1、水泥應(yīng)該為混凝土耐久性的研究和發(fā)展做出貢獻(xiàn)

　　今天，混凝土耐久性的研究已成為混凝土科學(xué)最前沿和最重要的課題。在每一個(gè)工地，特別是在每一個(gè)重要項(xiàng)目和重要部位，如何提高混凝土的耐久性是工程師必須深入考慮的問(wèn)題。混凝土抗凍、抗?jié)B和抗碳化性能的高低都直接影響混凝土的耐久性。但近些年來(lái)，混凝土裂縫問(wèn)題愈演愈烈到了不可收拾的地步，混凝土裂縫對(duì)混凝土的抗凍、抗?jié)B、抗碳化及結(jié)構(gòu)受力的安全性都帶來(lái)了致命打擊，成了降低混凝土耐久性的最直接的原因。對(duì)其產(chǎn)生的原因，許多專家學(xué)者經(jīng)大量的研究后認(rèn)為：與設(shè)計(jì)、施工工藝、混凝土配合比、鋼筋品種、原材料、氣候環(huán)境等有關(guān)，更與水泥有關(guān)。水泥中的C，S、C，A含量，水泥細(xì)度、品種、標(biāo)號(hào)等因素都直接影響了混凝土裂縫的產(chǎn)生。筆者根據(jù)多年來(lái)混凝土施工的一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)影響混凝土產(chǎn)生裂縫的水泥方面的5個(gè)因素研究分析如下。

　　1.1、水泥細(xì)度

　　我國(guó)1999年強(qiáng)度檢驗(yàn)方法和國(guó)際接軌后，進(jìn)一步提高了水泥細(xì)度。以42．5級(jí)水泥為例：比表面積由過(guò)去的300～350m/kg提高到350～380m/kg，個(gè)別廠甚至達(dá)到了400m/kg以上。比表面積的增大，大大提高了水泥的28d強(qiáng)度，尤其是3d強(qiáng)度提高幅度最大。水泥強(qiáng)度的提高，使混凝土強(qiáng)度也得到提高，強(qiáng)度的增長(zhǎng)速度進(jìn)一步加快。這給施工企業(yè)提前拆模，縮短工期都帶來(lái)了便利，也給混凝土界配制更高標(biāo)號(hào)的混凝土創(chuàng)造了條件。但同時(shí)也帶來(lái)了不利因素，混凝土凝結(jié)速度的加快，使混凝土收縮速度加快，混凝土早期開(kāi)裂的可能性大大提高。近幾年來(lái)，混凝土的普遍開(kāi)裂應(yīng)該說(shuō)與水泥顆粒越來(lái)越細(xì)有直接關(guān)系。還有一個(gè)水泥中的粗顆粒問(wèn)題，水泥界許多專家認(rèn)為：水泥中>45m的熟料顆粒對(duì)28d強(qiáng)度基本沒(méi)有作用，所以這種顆?？捎锌蔁o(wú)或可以盡量降低；而混凝土界許多專家研究后認(rèn)為：增加水泥中未水化的熟料顆?？梢源蟠鬁p少混凝土的收縮。而現(xiàn)在水泥細(xì)度的增加，使水泥中的粗顆粒大大減少。使混凝土的收縮量增大，產(chǎn)生裂縫的可能性變大。

　　1.2、水泥中的C3S含量

　　自水泥發(fā)明以來(lái)，水泥中的最有效的成分c，s的含量一直呈上升趨勢(shì)。以42.5級(jí)水泥為例，我國(guó)水泥目前的C3S含量已達(dá)52%～60%左右。C3S含量的提高，同樣對(duì)提前拆模、縮短工期、配制高標(biāo)號(hào)混凝土帶來(lái)便利，但含量過(guò)高并非全是好事。C3S含量的增加，水泥水化時(shí)放熱量加大，強(qiáng)度和溫度上升速度過(guò)快，使混凝土產(chǎn)生收縮裂縫的機(jī)會(huì)變大。

