從高性能混凝土的技術(shù)需求談中國水泥產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整

[摘要]論述了水泥產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整的方向,42.5、52.5等級水泥應(yīng)是中國水泥產(chǎn)品的主流。水泥強(qiáng)度等級的相對提高、熟料中C3S含量的相對增加、細(xì)度的相對提高(為了早強(qiáng))是市場的需求,并不是造成混凝土開裂概率增大的最主要因素。國內(nèi)混凝土科研與應(yīng)用技術(shù)水平已經(jīng)很高,關(guān)鍵是如何管控好混凝土的施工與養(yǎng)護(hù)質(zhì)量。闡述了高性能混凝土需要的水泥所應(yīng)具備的基本性能及中國水泥混凝土工業(yè)的強(qiáng)國之路。

[關(guān)鍵詞]水泥強(qiáng)度等級;水泥品質(zhì);混凝土裂縫;結(jié)構(gòu)調(diào)整;水泥混凝土強(qiáng)國


  我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展經(jīng)歷了20多年的高速增長,開始步入增長緩速穩(wěn)定的新常態(tài)。新常態(tài)下,經(jīng)濟(jì)增長下行,水泥產(chǎn)能過剩加劇,產(chǎn)品需求萎縮,競爭非常激烈,企業(yè)利潤大幅降低。水泥行業(yè)也在從過往的以速度和增量為主導(dǎo),轉(zhuǎn)向以創(chuàng)新提升、提高資源能源利用率,提高品種質(zhì)量和效益為發(fā)展主旋律的新階段。針對水泥產(chǎn)品淘汰落后產(chǎn)能、標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新問題,中國建材聯(lián)合會喬龍德會長在西北地區(qū)水泥市場高層論壇會上強(qiáng)調(diào)[1],對取消32.5水泥的工作分為調(diào)整稅率、擴(kuò)大范圍和取消標(biāo)準(zhǔn)三步實施,即第一步把PC32.5的稅收補(bǔ)貼調(diào)整到42.5水泥的稅收補(bǔ)貼中;第二步要擴(kuò)大到取消32.5R水泥,從政策上全面取消32.5的稅收補(bǔ)貼;第三步在征得國家標(biāo)委會、住建部同意的基礎(chǔ)上,從標(biāo)準(zhǔn)上取消32.5等級水泥。目前,依據(jù)通用硅酸鹽水泥GB175-2007 ,水泥產(chǎn)品有32.5級、42.5級、52.5級、62.5級四個強(qiáng)度等級,按混合材料的品種和摻量分為硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥六個品種。據(jù)筆者預(yù)計,32.5等級水泥市場銷售量(容量)目前約為全國水泥總產(chǎn)量24億噸水泥的40%,也就是在10億噸/年左右。取消32.5等級水泥對混凝土產(chǎn)業(yè)特別是高性能混凝土產(chǎn)業(yè)有沒有影響?當(dāng)代混凝土結(jié)構(gòu)的普遍裂縫現(xiàn)象與水泥質(zhì)量到底是怎么樣的關(guān)系?中國水泥混凝土工業(yè)的強(qiáng)國之路在哪里?這些問題都值得我們建材人去深入探討。

  1  明確62.5等級以上水泥沒有必要規(guī)?;a(chǎn)

  我國東部、中部大中小城市商品預(yù)拌混凝土的普及率已經(jīng)很高,使用的水泥品種主要為P.O42.5等級;高標(biāo)號商品混凝土及預(yù)制構(gòu)件混凝土C50-C120等級,主要使用52.5等級水泥。從混凝土科學(xué)的角度和混凝土減水劑的角度看,42.5等級和52.5等級的水泥已經(jīng)足夠滿足國家建設(shè)的需要,目前世界上在具體工程上已經(jīng)實現(xiàn)應(yīng)用的混凝土標(biāo)號為C10-C120。2014年,上海建工材料公司成功將C100高強(qiáng)高性能混凝土泵送至上海中心大廈620米新高度,創(chuàng)造了混凝土超高泵送新的世界紀(jì)錄。同時,中國建筑總公司廣州東塔項目部也聯(lián)合混凝土專家在東塔實驗泵送了C120的超高強(qiáng)度綠色多功能混凝土,成功將這種混凝土從首層泵送至東塔塔頂510米的高度;2015年7月,中建一局聯(lián)合三一重工、清華大學(xué)建材研究所等單位依托深圳平安金融中心成功試驗了C100高強(qiáng)高性能混凝土可泵送至1000米的高度,這些都標(biāo)志著上海建工和中國建筑總公司乃至中國的混凝土技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國際一流水平。無論C100還是C120高性能混凝土,使用52.5等級水泥足夠可以勝任,另外還有混凝土摻合料(粉煤灰、礦渣微粉及硅灰)和高效高性能的減水劑(萘系和脂肪族減水劑的減水率可達(dá)15%-25%;氨基磺酸鹽減水劑減水率可達(dá)25%-30%;聚羧酸減水劑的減水率可以達(dá)到30%-35%)起重要作用,水泥只是水泥基混凝土的一個重要原料。62.5等級以上水泥有名無大的市場,是必然的客觀事實。但為了水泥標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)性,建議保留62.5等級水泥品種。

