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論現(xiàn)代混凝土對水泥性能的要求

發(fā)布時(shí)間:2022-08-31

混凝土礦物摻和料應(yīng)用技術(shù)交流會之后,一種別樣的感覺油然而生,深感作為水泥技術(shù)人員對現(xiàn)代混凝土的發(fā)展,是如此地不了解、不協(xié)調(diào)、不適應(yīng),甚至發(fā)現(xiàn)過去對混凝土的傳統(tǒng)看法和良好愿望,竟然與這種發(fā)展相背而馳。而且筆者還相信,在閱讀和了解了這些現(xiàn)代混凝土理念和技術(shù)的重大進(jìn)步之后,這種感覺決非為我個(gè)人所獨(dú)有。那么什么是現(xiàn)代混凝土呢?它是以低水膠比、低水泥用量、低單位體積用水量為主要技術(shù)特性的混凝土,它是在***利用***減水劑和大摻量礦物摻和料的基礎(chǔ)上獲得的混凝土,是當(dāng)今混凝土技術(shù)的發(fā)展方向。由于現(xiàn)代施工方法的改變,大流態(tài)混凝土成為現(xiàn)代混凝土的主體。為此,混凝土作為多組分平臺,不只要從系統(tǒng)角度對***組分的作用重新認(rèn)識,而且對其中的粉體——膠凝材料更要有嶄新的認(rèn)識,因?yàn)榛炷林行枰a(chǎn)物填充的空隙已經(jīng)大大減小,為了達(dá)到同樣的混凝土強(qiáng)度,無須再追求凝膠的數(shù)量,也不必對膠凝材料的活性過分苛求。本文對此展開討論。1制作混凝土要從耐久性出發(fā)1.1混凝土強(qiáng)度對水泥的依賴程度變小盡管現(xiàn)代混凝土對強(qiáng)度等力學(xué)性能有基本要求,但它的關(guān)鍵性能已從著眼于強(qiáng)度,轉(zhuǎn)移到耐久性的長遠(yuǎn)目標(biāo)上來。因?yàn)榛炷翉?qiáng)度高并不一定耐久性就長;相反,強(qiáng)度越高的混凝土由于缺乏整體彈性,反而容易開裂,導(dǎo)致建筑物使用壽命的縮短。過去水泥人對混凝土耐久性也略知一二,無非是要求***抗凍性能、抗?jié)B性能、抗碳化性能、抗硫酸鹽侵蝕及抗堿骨料反應(yīng)等,而且還認(rèn)為要具有這些性能,只有提***標(biāo)號、降低有害元素含量就是出路。實(shí)際上,即便達(dá)到上述這些指標(biāo),混凝土也不見得耐久性就好。為此,水泥企業(yè)一定要對單純追求強(qiáng)度的觀念徹底更新,不能再將生產(chǎn)高標(biāo)號水泥引以為自豪,當(dāng)作弦耀質(zhì)量優(yōu)異的資本,甚至不惜增加電耗磨細(xì)水泥(***比表面積)、或添加助磨劑等辦法實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。有些企業(yè)為了***低需水量的要求,不是從改善熟料晶相組成及粉磨粒徑控制上想主意,卻從摻入減水劑中尋求出路,反而增大了攪拌站試配的難度……。***這些,都表明水泥制造者已經(jīng)走入了誤區(qū)。為了耐久性的***,我們至少應(yīng)當(dāng)將防止混凝土開裂,作為***水泥性能的基本課題。盡管開裂的原因不只來源于水泥,但依靠磨細(xì)產(chǎn)品***高標(biāo)號的工藝,就是導(dǎo)致混凝土開裂的原因,而且必將帶來水化熱過高、后期強(qiáng)度過低等一系列劣質(zhì)性能。有一個(gè)真實(shí)的故事,可以說明“追求強(qiáng)度”在行業(yè)中是司空見慣的。