　　1.3、水泥中的C3A含量

　　水泥中的C3A含量對(duì)混凝土的初凝和終凝都產(chǎn)生很大的影響。C3A含量高的水泥，使混凝土凝結(jié)時(shí)問(wèn)縮短，失水加快。特別是對(duì)混凝土前3d產(chǎn)生收縮裂縫影響很大。筆者使用過(guò)C3A含量超過(guò)8%的水泥，這種水泥凝結(jié)時(shí)間較快，與減水劑的適應(yīng)性很差，經(jīng)常使混凝土產(chǎn)生假凝現(xiàn)象，更容易使混凝土在強(qiáng)度增長(zhǎng)初期產(chǎn)生較大的裂縫。

　　1.4、水泥品種

　　我國(guó)的復(fù)合水泥、礦渣水泥等品種，活性或非活性混合材摻量較大。為了達(dá)到更高的強(qiáng)度，一般水泥廠都采用進(jìn)一步磨細(xì)的方法。這種水泥比其它品種的水泥更容易使混凝土產(chǎn)生收縮裂縫。

　　1.5、水泥標(biāo)號(hào)

　　水泥要達(dá)到更高的標(biāo)號(hào)，一般的水泥廠都通過(guò)增加C3S含量、增加細(xì)度等措施。這些措施使混凝土產(chǎn)生裂縫的機(jī)會(huì)增加。總之，在同等條件下，使用高標(biāo)號(hào)水泥比使用低標(biāo)號(hào)水泥更容易使混凝土產(chǎn)生裂縫。

　　對(duì)上述因素的分析可以看出：隨著水泥科技的進(jìn)步，水泥的各方面性能指標(biāo)得到了很大的提高，但對(duì)混凝土裂縫的產(chǎn)生及耐久性也帶來(lái)了不利影響。特別是“高細(xì)度、高C3S含量、高標(biāo)號(hào)”所謂的“三高”水泥對(duì)混凝土產(chǎn)生裂縫的不利影響應(yīng)該說(shuō)是越來(lái)越大了。有許多的工程實(shí)例可以證明這一點(diǎn)。就筆者所熟悉的機(jī)場(chǎng)跑道工程，在上世紀(jì)5O～7O年代修建的許多軍事和民用機(jī)場(chǎng)，道面混凝土至今保持完好，而上世紀(jì)8O年代后修建的混凝土道面三五年內(nèi)出現(xiàn)破壞的有很多；我們陜西省有一條渭惠水渠，是上世紀(jì)3O年代由我國(guó)著名水利專家李儀址主持修建的，至今8O年過(guò)去了，而那些橋涵跌水設(shè)施大部分保持完好，而上世紀(jì)8O年代后修建的一些水利設(shè)施，出現(xiàn)嚴(yán)重破壞的有很多；我國(guó)某省的一位交通廳長(zhǎng)曾感慨：本省近些年修建的混凝土高速公路，3年內(nèi)不壞的極少!類似的例子還有不少，筆者在施工現(xiàn)場(chǎng)工作已近2O年，干過(guò)一些漂亮工程，也干過(guò)一些不盡滿意的工程。而有些時(shí)候，施工現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的一些質(zhì)量問(wèn)題讓人哭笑不得。我們?cè)靡恍└邩?biāo)號(hào)的所謂“好水泥”做的房屋散水，經(jīng)一個(gè)冬天，出現(xiàn)了掉皮裂縫問(wèn)題，而用低標(biāo)號(hào)所謂“差水泥”做的散水，卻一直保持完好。據(jù)筆者所看到的一些科技資料，美國(guó)從上世紀(jì)3O年代開(kāi)始，把水泥中的C3S含量由30%提高到50% ，把細(xì)度由允許大于751．zm顆粒含量為22%，改為基本為零。7O年后的今天，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，1930年前修建的橋梁有67%基本保持完好，而1930年后修建的橋梁只有27%基本保持完好。日本近幾年類似的例子更多。以上問(wèn)題雖然不能肯定說(shuō)是由于水泥的原因引起，但應(yīng)引起我們?nèi)轿坏霓q證思考。

　　2、水泥界應(yīng)該為水泥在混凝土中的正確使用做出貢獻(xiàn)

