[原創(chuàng)]因事、因時(shí)、因地，科學(xué)利用——記第三屆“全國(guó)混凝土礦物摻合料應(yīng)用技術(shù)研討會(huì)”

　　“積極推進(jìn)礦物摻合料應(yīng)用技術(shù)研究是提高混凝土質(zhì)量的需要，是開(kāi)展綠色建筑行動(dòng)的需要也是實(shí)現(xiàn)混凝土企業(yè)轉(zhuǎn)型的需要?！?

研討會(huì)現(xiàn)場(chǎng)

　　在7月25日開(kāi)幕的第三屆“混凝土礦物摻和料應(yīng)用技術(shù)研討會(huì)”上，來(lái)自國(guó)內(nèi)各高校和研究機(jī)構(gòu)的知名專(zhuān)家、學(xué)者就混凝土礦物摻合料技術(shù)的研究與應(yīng)用展開(kāi)深入探討。江蘇省混凝土協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)顧炎晴提出上述三點(diǎn)“需要”，概括了在當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下，推進(jìn)混凝土礦物摻合料應(yīng)用技術(shù)研究的重要性。

江蘇省混凝土協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)顧炎晴

　　在我國(guó)，礦物摻合料技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用多年，早在1985年漁子溪二級(jí)電站建設(shè)過(guò)程中，硅灰便作為礦物外加劑得到了有效應(yīng)用，但是經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)混凝土企業(yè)在應(yīng)用技術(shù)和理念方面仍然存在諸多欠缺。

北京建筑大學(xué)宋少民教授

　　北京建筑大學(xué)宋少明教授認(rèn)為，“混凝土是十分復(fù)雜的材料體系，可能是人類(lèi)所用的最為復(fù)雜的材料之一?！被蛟S正因?yàn)槿绱?，混凝土礦物摻合料的科學(xué)利用才倍顯艱難。

　　一方面，各種混凝土礦物摻合料由于自身性能的差異，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，需要因時(shí)、因事、因地制宜，檢測(cè)技術(shù)、施工技術(shù)、養(yǎng)護(hù)技術(shù)都要做到有效協(xié)調(diào)，大大增加科學(xué)使用礦物摻合料的實(shí)際難度；而在另一方面，國(guó)內(nèi)部分地區(qū)混凝土企業(yè)在礦物摻合料使用過(guò)程中，單純降低成本，片面注重強(qiáng)度，忽略其它性能，造成建筑物隱患重重，嚴(yán)重威脅建筑物安全和使用壽命。

　　因此，積極推進(jìn)混凝土礦物摻合料應(yīng)用技術(shù)研究，增進(jìn)混凝土技術(shù)工作者和質(zhì)量檢測(cè)、監(jiān)管、監(jiān)理人員對(duì)礦物摻合料的認(rèn)識(shí)和了解，提升礦物摻合料實(shí)際應(yīng)用的科學(xué)性、合理性，成為提高建筑質(zhì)量，延長(zhǎng)建筑壽命，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能，推動(dòng)混凝土行業(yè)發(fā)展的重要內(nèi)容。

　　用途：制備高性能混凝土

　　在現(xiàn)代建筑中，軍事防護(hù)工程、超高層建筑、核工業(yè)廢料等重點(diǎn)工程項(xiàng)目都對(duì)混凝土質(zhì)量已經(jīng)提出了更為嚴(yán)苛的要求，具有超高強(qiáng)、高韌性、高耐久性特質(zhì)的混凝土成為當(dāng)下所需。

　　雖然礦物摻合料可以有效提升混凝土性能，但是由于種類(lèi)繁多，特性各異，通過(guò)傳統(tǒng)辦法制備的混凝土并不能滿(mǎn)足建筑實(shí)際需求，因此如何科學(xué)利用礦物摻合料制備高性能混凝土，成為一大難題。

中南大學(xué)教授張?jiān)粕?

　　中南大學(xué)教授張?jiān)粕硎荆捌胀ɑ钚苑勰セ炷粒≧PC）雖然具有超高強(qiáng)、超高耐久性、高韌性等特點(diǎn)，但是缺點(diǎn)也十分突出。其一，成本高昂、制備工藝復(fù)雜，實(shí)際施工難度大；其二，自收縮大，混凝土開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)加大；其三，缺乏完善的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)?！?

