覃維祖:混凝土領(lǐng)域新發(fā)展及對(duì)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(guó)際會(huì)議中心隆重召開(kāi)。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(duì)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(lái)，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(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）和美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)（ACI）召開(kāi)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(guó)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(guò)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(guò)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(lái)一些新問(wèn)題，一個(gè)突出的問(wèn)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?guó)內(nèi)大部分人還存在“延長(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)混凝土性能發(fā)展很不利的副作用。

　?。?）養(yǎng)護(hù)——內(nèi)養(yǎng)護(hù)

　　混凝土另一個(gè)突出的問(wèn)題，是早期收縮的增大容易導(dǎo)致開(kāi)裂，而最有力的改善措施，是盡早對(duì)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(kāi)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(zhǎng)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(guó)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(jí)配不好。

　　因此，建議在有條件的企業(yè)購(gòu)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(duì)用水量的影響也十分顯著。檢測(cè)表明：國(guó)內(nèi)攪拌樓用水量波動(dòng)在15～20kg/m3甚至更大，而用水量對(duì)混凝土性能的影響超過(guò)水泥品質(zhì)波動(dòng)帶來(lái)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(duì)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(wèn)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(duì)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。