　　在施工現(xiàn)場(chǎng)，施工人員不能正確選擇使用水泥的現(xiàn)象相當(dāng)普遍。這當(dāng)然也是混凝土耐久性變差的一個(gè)重要原因?？梢赃@樣說(shuō)，有相當(dāng)多的混凝土工程技術(shù)人員。水泥是他們的知識(shí)盲區(qū)。在施工現(xiàn)場(chǎng)，一般都認(rèn)為高標(biāo)號(hào)水泥優(yōu)于低標(biāo)號(hào)水泥；R型水泥優(yōu)于普通型的水泥；硅酸鹽水泥優(yōu)于普通硅酸鹽水泥；普通硅酸鹽水泥又優(yōu)于其它品種的水泥；等等。在水泥行業(yè)一個(gè)簡(jiǎn)單的技術(shù)問(wèn)題，在混凝土行業(yè)就有可能變得糊涂，有可能演變成重大技術(shù)難題克服不了。筆者曾在一個(gè)工地集中全部的工程技術(shù)人員來(lái)解決混凝土為什么無(wú)規(guī)律地不斷出現(xiàn)假凝?百思不得其解。其結(jié)果僅僅是水泥廠在生產(chǎn)水泥時(shí)使用了半水石膏。在施工工地經(jīng)?？梢钥吹竭@些現(xiàn)象：一方面在使用緩凝劑，另一方面卻在使用著R型水泥。特別是在許多房建施工工地，比表面積高、終凝時(shí)間短、3d強(qiáng)度高的水泥受到了廣泛的歡迎。但對(duì)這種水泥引起的混凝土水化熱集中、收縮大、裂縫比較嚴(yán)重等問(wèn)題束手無(wú)策。類似這樣的問(wèn)題當(dāng)然是由于在我國(guó)水泥和混凝土施工分屬不同的行業(yè)，互相之間接觸交流十分冷漠所致。但這些問(wèn)題在混凝土施工工地得不到解決，混凝土的耐久性問(wèn)題是根本無(wú)法解決好的。所以說(shuō)，讓混凝土界工程技術(shù)人員全面正確地認(rèn)識(shí)水泥是十分重要的。水泥界的同仁應(yīng)該為這件事大開(kāi)綠燈，做出貢獻(xiàn)。比如，應(yīng)明確告訴水泥使用者：R型水泥除了可以使混凝土早強(qiáng)、早拆模外，對(duì)混凝土的其它性能不會(huì)有明顯的好處。相反，由于它3d強(qiáng)度高，水化熱和收縮集中，可能會(huì)對(duì)混凝土裂縫的產(chǎn)生帶來(lái)不利的影響。所以，如果工程對(duì)混凝土早強(qiáng)沒(méi)有特別的要求，就最好不要使用它；比表面積在400m/kg以上的高標(biāo)號(hào)水泥，由于其顆粒較細(xì)，凝結(jié)較快，水化熱集中，對(duì)混凝土的體積穩(wěn)定性有不利影響，更使混凝土產(chǎn)生裂縫的可能性增加，所以使用時(shí)應(yīng)慎重考慮；C3A含量大的水泥(根據(jù)我個(gè)人和其他人的經(jīng)驗(yàn)，特別是C A含量大于8%的水泥)，與混凝土外加劑的適應(yīng)性變差，容易使混凝土出現(xiàn)假凝和塑性裂縫，使用時(shí)應(yīng)提前做與外加劑的適應(yīng)性試驗(yàn)，等等。更應(yīng)該明確告訴混凝土界：低標(biāo)號(hào)水泥絕對(duì)不是劣質(zhì)水泥，用它照樣可以配出性能很好的高標(biāo)號(hào)混凝土或其它品種的混凝土。因?yàn)槟壳霸谖覈?guó)，最了解水泥的當(dāng)然是水泥界而絕不是混凝土界，所以，水泥界應(yīng)該責(zé)無(wú)旁貸地為水泥在混凝土中的正確使用做出貢獻(xiàn)。

　　3、水泥界應(yīng)該為混凝土科學(xué)技術(shù)的發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)

　　既然我國(guó)目前水泥的生產(chǎn)和使用還存在著上述一些問(wèn)題，那么正確的研究發(fā)展方向是什么呢?混凝土的科技在不斷地發(fā)展，自然而然地會(huì)要求水泥界能夠生產(chǎn)出對(duì)混凝土的耐久性和其它性能更有利的優(yōu)質(zhì)水泥來(lái)。什么是優(yōu)質(zhì)水泥?由于混凝土的復(fù)雜性使這個(gè)看似簡(jiǎn)單的問(wèn)題不易正確地回答。作者從以下幾個(gè)方面對(duì)今后水泥研究和發(fā)展的方向提一點(diǎn)粗淺的看法，供水泥界專家同仁在水泥生產(chǎn)時(shí)參考：