　　因此，利用科學(xué)手段制備超高性能混凝土是解決時(shí)下所需的關(guān)鍵。

　　張?jiān)粕龑⒊咝阅芑炷炼x為：一種以硅酸鹽水泥和多種工業(yè)廢渣為膠凝體系，以高強(qiáng)粗集料和鋼纖維為增強(qiáng)相，采用常規(guī)制備技術(shù)所得抗壓強(qiáng)度大于150Mpa，同時(shí)具有良好的流動(dòng)性能、力學(xué)性能和耐久性能的低能耗生態(tài)型綠色環(huán)保建筑材料。

　　因此，環(huán)保、高強(qiáng)、耐久、易制是新型超高性能混凝土材料的基本要素。

　　試驗(yàn)結(jié)果顯示，用FA+SL+SF取代C，采用天然砂取代石英砂并加入15mm粗骨料，采用普通濕拌、振動(dòng)成型、標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，制備的超高性能混凝土，在坍落度、擴(kuò)展度、表現(xiàn)密度、抗壓和抗折強(qiáng)度等物理性能方面表現(xiàn)優(yōu)越。

參會(huì)代表拍照記錄

　　據(jù)張?jiān)粕榻B，當(dāng)砂率從0.4增加到0.5，混凝土抗壓和抗折強(qiáng)度均有增加，但是在0.5到0.6之間，規(guī)律則出現(xiàn)不一；粗集料種類(lèi)方面，摻有玄武巖的抗壓、抗折強(qiáng)度最大，花崗巖次之，鐵礦石最?。淮旨狭綄?duì)混凝土的影響表現(xiàn)為，隨著粗料粒徑的增加，抗壓強(qiáng)度先增后減，其中10mm是抗壓強(qiáng)度達(dá)到最高值，抗折強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)；在鋼纖維摻合量方面，纖維量增加，力學(xué)性能明顯增加，其中抗壓強(qiáng)度增強(qiáng)30.2%-64.1%，抗折強(qiáng)度增強(qiáng)38.6%-111.1%。

研討會(huì)現(xiàn)場(chǎng)

　　事實(shí)上，由于超高性能水泥基復(fù)合材料的優(yōu)越性能，在許多著名工程項(xiàng)目中已經(jīng)廣泛采用該技術(shù)。北京財(cái)稅大樓是我國(guó)首次使用超高強(qiáng)度混凝土的建筑。該大樓1996年建造，28天抗壓強(qiáng)度達(dá)到127Mpa。而同樣采用超高強(qiáng)度混凝土的國(guó)家大劇院，28天抗壓強(qiáng)度也達(dá)到了117.9Mpa，而在世界其他國(guó)家和地區(qū)，超高性能水泥基復(fù)合材料也在廣泛應(yīng)用，極大提高了建筑物抗震、抗腐蝕性能，為提高建筑壽命，將少資源浪費(fèi)做出了重大貢獻(xiàn)。

　　困局：礦物摻合料使用中的問(wèn)題

　　雖然礦物摻合料對(duì)于提高混凝土強(qiáng)度，提高混凝土耐久性、抗壓性等方面提供了很多幫助，但是由于礦物摻合料種類(lèi)、品質(zhì)不同，在實(shí)際使用過(guò)程中一些問(wèn)題依然存在。

清華大學(xué)教授廉慧珍

　　清華大學(xué)教授廉慧珍表示，目前礦物摻合料主要分為三大類(lèi)，而且各自特性不一。

　　1、火山灰質(zhì)：以無(wú)定形二氧化硅、三氧化二鋁為主要成分，能在常溫有水的條件先與石灰石反應(yīng)生成水硬性產(chǎn)物的無(wú)機(jī)粉狀材料；

　　2、有潛在水硬性的礦物摻合料：以鋁硅酸鹽玻璃體為主，含少量水硬性礦物，能被硫酸鹽和堿性物質(zhì)激發(fā)而生成水硬性產(chǎn)物的無(wú)機(jī)粉狀材料；

　　3、其他：可與硅酸鹽水泥某些組分反應(yīng)，改善混凝土硬化前后某些性質(zhì)的無(wú)機(jī)粉狀材料和可以對(duì)混凝土拌合物改性并參與混凝土微結(jié)構(gòu)形成的無(wú)機(jī)粉狀材料。