  2  32.5等級水泥的去與留

  2.1 32.5等級水泥市場在哪里

  32.5等級水泥的市場:農(nóng)村和中小規(guī)模鄉(xiāng)鎮(zhèn)房屋及道路的建設(shè),生產(chǎn)C10-C40等級的現(xiàn)場攪拌混凝土和現(xiàn)場攪拌抹面砂漿和砌筑砂漿;城市用建筑砂漿,包括預(yù)拌砂漿或干混砂漿;城市或農(nóng)村小規(guī)模的裝飾裝修用水泥。

  大中小城市商品預(yù)拌混凝土攪拌站,當(dāng)然可以使用32.5級水泥來生產(chǎn)C10-C30混凝土,但是在市場經(jīng)濟(jì)高度行業(yè)競爭的今天,企業(yè)家都是需要算經(jīng)濟(jì)帳的。全國各地原材料包括水泥、砂(河砂及機(jī)制砂)、碎石、粉煤灰、礦粉及混凝土外加劑等原料價格差異較大,同一標(biāo)號混凝土單方成本差異也較大,務(wù)必需要使用當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的42.5級和32.5級水泥同條件試驗混凝土性能并比較單方混凝土生產(chǎn)成本,根據(jù)性價比和混凝土施工性能來確定最佳配合比。同一標(biāo)號C10-C30混凝土,有的區(qū)域使用32.5等級水泥更經(jīng)濟(jì),有的區(qū)域使用42.5等級水泥可能更經(jīng)濟(jì),即使相差2元/m3的原材料成本也很可觀。使用32.5級水泥生產(chǎn)C10-C30商品混凝土,由于該水泥混合材較多而成份復(fù)雜,其與混凝土外加劑的適應(yīng)性問題更難調(diào)整,給商品混凝土生產(chǎn)企業(yè)帶來生產(chǎn)質(zhì)量控制難度的增大和成本上升。一般說來,根據(jù)單方混凝土中膠凝材料的多寡,針對C30-C50混凝土,使用42.5等級水泥生產(chǎn)的混凝土單方成本更具有優(yōu)勢;針對C50-C100混凝土,使用52.5等級水泥生產(chǎn)的混凝土單方成本更具有優(yōu)勢。經(jīng)過多地調(diào)研,目前國內(nèi)市場上商品混凝土生產(chǎn)企業(yè)很少使用32.5等級水泥來生產(chǎn)商品混凝土。為加快推廣應(yīng)用高性能混凝土,住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部和工業(yè)和信息化部聯(lián)合發(fā)文(建標(biāo)[2014]117號)“住房城鄉(xiāng)建設(shè)部工業(yè)和信息化部關(guān)于推廣應(yīng)用高性能混凝土的若干意見”,文件要求:“十三五”末,C35及以上強(qiáng)度等級的混凝土占預(yù)拌混凝土總量50%以上。這就意謂著32.5等級的水泥今后更沒有在商品混凝土行業(yè)存在大量利用的可能性。