在新疆一個(gè)有六十余年歷史的老水泥廠,由于沒有跟上技術(shù)進(jìn)步的步伐,裝備已經(jīng)陳舊落后。盡管如此,年他們?yōu)槟秤脩舫晒ιa(chǎn)了52.5號水泥,為此,該廠興高彩烈地準(zhǔn)備申請?jiān)谏a(chǎn)許可證上增加高標(biāo)號品種?烧(jīng)辦人員的答復(fù)卻是:“你們現(xiàn)在的裝備都已在國家規(guī)定淘汰之列,不讓你們立即停產(chǎn)就不錯(cuò)了!眹樀迷撈髽I(yè)再不敢提及此事。這就是當(dāng)前從管理到生產(chǎn),全行業(yè)對待產(chǎn)品質(zhì)量的縮影:生產(chǎn)者***感興趣的是用戶的高標(biāo)號要求,并以此表明自己的水平;而管理者則以裝備規(guī)格大小,對企業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量說事……。上上下下都在與混凝土性能的發(fā)展嚴(yán)重脫節(jié),但似乎都還是那么一本正經(jīng)地履行職守。再退一步說,即便混凝土需要強(qiáng)度,也已經(jīng)用不著完全依賴于水泥。實(shí)驗(yàn)證明,當(dāng)外摻料細(xì)磨后,也會依靠顆粒間界面的范德華力增加強(qiáng)度;更何況在減水劑作用下,不僅***了混凝土施工對流動度的要求,而且由于大幅降低混凝土的水膠比,必然大幅減少拌合物中留下的空隙,這種增強(qiáng)渠道才是溯本追源,它并不亞于水泥水化膠合物的充填作用。因此,水泥生產(chǎn)者更應(yīng)關(guān)心混合材與熟料粉磨后的粒徑組成,盡量減少水泥不合理粒徑組成為混凝土帶來的孔隙。對比當(dāng)今水泥企業(yè)控制水泥質(zhì)量仍張口閉口以篩余、比表面積說事,且不說觀念陳舊所帶來的盲目,與當(dāng)前物料粒徑組成的檢驗(yàn)技術(shù)相比,業(yè)已如此落后,如果從***混凝土性能的目標(biāo)相比,更有如南轅北轍。正是由于減水劑的使用,當(dāng)混凝土的水膠比越發(fā)低于0.5時(shí),就能大幅縮減混凝土中水泥的用量,這不僅降低了混凝土的成本,而且這樣才可能降低需水量。水化熱降低,有利于減少混凝土開裂的可能,極大地***混凝土的關(guān)鍵性能——耐久性。如此看來,原來混凝土中***小水泥用量的規(guī)定,現(xiàn)在不僅沒有積極意義,反倒成為阻礙混凝土技術(shù)進(jìn)步的障礙。由此覺得“廢除某些水泥標(biāo)準(zhǔn)便可以緩解水泥供大于求”的決策有些可笑,簡直不能與混凝土節(jié)能減排的大手筆——減少水泥用量相比。1.2外摻料發(fā)揮的作用越來越大在對待外摻料態(tài)度上,現(xiàn)代混凝土有了翻天覆地的變化,以前,不論是水泥工作者,還是混凝土工作者,都以為摻加混合材就是為了降低成本,是一種變相的“摻假”。然而,現(xiàn)在外摻料的正確添加,已經(jīng)成為***水泥、混凝土性能中不可少有的手段。以粉煤灰的添加為例,過去總是在***考慮水泥和骨料的特性基礎(chǔ)上,如何按照等量或***量替代計(jì)算其摻量,而且常以試驗(yàn)室固定水膠比的試驗(yàn)配方為指導(dǎo)。在這種單一線性關(guān)系的分析方法中,即使摻量不大,與不摻的混凝土相比,28 d以上齡期的養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度都會降低,收縮增大,抗碳化、耐磨耗等耐久性指標(biāo)也隨之明顯下降。