　　1)水泥顆粒應(yīng)該和混凝土中的細(xì)顆粒級(jí)配連續(xù)起來(lái)，以利混凝土的密實(shí)性。目前，我國(guó)混凝土中集料的最小顆粒為751~m，而我國(guó)水泥中的粗顆粒，大于601~m顆粒含量極少。這就造成了混凝土內(nèi)60～751~m區(qū)段內(nèi)顆粒短缺，給混凝土的密實(shí)性帶來(lái)不利影響。

　　2)水泥自身顆粒應(yīng)有合理的級(jí)配，以利自身的密實(shí)性。許多水泥廠為了提高早期和28d強(qiáng)度，盡量減少水泥中601~m以上顆粒含量。這就人為地造成了窄顆粒分布，對(duì)密實(shí)性不利。

　　3)有適當(dāng)?shù)脑缙趶?qiáng)度、較低的水化熱和收縮性，以利混凝土的耐久性。從以上分析可以看出：早期強(qiáng)度較高、水化熱較大和收縮較大的水泥都增大了混凝土裂縫的可能性，對(duì)耐久性不利。

　　以上所說(shuō)的這些問(wèn)題，已經(jīng)引起了我國(guó)一些水泥界專家和前輩的重視。我國(guó)資深水泥專家喬齡山先生指出了水泥顆粒的最佳顆粒分布曲線——Fuller曲線，并指出調(diào)配水泥最佳堆積密度的理論和工藝在歐美一些發(fā)達(dá)國(guó)家日趨普及，在橋梁、隧道以及高性能混凝土和耐磨、耐腐蝕混凝土等工程中都有應(yīng)用，并取得了很好效果；清華大學(xué)閻培渝教授指出：為防止混凝土開(kāi)裂，必須控制我國(guó)水泥出廠強(qiáng)度富裕系數(shù)，降低水泥中c，A含量，降低水泥細(xì)度等；也有人研究了水泥顆粒表面特性，研究了球形水泥顆粒對(duì)混凝土性能的良好影響等。以上這些研究，對(duì)我國(guó)的水泥發(fā)展都起到了良好的指導(dǎo)作用。但是混凝土問(wèn)題是復(fù)雜的，單憑這些研究還是不夠的。假如我們把混凝土比做一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)，那么春夏秋冬、晴天雨天、不同工程、甚至同一個(gè)工程的不同部位，對(duì)水泥這個(gè)“支系統(tǒng)”的要求是不一樣的(當(dāng)然也包括施工和養(yǎng)護(hù)方法的不同)。所以，提倡多品種，少批量，多生產(chǎn)針對(duì)某一個(gè)具體環(huán)境下具體工程的專用水泥，應(yīng)該作為我們的發(fā)展方向。筆者曾有一個(gè)不切實(shí)際的夢(mèng)想：有一天我們的水泥按這樣的方式進(jìn)行生產(chǎn)：施工現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)工程每個(gè)部位結(jié)構(gòu)的不同、施工方法和環(huán)境氣候條件的不同，向水泥廠提出不同的要求。水泥廠根據(jù)這些要求，對(duì)水泥的主要成分C3S、C2S、C3A、C4 AF及MgO、SO，和其細(xì)度，進(jìn)行自由調(diào)節(jié)，生產(chǎn)出完全滿足現(xiàn)場(chǎng)要求、對(duì)混凝土的耐久性最有利的水泥。這也應(yīng)該正是我們追求的目標(biāo)和發(fā)展的方向。

  以上主要從混凝土的角度對(duì)水泥的生產(chǎn)和發(fā)展提出了一些建議和看法。當(dāng)然，作為混凝土工作者也應(yīng)不斷提高和改進(jìn)混凝土工藝技術(shù)，一方面適應(yīng)水泥的發(fā)展，另一方面對(duì)水泥供應(yīng)商提出具體的技術(shù)指標(biāo)要求，以提高混凝土的耐久性。

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