方长远的发展着眼，不能只顾眼前而堵塞各自发展的前途；另一方面水泥和混凝土都是服务于社会的产品，掺和料究竟由谁掺的问题，根本上要服从结构工程的安全性和耐久性要求。就组分复杂的现代混凝土实际需要来说，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，整体优化掺和料的品种及颗粒度；提高管理水平，实现工业化管理；整体优化SO3；改善胶凝材料(新水泥)的物理力学性质；外加剂可代替助磨剂，并可直接解决外加剂水泥相容性问题等。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有明显的效益。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提高建设工程的质量。当生产关系的发展滞后于生产力的发展时，就对生产力起阻碍作用。生产关系适应生产力的发展，才能解放生产力，先进的生产关系推动生产力的发展。无论是宏观还是微观，都需要混凝土行业自己去探索、发现问题，这也告诉混凝土行业，想要发展必须得变革生产关系。对国内外水泥和混凝土生产关系的思考水泥厂办搅拌站在西方发达国家已有多年历史，例如法国、德国、瑞士。国外很少在搅拌站掺用矿物掺和料，水泥厂的水泥品种基本上都可以满足使用要求。只有加拿大因V. M.Malhotra多年提倡和推广大掺量粉煤灰，将大掺量粉煤灰和磨细矿渣列入2004年颁布的混凝土标准中。新加坡的双龙水泥公司生产磨细矿渣掺量为70％～75%的水泥，销售时，该厂的中心实验室为用户进行试配，提供符合用户工程需要的混凝土配合比。日本的水泥是把熟料和不同矿物掺和料粉磨后按细颗粒级后配混合优化石膏掺量而制成，混凝土不单独掺用掺和料；欧洲水泥标准允许矿渣水泥中矿渣掺量达85%，也是由水泥厂生产而不是在混凝土中后掺的。上世纪80年代，苏联水泥科学研究院和混凝土与钢筋混凝土科学研究院合作进行低需水性水泥胶凝材料（BHB）的研究，1991年投入小批量生产。1993年俄罗斯正式注册为BHB（该符号为俄文，音译成英文为VNV）水泥，已有数家水泥厂生产。BHB的后缀数字代表该水泥中熟料的用量。其余除石膏外的组分为矿渣、粉煤灰、石英砂粉中的两种或三种。相对于普通水泥标准稠度用水量的25％～30%，BHB-100～BHB-40的标准稠度用水量为16%～20%。BHB水泥熟料用量可减少达50%～70%，但所配制的混凝土强度可达80～100MPa，用于配制混凝土，具有低水化热和较好的耐久性、工作性等优点。该水泥中熟料取代量最多可达70%，强度却比基准水泥的高。例如其中BHB-50水泥用量只有350kg/m3时，混凝土强度可达55.9MPa。这种水泥无疑符合可持续发展理念。V.Alunno Rossetti等试验研究并在在意大利一家水泥厂投产了一种特种超塑化水泥SPC(Special Superplasticized Cement)，该水泥是在意大利525型硅酸盐水泥生产时掺入超塑化剂而制成，提高了超塑化剂（高效减水剂）的使用效率[12]；瑞典用中热水泥和硅灰掺入超塑化剂粉磨生产出一种强力改性水泥EMC(Energetically Modified Cement)，专用于高强和超高强混凝土，改性后的水泥比基准水泥的强度提高60%以上。可以用0.19的水灰比配制出170MPa超高强混凝土。我国近年来也有一些大水泥集团收购搅拌站、建立混凝土实验室的情况，但是被收购的搅拌站一般技术水平不会太理想。而且水泥厂和搅拌站仍然是“两层皮”，彼此独立经营核算，只是水泥可免去中间环节而稳定供应，可降低混凝土的成本。