  2.2 取消32.5強(qiáng)度等級的水泥,市場如何應(yīng)對

  農(nóng)村和中小規(guī)模鄉(xiāng)鎮(zhèn)的建設(shè),生產(chǎn)C10-C40等級的現(xiàn)場攪拌混凝土和現(xiàn)場攪拌抹面砂漿和砌筑砂漿,42.5等級水泥代替32.5等級水泥的結(jié)果是,要么適當(dāng)減少水泥用量,要么提高了混凝土的強(qiáng)度等級,農(nóng)村房屋壽命延長,更加堅固,特別是對地震多發(fā)地區(qū)更加有利。城市砂漿,包括預(yù)拌砂漿或干混砂漿的市場,使用42.5等級水泥代替32.5等級水泥,水泥用量可降低,但摻合料(粉煤灰或石粉)用量增加,技術(shù)上操作不存在問題。城市或農(nóng)村小規(guī)模的裝飾裝修,42.5等級水泥代替了32.5等級水泥,利弊均有。JG/T486-2015《混凝土用復(fù)合摻合料》建筑工業(yè)行業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)自2016年4月1日起在全國實施,更是為大中小型水泥粉磨站企業(yè)提供了難得的發(fā)展機(jī)遇,混凝土用復(fù)合摻合料也可供應(yīng)給農(nóng)村城建市場。

  2.3 建議32.5等級水泥可以轉(zhuǎn)為普通砂漿(抹面砂漿和砌筑砂漿)專用水泥

  如果國家層面一定要取消32.5等級水泥,筆者建議:可以把32.5等級水泥轉(zhuǎn)變成普通砂漿專用水泥在市場上存在,既然是普通砂漿專用水泥,就必須專用于生產(chǎn)普通砂漿。把普通砂漿專用水泥列為特種水泥品種。這樣,普通砂漿專用水泥仍然可以大量消納低品位工業(yè)廢渣,讓它繼續(xù)為環(huán)保產(chǎn)業(yè)做貢獻(xiàn)。

  3  混凝土摻合料工業(yè)的興起

  高性能混凝土最主要的特點之一是混凝土摻合料成為必需組分。用于水泥和混凝土中的粉煤灰GB/T1596-2005、用于水泥和混凝土中的?;郀t礦渣粉GB/T18046-2008、石灰石粉在混凝土中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程JGJ/T 318-2014、用于水泥和混凝土中的?;姞t磷渣粉GB/T 26751-2011、用于水泥和混凝土中的鋼渣粉GB/T 20491-2006、 用于水泥和混凝土中的鋰渣粉YB/T 4230-2010及混凝土用復(fù)合摻合料JG/T486-2015等國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為混凝土摻合料工業(yè)提供了機(jī)遇,混凝土摻合料的生產(chǎn),仍然是建材工業(yè)中的大中小水泥粉磨站來生產(chǎn),來供應(yīng)市場?;炷翐胶狭蠈嶋H上已經(jīng)是資源型產(chǎn)業(yè),前途光明。

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  4  現(xiàn)代混凝土的普遍裂縫現(xiàn)象與水泥質(zhì)量的關(guān)系

  張大康高級工程師[2]認(rèn)為:中國半個世紀(jì)以來,水泥熟料中C3S含量在增加、水泥強(qiáng)度在增加、水泥細(xì)度變細(xì)、堿含量增加,同時混凝土的開裂也普遍的增加,混凝土耐久性下降。工程實踐中,特別是當(dāng)代混凝土產(chǎn)生裂縫的原因很多,有變形引起的裂縫,如溫度變化、收縮、膨脹、不均勻沉陷等原因引起的裂縫;有外載作用引起的裂縫;有施工馬虎、養(yǎng)護(hù)措施不當(dāng)和化學(xué)作用引起的裂縫等等,本文不再贅述。近20多年來,中國土木工程建設(shè)需要的混凝土標(biāo)號從C20-C40等級提高到了C30-C100等級,中國的摩天大樓數(shù)量將穩(wěn)居世界第一。水泥標(biāo)號提高是市場的需要,提高水泥標(biāo)號意味著熟料C3S含量相對增加、水泥早期強(qiáng)度增加、水泥磨得相對更細(xì)。水泥是水泥基混凝土的一個重要原材料,并對混凝土抗壓強(qiáng)度起主要作用,水泥基漿體在硬化過程中的化學(xué)收縮是其本身特性,水泥細(xì)度變細(xì)會導(dǎo)致水泥基漿體在早期塑性階段收縮加大、水化反應(yīng)加速、早期水化熱增大,因此,混凝土裂縫概率增加是必然?!陡咝阅芑炷翍?yīng)用技術(shù)指南》指出[3]:硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥的比表面積不宜大于350m2/Kg。盡管如此,人類依然可以發(fā)揮主觀能動性,控制混凝土裂縫的關(guān)鍵還是要依靠人的因素[4]。全國有上百名混凝土科學(xué)家,有數(shù)萬名混凝土專業(yè)工程師,全世界混凝土科研及應(yīng)用論文已經(jīng)發(fā)表數(shù)十萬篇,但是混凝土裂縫問題依然十分普遍。筆者認(rèn)為:關(guān)鍵的關(guān)鍵還是混凝土的施工管控和養(yǎng)護(hù)沒有得到足夠的重視,高素質(zhì)高度責(zé)任心的混凝土工人變得越來越屈指可數(shù)。這里列舉出新舊混凝土施工方法的對比。