因此多摻粉煤灰,就成了摻假的代名詞,只有限制摻量了事。但實(shí)踐已證明,現(xiàn)代混凝土使用***及復(fù)合減水劑后,大幅降低拌合物的水膠比,通過大摻量粉煤灰(50%),反而極大地***了現(xiàn)實(shí)中混凝土的施工性能及使用性能。這說明,只有從整體角度分析影響因素時(shí),才會重視水膠比這個(gè)影響強(qiáng)度的***敏感的因素。此時(shí)需要用“壓實(shí)因數(shù)”作為評價(jià)指標(biāo),而不應(yīng)再延用“等坍落度值”作為配比設(shè)計(jì)依據(jù),后者只能評價(jià)拌合物剪切極限,而反映不出其塑性粘度的變化。甚至應(yīng)當(dāng)將粉煤灰視為獨(dú)立組分計(jì)算配料,因?yàn)橐环矫嬖诎韬衔锛铀跗,粉煤灰對水分有吸附作用,有利于補(bǔ)充水泥在繼續(xù)水化過程中不足的水,起到“內(nèi)養(yǎng)護(hù)”作用;另一方面,粉煤灰水化速度慢,可以降低水化熱,緩解混凝土施工中溫升較快的傾向,減小了混凝土構(gòu)件的體積變化,有利于防止構(gòu)件的開裂。從這種概念出發(fā),說明當(dāng)前粉煤灰的分級標(biāo)準(zhǔn)并不恰當(dāng),不僅不利于所謂低等級粉煤灰的利用,還不能準(zhǔn)確表現(xiàn)粉煤灰對水膠比的影響,反而錯(cuò)失了它改善混凝土性能的機(jī)會。對照當(dāng)今水泥行業(yè)中對混合材使用的研究,在近年相關(guān)雜志發(fā)表的論文中,盡管先驅(qū)者也在考慮讓它與熟料的粒徑組成能合理組配,但更多看到的卻仍是纏綿于混合材在水泥中的化學(xué)活性作用,而且還無法擺脫0.5的標(biāo)準(zhǔn)水灰比試驗(yàn)驗(yàn)證。我們的不少標(biāo)準(zhǔn)仍是過多糾纏在對材料組成、生產(chǎn)過程的指令性指標(biāo)上,而不是加強(qiáng)性能型指標(biāo)的規(guī)定,比如控制各類水泥中混合材的加入量,就與混凝土要規(guī)定水泥的***少摻用量一樣。這種習(xí)慣性思維,不僅嚴(yán)重束縛了混合材對混凝土質(zhì)量的貢獻(xiàn),還會導(dǎo)致大量所謂劣質(zhì)混合材的無法使用。實(shí)際上,為了混凝土的耐久性,抗氯離子滲透性能、抗凍性能試驗(yàn)、抗硫酸鹽侵蝕性能等都是經(jīng)常要求的指標(biāo)。而礦粉及粉煤灰的分別摻加,或復(fù)合摻加,只要有合理的配比,并取代水泥,都會使這些性能得到***。當(dāng)摻量較大時(shí)(一般不***過50%),對它們的改善程度越高。外摻料種類繁多,完全可以因地制宜,除貫用的粉煤灰、礦渣粉外,石灰石粉等材料也日益得到青睞,而且摻量在粒徑合理時(shí)可大幅增加,以代替水泥用量。當(dāng)今混凝土協(xié)會下都設(shè)有不同的外摻料分會,就足以說明外摻料對混凝土性能的重要性。對于不同種類的外摻料要有不同摻量設(shè)計(jì),尤其復(fù)合使用后,會獲得更好效果。對此,水泥企業(yè)要將自身混合材的選用與配料,與混凝土企業(yè)聯(lián)手,進(jìn)一步合作尋找將水泥混合材與混凝土外摻料統(tǒng)一計(jì)算配方的途徑,研制并生產(chǎn)***的外摻料,才是成為兩個(gè)行業(yè)走向共贏的重要渠道。1.3對骨料的要求在變隨著優(yōu)質(zhì)河砂資源的枯竭,機(jī)制砂正在成為現(xiàn)代混凝土生產(chǎn)的主要砂源,因此,對骨料質(zhì)量的研究及要求將會實(shí)現(xiàn)跨躍性***。