这毕竟是一种进步，但是尚未考虑搅拌站掺用掺和料所造成的质量不均匀、SO3被稀释而不足以及外加剂方式对外加剂效率的影响等问题，仍然也还有投料管理的问题。而且目前我国混凝土技术水平虽有进步，总体上从业人员水平仍赶不上发展的要求。真正做到生产关系改造的指导思想是要模糊“水泥——混凝土——施工”的界线，并购搅拌站后“重新洗牌”，把混凝土搅拌站做成水泥企业的一个车间，把混凝土工程的质量作为企业最终产品的命脉，在整体上进行管理与投入以及产出、资本和利润的核算。真正做到生产关系的改造后，才能解放生产力，顺利进行技术改造，实现技术创新。水泥和混凝土一体化以后，真正实现混凝土工程的整体化才能使混凝土工程跨越一大步，符合生产力发展的规律，甚至把混凝土做成精品。因此还有很多工作要做，例如骨料的优化，按混凝土的需要优化水泥的生产，按混凝土的规律检测水泥的质量，混凝土配制技术与拌合物质量评定方法，混凝土拌合物成型工艺的优化等。对一体化混凝土工程体系的设想及建议“水泥——混凝土——混凝土结构物”是一个系统工程体系，必须是一体化的连续生产才能保证结构物这个最终产品的质量——安全性和耐久性。打破狭窄行业之间的樊篱是时代发展的需要和必然。这种生产关系的变革首先不是技术问题，而是观念的转变。1.合并水泥原料和有混凝土骨料石灰岩的矿山，采用先进破碎和筛分技术，生产分级的、粒形优良的单粒级石子，供混凝土在制备时按两级配或三级配上料（实践证明两级配石子后，混凝土用水量可减少约20%），用5mm以下的颗粒制作人工砂；用砂石下脚料制作水泥生料，不足的部分另外取分级的人工砂或5～10mm的颗粒来补充；2.通过优化的试验研究将多种矿物掺和料、水泥和外加剂纳入水泥的粉磨系统，生产符合不同混凝土性能和质量要求的低水化热、低需水量、低收缩的胶凝材料，与砂石、外加剂等混凝土其他原料一起作为中间产品，减少中间环节，提高资源和能源的利用效率，降低社会成本，加以建立混凝土成型工艺作为售后服务的机制，大幅度提高混凝土质量，实现对结构工程的优质服务。其中外加剂的生产也纳入本系统，以便控制外加剂和胶凝材料的相容性。其总体工艺流程如图所示：以上流程是把混凝土当作混凝土工程来做：总体控制原材料质量，水泥和砂石按混凝土需要生产，混凝土按工程需要试配、制备后，按合同与工程特点进行浇筑、振捣、养护后交货，即以对混凝土结构的“售后服务”取代目前施工单位对该工序发放的分包，最终完成混凝土的全部工程。这就是混凝土供应商对混凝土工程质量负责的表现。对于混凝土和水泥企业来说，实现生产关系的变革也是实现转型升级的过程。对实现从原材料到成型工艺完成混凝土结构构件/部件的一体化生产方式可以有如以下两种模式：1.由优势混凝土企业兼并劣势搅拌站，或具有产业优势的混凝土企业实行兼并联合，组建集团：上游解决稳定的硅酸盐水泥熟料（也可以是水泥成品，但条件是组分透明，诚信合作）和优质骨料的来源，自建粉磨站进行胶凝材料预加工。这种方式等于水泥厂的粉磨车间搬家，对不懂水泥的混凝土从业者来说有一定困难。下游解决售后服务的问题，对混凝土最终的产品负责，而不是只对拌合物负责。同是，中间环节则是发展现代化管理技术。2.由有条件的水泥企业集团并购混凝土搅拌站，向产业链上下游延伸，以混凝土为核心，整合生产关系，按混凝土需要生产，按混凝土规律检测，发挥集团优势，全面进行技术改造提高科技含量。这是最理想的模式。不要简单看待生产关系的变革，新的生产关系建立像新生命诞生一样，都会经历一个艰难痛苦的过程，这个过程迟早会发生。如果水泥和混凝土的生产关系再不改革，就会使行业再走一次弯路，付出一次代价，错过一段成长的机会。
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