　　因此，由于礦物摻合料分類(lèi)不同，特性各異，給實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)不小難度。

　　有基于此，廉慧珍認(rèn)為，在礦物摻合料使用過(guò)程中必須將礦物特質(zhì)和混凝土需求相結(jié)合，區(qū)別對(duì)待。在實(shí)際使用過(guò)程中有3點(diǎn)問(wèn)題需要注意。

　　首先，化學(xué)活性越高，對(duì)混凝土早期強(qiáng)度影響越小，相同水膠比下抗碳化性能越強(qiáng)，但對(duì)混凝土降低升溫作用就越小，自收縮越大；其次，并非任何礦物摻合料都適合磨細(xì)，礦渣粉磨越細(xì)，化學(xué)活性越高，但開(kāi)裂敏感性越差；最后，抗化學(xué)腐蝕的能力與不同礦物摻合料本身吸附能力有關(guān)，所需參量也有差別。

研討會(huì)現(xiàn)場(chǎng)

　　事實(shí)上，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以礦渣粉、粉煤灰、硅灰、石灰石粉為例，在用途、性能和產(chǎn)生的效果方面差異相當(dāng)明顯。

　　粉煤灰，自收縮小，抗裂性好，但化學(xué)活性低，早期反應(yīng)慢，長(zhǎng)期反應(yīng)率最多只有20%多，因此抗碳化性差；相比之下，礦粉渣化學(xué)活性隨比表面積增大而明顯提高，抗碳化性相對(duì)粉煤灰更好，缺點(diǎn)是自收縮大，抗裂性差，表面積太大不利于混凝土升溫的降低，而硅灰和石灰石粉同樣有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

　　因此，廉慧珍強(qiáng)調(diào)，“礦物摻合料在使用過(guò)程中，必須當(dāng)針對(duì)工程具體情況確定礦物摻合料產(chǎn)量，結(jié)合各自?xún)?yōu)缺點(diǎn)，適量使用，做到因事制宜、因時(shí)制宜、因地制宜。”

會(huì)間討論

　　應(yīng)對(duì)：礦物摻合料品質(zhì)檢驗(yàn)和控制

　　事實(shí)上，做好礦物材料的檢驗(yàn)，合理控制配合比對(duì)于科學(xué)使用礦物摻合料尤為重要。

　　南京水利科學(xué)研究院丁建彤教高認(rèn)為，由于不同廠家在生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)環(huán)境以及原材料等因素存在差異，導(dǎo)致礦物摻合料品質(zhì)出現(xiàn)波動(dòng)，嚴(yán)重影響到礦物摻合料在混凝土施工過(guò)程中的應(yīng)用。

南京水利科學(xué)研究院教高丁建彤

　　以粉煤灰為例。不同廠家出產(chǎn)的粉煤灰，平均粒徑由3納米到78納米不等，燒失量從1.04%到5.5%相差達(dá)到4.1%，差異明顯。因此，加大礦物摻合料檢測(cè)力度，通過(guò)不同的質(zhì)量評(píng)級(jí)，控制礦物摻合料是使用量成為推廣礦物摻合料技術(shù)亟待解決的問(wèn)題。

代表提問(wèn)

　　丁建彤認(rèn)為，礦物摻合料品質(zhì)檢測(cè)，關(guān)鍵在于檢測(cè)內(nèi)容的全面性和指標(biāo)嚴(yán)格控制。在粉煤灰質(zhì)量檢測(cè)過(guò)程中，需要在含水率、燒失量、細(xì)度、密度、粒型、活性指數(shù)、需水量比、安定性等方面進(jìn)行定時(shí)定量檢測(cè)，臨時(shí)或新灰源每天或每90噸取樣一次，超過(guò)6個(gè)月的老灰源每天或每360噸取樣檢測(cè)一次，可以有效提高礦物摻合料的質(zhì)量控制效果。

　　發(fā)展：高性能礦物摻合料

　　隨著研究的深入，普通礦物摻合料的缺陷開(kāi)始凸顯，以3種常見(jiàn)摻合料為例。

　　粉煤灰：早期水化活性較低，影響混凝土早期強(qiáng)度，同時(shí)混凝土易碳化、抗凍后表面易脫落。

　　礦粉：一方面，增大混凝土拌合物泌水；另一方面，增大混凝土收縮，加大建筑物開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。