骨料要求的重點(diǎn)將是粒徑比及粒形合理,它是關(guān)系水泥用量及混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié),而不是曾被想像的那樣骨料的硬度越高越好,相反,過硬的骨料反倒會破碎成更多片狀、條狀等不理想粒形,也易形成級配不合理,粗、細(xì)顆粒都偏多的呈啞鈴型組成,它們只能制造漿體較多、用水量較高的混凝土。因此,凡是要想向骨料生產(chǎn)線發(fā)展的水泥企業(yè),就應(yīng)該重視這些標(biāo)準(zhǔn),重新審視與選擇骨料的來源。2混凝土施工性能與產(chǎn)品性能的***性混凝土為了要求耐久性,還必須先***它的施工性能?梢韵胂瘢绻麤]有和易性做保障,就無法保證混凝土的均勻密實(shí)成型,水膠比雖低了,但強(qiáng)度并不一定高,耐久性也并不一定好。反之,如果中低強(qiáng)度混凝土施工不接受對坍落度較低的控制,就難以增加粉體用量,前述的***性能也必將難以實(shí)現(xiàn)。獲取高施工性能的關(guān)鍵之一是,***水泥與外加劑的相容性,即在盡可能少使用外加劑的情況下,同樣的需水量,混凝土就能獲得足夠的流動性、泵送性。因此,水泥企業(yè)需要開展與用戶使用相對應(yīng)的外加劑相容性的檢驗(yàn)和控制,而且要做與攪拌站實(shí)際水灰比條件下的相容性,而不能只按標(biāo)準(zhǔn)水灰比進(jìn)行。如果用0.5標(biāo)準(zhǔn)水灰比檢測外加劑的質(zhì)量,并不能表明水泥在混凝土中與外加劑相容的實(shí)際水平。只有用實(shí)際水灰比檢測,才可能為混凝土控制質(zhì)量創(chuàng)造條件。水泥走向市場的這種必要性,雖然已被不少同行所認(rèn)識,明確它已不再是可有可無的檢驗(yàn)項(xiàng)目,但在摸索水泥生產(chǎn)環(huán)節(jié)中如何***相容性,仍有相當(dāng)長的路要走。獲取高施工性能的關(guān)鍵之二是,應(yīng)該重視粉體的作用。粉體所具有的優(yōu)良需水特性,及應(yīng)該有合理顆粒級配,而不是過高的活性,尤其不要求早期的高活性,才能為混凝土施工創(chuàng)造更好的條件?梢赃@樣理解,只有早期的低活性,才表現(xiàn)需水量小,才有可能表現(xiàn)為良好的***細(xì)填料行為,才能與水泥顆粒共同構(gòu)成合理的膠凝材料。因此,那種石灰石粉料或與質(zhì)量并不理想的粉煤灰按比例配制的新型礦物摻和料,都將是更受歡迎的增加混凝土和易性的材料。這個(gè)結(jié)論與對水泥生產(chǎn)中一直摻用石灰石粉的認(rèn)識所不同,以為摻用石灰石粉僅僅是一種降低成本或追求早強(qiáng)的惰性混合材,這種認(rèn)識實(shí)在是過于膚淺。由于石灰石粉表面能較低,易于分散,達(dá)到同樣流動性時(shí)需水量可減少,而***細(xì)石灰石粉更表現(xiàn)出優(yōu)異的減水增塑效果,在低中強(qiáng)等級混凝土中,它能在同樣坍落度時(shí)單位體積用水量明顯減少;而對高強(qiáng)等級混凝土,它可以使其粘度顯著降低,同樣有利改善流動性。應(yīng)該明確,石灰石粉不完全是一種惰性混合材料,后期可以生成三碳水化鋁酸鈣和單碳水化鋁酸鈣;早期具有一定的促進(jìn)水化的加***應(yīng),一定摻量下對早期強(qiáng)度影響不大;又由于不是自身水化,混凝土水化溫升并不高。