  舊建筑施工方法:混凝土現(xiàn)場攪拌,人工半機(jī)械化搬運(yùn),混凝土砂率相對低,混凝土坍落度較小,一般入模坍落度30-90mm,施工仔細(xì)認(rèn)真,混凝土很少有裂縫,結(jié)構(gòu)耐久。

  新建筑施工方法:商品預(yù)拌混凝土,機(jī)械化運(yùn)輸,混凝土泵送施工,混凝土砂率高,水泥基漿體豐富,混凝土坍落度大,一般入模坍落度160-220mm,施工快,混凝土抹面工序操作馬虎,養(yǎng)護(hù)差,裂縫多,混凝土裂縫現(xiàn)象已經(jīng)司空見慣。

  問題的癥結(jié):混凝土科研與應(yīng)用技術(shù)進(jìn)步很快,關(guān)鍵是混凝土的施工管控與養(yǎng)護(hù)作業(yè)跟不上,建筑工人素質(zhì)跟不上,責(zé)任心缺乏。需要強(qiáng)調(diào),普通型泵送混凝土入模板施工的黃金坍落度為140-160mm,如鋼筋特別密集,可減小碎石粒徑,適當(dāng)增加坍落度到180-200mm。入模坍落度從140mm到220mm,特別是混凝土的現(xiàn)澆墻板,混凝土收縮裂縫出現(xiàn)的概率可從30%提高到90%?;炷撩鎸拥牧芽p,通過混凝土終凝前多次抹面、及時塑料布覆蓋、終凝后的保濕養(yǎng)護(hù)充分,完全可以大幅度降低混凝土開裂的概率?;炷翂Π宓牧芽p,可以通過降低入模坍落度,混凝土中加入聚丙烯纖維,降低施工速度,加強(qiáng)振搗,及早澆水保濕養(yǎng)護(hù)等辦法來降低開裂概率。

  提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的關(guān)鍵是減少結(jié)構(gòu)混凝土裂縫,減少混凝土裂縫的關(guān)鍵是在混凝土施工和養(yǎng)護(hù)上多下功夫,提高工人責(zé)任心比什么都重要?;炷敛豢赡苁鞘赖牟牧?,從原材料到配合比設(shè)計,從攪拌運(yùn)輸?shù)奖盟褪┕ぃ瑥恼駬v抹面作業(yè)到保濕養(yǎng)護(hù),每一步都要操心、用心、精心,才可以切實減少混凝土開裂,最后再通過混凝土的裂縫修補(bǔ)措施,從而提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

  中央城市工作會議提出力爭10年左右的時間“裝配式建筑占新建建筑比例達(dá)到30%”,裝配式建筑是指把傳統(tǒng)建造方式中的大量現(xiàn)場作業(yè)工作轉(zhuǎn)移到工廠進(jìn)行,在工廠加工制作好建筑用構(gòu)件和配件(如樓板、墻板、樓梯、陽臺等),運(yùn)輸?shù)浇ㄖ┕がF(xiàn)場,通過可靠的連接方式在現(xiàn)場裝配安裝而成的建筑。大力發(fā)展裝配式建筑,為混凝土預(yù)制構(gòu)件企業(yè)的發(fā)展提供良好的機(jī)遇,混凝土構(gòu)件工廠化預(yù)制,更是要求混凝土要盡量早強(qiáng)高強(qiáng)快凝,加快模板周轉(zhuǎn)周期,也要求我們水泥產(chǎn)品一定要在42.5等級以上,由于這種施工方式的混凝土坍落度相對較小,也有利于減少混凝土構(gòu)件裂縫概率。