　　硅灰：水化反應(yīng)快，導(dǎo)致混凝土早期溫度提高；此外，增大混凝土早期收縮，加大建筑物開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。

　　與此同時(shí)，現(xiàn)代混凝土同樣存在許多問(wèn)題未能解決。第一，低水膠比復(fù)雜膠凝體系混凝土的粘度調(diào)控問(wèn)題；第二，常溫或者低溫條件下混凝土早強(qiáng)問(wèn)題；第三，嚴(yán)酷條件下混凝土的耐久性保持與提升問(wèn)題；第四，滿(mǎn)足特殊需求的特種混凝土設(shè)計(jì)與制備問(wèn)題。

　　基于普通礦物摻合料，無(wú)法完美的解決現(xiàn)代混凝土工作性、力學(xué)性、耐久性等方面的需要，開(kāi)發(fā)高性能礦物摻合料成為混凝土行業(yè)發(fā)展的必然。

江蘇省建筑科學(xué)研究院教高劉加平

　　江蘇省建筑科學(xué)研究院劉加平教高表示，“要解決現(xiàn)代混凝土使用過(guò)程中遇到的種種難題，膠凝體系的改善是關(guān)鍵，礦物摻合料的高性能和功能化是重要技術(shù)措施。”

　　而實(shí)際上，在應(yīng)對(duì)現(xiàn)代建筑物中混凝土使用問(wèn)題中，高性能礦物摻合料的確優(yōu)勢(shì)明顯。

　　第一、顆粒之間作用力大是導(dǎo)致混凝土粘度大的根本原因，用于粘度調(diào)控的高性能礦物摻合料可減小顆粒間作用力，有效降低混凝土粘度。

　　第二、超早強(qiáng)礦物摻合料的加入有利于混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)的降低，提高混凝土的抗氯離子的能力的同時(shí)，提高混凝土的抗凍能力。

　　第三、現(xiàn)代混凝土服役環(huán)境日趨復(fù)雜，城市污水、工業(yè)廢水處理設(shè)施以及礦山、尾礦具有強(qiáng)酸腐蝕的環(huán)境，混凝土腐蝕嚴(yán)重，而在西部鹽堿地帶鹽腐蝕現(xiàn)象強(qiáng)烈，混凝土破壞嚴(yán)重，耐酸混凝土用高性能礦物摻合料可有效提高混凝土抗酸腐性能。

　　第四、高速鐵路、橋梁、人性道板振動(dòng)負(fù)荷大，用普通混凝土制備存在嚴(yán)重缺陷，耐久性難以保證，活性粉磨混凝土用高性能礦物摻合料將有效提高混凝土耐久性。

會(huì)間討論

　　事實(shí)證明，高性能礦物摻合料的應(yīng)用可以有效提升混凝土性能，對(duì)延長(zhǎng)建筑壽命、節(jié)省水泥用量、消耗廢棄物將發(fā)揮重要作用?？梢詽M(mǎn)足現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)對(duì)混凝土工作性能、力學(xué)性能、耐久性能等各項(xiàng)指標(biāo)的更多、更高要求。

　　結(jié)語(yǔ)：根據(jù)實(shí)際科學(xué)利用

　　隨著建筑業(yè)的不斷發(fā)展，單純注重成本和強(qiáng)度的礦物摻合料使用觀念，實(shí)際已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)在建筑的需求。文中，各方專(zhuān)家就高性能礦物摻合料的研制，高性能混凝土的制備以及礦物摻合料應(yīng)用過(guò)程中需要注重的問(wèn)題等各方面做了詳細(xì)闡述，實(shí)際為我國(guó)混凝土礦物摻合料應(yīng)用的精細(xì)化發(fā)展提供了幫助。

　　正如廉慧珍教授所言，混凝土企業(yè)需要真正認(rèn)識(shí)到每一種礦物摻合料的特殊性能，結(jié)合使用目的、使用環(huán)境、使用時(shí)間等因素充分考量，科學(xué)制定礦物摻合料使用配比，才是提升混凝土性能的有效途徑。

　　礦物摻合料有一種魔力，可以讓普通混凝土實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)、耐磨、耐久、抗酸堿等目的，但是缺乏科學(xué)的使用，仍然難以真正達(dá)到改善混凝土質(zhì)量的目的。