***這種特性再次說明,將***粉體作為膠凝材料統(tǒng)一對待才是明智之舉;對這些特性的應(yīng)用也說明,沒有放之四海而皆準(zhǔn)的***材料,只有合理利用它的特性為我所用的先進(jìn)理念。3混凝土對水泥性能的高要求水泥人必須清楚,現(xiàn)代混凝土對水泥強(qiáng)度的依賴程度大幅降低,32.5號水泥照樣可以輕松配制C60混凝土。今后,混凝土將以水泥性能的穩(wěn)定性、產(chǎn)品的均質(zhì)程度、對外加劑的相容性好等標(biāo)準(zhǔn),作為區(qū)別水泥性能優(yōu)劣的關(guān)鍵?梢灶A(yù)測,未來這些性能不佳的42.5號水泥,其售價(jià)將很難比性能俱佳的32.5號水泥高,甚至將來可能以出廠水泥主要性能的標(biāo)準(zhǔn)偏差大小來劃分水泥等級、評定價(jià)格。穩(wěn)定***這些性能,將是對每個(gè)水泥企業(yè)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。它決不與企業(yè)規(guī)模大小成正比,相反生產(chǎn)規(guī)模越大,生產(chǎn)均勻性的要求將越高。那些存在這些劣習(xí)的企業(yè),諸如不能控制或不想控制進(jìn)廠原燃料質(zhì)量穩(wěn)定(比如對石灰石礦山不開采、讓沒有資質(zhì)的企業(yè)承包開采、購買原材料拚命壓低價(jià)格)的,也不重視使用可靠計(jì)量設(shè)施(不重視在線儀表檢測、仍按盤庫計(jì)算產(chǎn)量、消耗指標(biāo))的,設(shè)備不能完好運(yùn)行(企業(yè)仍是低價(jià)采購裝備、設(shè)備運(yùn)行仍然依靠維修為主)的企業(yè),勢必?zé)o法讓產(chǎn)品進(jìn)入具有穩(wěn)定性能的行列。4結(jié)束語應(yīng)該坦率承認(rèn),在我國水泥十余年產(chǎn)能的大發(fā)展中,對高性能水泥的研究并不多,在市場上,也很難見到高性價(jià)比水泥的蹤影,甚至高性能水泥并沒有以高價(jià)售出。***糟糕的是,大家都在比拼壓低價(jià)格的同時(shí),卻以為水泥已經(jīng)“同質(zhì)化”,在質(zhì)量上不求進(jìn)取,這是理念上的誤區(qū)和差距,它已經(jīng)成為***水泥質(zhì)量的絆腳石,必須盡快更新。當(dāng)然,混凝土行業(yè)自身的技術(shù)如此迅速發(fā)展,并不代表整個(gè)行業(yè)都跟上了這個(gè)脈博,從年吳中偉院士提出高功能混凝土的概念,到現(xiàn)在已有二十余年,仍是在逐步深入的過程中,但畢竟變成了實(shí)踐。據(jù)說***數(shù)千個(gè)混凝土攪拌站,已有企業(yè)在大膽嘗試生產(chǎn)高性能混凝土,盡管為數(shù)不多。因此,水泥行業(yè)當(dāng)下的不理解還不必過分責(zé)備,也還有情可原,但是能被諒解的時(shí)間不會太長。因?yàn)檫@將是水泥與混凝土行業(yè)節(jié)能減排帶有方向性的進(jìn)步,過去的工藝認(rèn)識,讓我們多耗能而并未得到高質(zhì)量的歷史,隨著***領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步,必然會被改寫?梢灶A(yù)言,有了值得追求的新技術(shù)、新思路,對此技術(shù)發(fā)展理解的速度與深度,既是對混凝土行業(yè),也是對水泥行業(yè)的又***大浪淘沙,那些不肯理解者,在當(dāng)今水泥、混凝土已遠(yuǎn)供大于求的市場中,勢必被無情淘汰。