  5  高性能混凝土需要什么樣的水泥

  20多年來,隨著預(yù)拌混凝土產(chǎn)業(yè)的興起,高性能混凝土在我國的工業(yè)與民用建筑、水利大壩、鐵路、高速公路橋梁、海洋工程、核電站工程等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。高性能混凝土需要的水泥所應(yīng)具備的基本性能應(yīng)如下:

  (1)水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量盡量小,一般控制在25%-28%之間;

  (2)水泥品質(zhì)穩(wěn)定,強(qiáng)度波動小,水泥早后期強(qiáng)度增長穩(wěn)定;

  (3)水泥助磨劑摻量參照國外同類產(chǎn)品,一般控制在0.1%及以下,對混凝土外加劑的作用和影響??;

  (4)水泥標(biāo)號應(yīng)在42.5等級、52.5等級;

  (5)不建議使用礦渣硅酸鹽水泥,特別是高爐礦渣作為混合材和熟料一起粉磨生產(chǎn)的礦渣水泥,由于其中礦渣粒度粗,造成混凝土容易泌水,嚴(yán)重時混凝土容易離析,不利于混凝土的施工和質(zhì)量。支持符合國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的礦渣微粉做混凝土摻合料,在生產(chǎn)高性能混凝土?xí)r摻入,用以提高混凝土耐久性及降低混凝土成本;

  (6)水泥細(xì)度不宜超過350m2/Kg;

  (7)混合材品種及用量要滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求,水泥粉體顏色均勻穩(wěn)定。

  (8)部分高性能混凝土需要特種水泥,如核電站用水泥、海工用水泥、大壩用水泥及早強(qiáng)快硬的硫鋁酸鹽水泥等。

 6  中國水泥混凝土工業(yè)的強(qiáng)國之路

  水泥產(chǎn)業(yè)是典型的傳統(tǒng)制造業(yè),目前國內(nèi)還有3000家左右的水泥生產(chǎn)企業(yè),面臨轉(zhuǎn)型和升級的重要任務(wù)。落后就要被淘汰,強(qiáng)者才可以生存于市場,這是市場競爭的規(guī)律。當(dāng)前水泥年產(chǎn)24億噸左右,行業(yè)大而不強(qiáng),又面臨資源、能源、環(huán)境的巨大壓力。國家工信部作為行業(yè)主管部門,要鼓勵、支持大水泥集團(tuán)公司加快企業(yè)兼并重組的步伐,除西藏及少數(shù)偏遠(yuǎn)地區(qū)外,對于2500T/d以下的各類干法窯各地區(qū)要因地制宜制定淘汰時間表。國家質(zhì)監(jiān)和環(huán)境保護(hù)部門嚴(yán)格執(zhí)法,堅決執(zhí)行最新頒布的GB4915-2013《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》和GB16780-2012《水泥單位產(chǎn)品能源消耗限額》標(biāo)準(zhǔn),堅決關(guān)停淘汰一批落后產(chǎn)能。水泥工業(yè)首先治理好粉塵污染問題,然后考慮廢氣的脫硝、脫硫,最后考慮CO2的撲捉、收集、凈化、回收利用;加大力度研究建筑廢棄物的回收利用、特種水泥研究及應(yīng)用、特種混凝土研究及工程應(yīng)用、水泥窯熱能回收高效利用及混凝土修補(bǔ)材料等。水泥及混凝土工業(yè),理應(yīng)是環(huán)境友好型企業(yè),不僅不應(yīng)造成環(huán)境污染,通過處置消納工業(yè)廢渣、廢棄危險品、城市生活垃圾、污泥等社會公益行為,成為環(huán)保產(chǎn)業(yè)中的重要成員。希望我國有社會作為和影響力的大水泥集團(tuán)公司加強(qiáng)自己企業(yè)的科技創(chuàng)新,從裝備一流、工藝先進(jìn)、智能化控制、環(huán)保突出、高效節(jié)能到綠色發(fā)展等領(lǐng)域趕超世界先進(jìn)水平。水泥工業(yè)通過科技創(chuàng)新、完善產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展(從礦山骨料-熟料基地-粉磨站-預(yù)拌商品混凝土-預(yù)制建筑混凝土構(gòu)件-綠色建筑),完全可以為人類環(huán)保事業(yè)作出更大的貢獻(xiàn),我國的水泥及混凝土工業(yè)也完全可以實現(xiàn)強(qiáng)大之夢、綠色之夢。


  參考文獻(xiàn):

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