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行業技術

關于提高水泥適應性與調整水泥砼產品結構的思考

作者: admin    時間: 2018-07-20   

通用水泥產品結構調整方向與指導思想是:提高以較高C2S、適中C3S、低 C3A礦物組成的高性能硅酸鹽熟料及其所配制的各級別水泥的比例,以提高建筑物壽命。水泥工業應大力發展特種水泥,尤其是發展應用面可大為拓展的中、低熱硅酸鹽水泥。為加快推廣高性能混凝土與調整水泥質量等級,關鍵是推進修訂設計規范與完善應用政策措施。為提高水泥產品適應性,應鼓勵供需雙方協商標準規定以外的技術要求指標,作為補充條款,或制訂嚴于國標的企業標準。
 
  0引言

  水泥只能做為原材料用于混凝土,是不可能脫離混凝土而單獨存在的產品。目前砼早期開裂、耐久性變差的問題突岀而普遍存在。因此,采取得力措施推廣高性能水泥砼及提高水泥產品適應性顯得非常迫切與重要。長期以來, 水泥行業幾乎將水泥質量與水泥強度、水泥活性與水泥強度等同,為適應現代混凝土技術發展趨勢, 是否應當改變摻混合材只是為降低成本的觀念?如何準確描述通用硅酸鹽水泥開發方向?如何科學表達通用水泥及砼產品結構調整目標?如何提高水泥產品及標準適應性,滿足工程用戶個化性、差異化要求?提高水泥質量的方向及做法? 水泥企業如何主動應對?水泥標準應當用什么指導思想進行修訂?為適應推廣高性能水泥砼的要求,推動高性能硅酸鹽水泥開發應用,作者提出了一些思考與建議,期望與業內人士探討,以進一步厘清通用水泥及混凝土產品結構調整方向與指導思想, 促進水泥及砼業持續健康發展,加快推廣高性能砼。

  1目前對水泥及砼質量的認識誤區

  由于受一些傳統觀念、從眾思維的影響,目前國內不少從業者對有關水泥砼強度、質量與摻和料的使用、現代混凝土技術對水泥質量的要求等方面,仍存在不少認識誤區,并根深蒂固,對水泥及混凝土技術進步產生了很大負面影響。例如[1]簡單以強度高低作為水泥和混凝土“好”、“差”之分,“抗壓強度高的混凝土,其它性能都好”;“早強高的水泥或砼是好的水泥或砼”;“強度第一(甚至唯一)”,“高強或高性能砼必須用高強度(標號)水泥,建議取消32.5級水泥”;“純硅酸鹽水泥和普通水泥是正品,其它是次等品”;“認為純硅水泥是好的,摻加混合材的水泥是不好的”。將高強度砼與高性能砼畫上等號或者作為高性能砼必不可少的一部分。

  高性能混凝土是以優異的耐久性(而不是強度)作為主要特征或目標,滿足建設工程特定要求,采用優質常規原材料和優化配合比,具有優異的拌和物性能,以達到工程所要求的物理、力學和耐久性能并能長期保持的混凝土?!案咝阅堋辈坏韧凇案邩颂枴?。

  水泥膠砂強度高是水泥實物質量一方面的體現,卻不是混凝土質量的唯一保證。部分水泥企業與施工單位誤認為[2] :水泥的早期及28天強度越高水泥質量越好,其質量越有保證;水泥早強越高,施工周期可以加快與節約成本。水泥企業受片面導向及傳統認識的影響,或為了迎合施工單位的不合理需求,早強與高強被視為優質水泥的唯一標準要求。給水泥生產與砼工程帶來了一系列的嚴重問題,如熟料中C2S 、C3A過高,水泥細度更細,能耗增加;也是造成混凝土溫升大、結構應力增大、早期開裂增多與耐久性變差的主要原因。

  砼攪拌站生產的拌和物不是最終產品,必須經過澆筑、振搗、收面、拆模、養護等一系列成型工藝,制作成混凝土工程或構件才是最終產品,其中成型工藝對工程質量有很大影響[1]。

  由于水泥和混凝土分屬兩個學科體系,加上體制的原因,一直屬于兩個行業,存在嚴重的隔離現象,水泥生產和使用雙方缺乏充分溝通、了解,以至于互相誤導甚至排斥,極不利于建設工程質量和耐久性。突出表現在:過分期待水泥能滿足工程的全部要求或主導混凝土的功能,混凝土一旦出現質量問題,便主觀或潛意識地推斷是水泥質量問題引起的,較少全面系統查找影響混凝土質量的其它原因, 或水泥企業以符合產品標準或標準沒有相關指標要求為由推卸責任。信息不對稱造成各方職責無法到位,難以確定混凝土工程質量的責任者,出現質量問題時,必然糾紛不止,水泥業和作為用戶的混凝土業之間的矛盾、問題日益凸顯。

  高效外加劑及摻和料的普遍使用,改變了混凝土和水泥單一的依從關系,可以摻入大量摻和料(混合材),外加劑及摻和料已成為配制高性能混凝土必不可缺的重要組分,而不僅僅是降低成本。仍有部分水泥從業者將高性能硅酸鹽水泥錯誤地理解為就是高標號水泥,繼而誤認為推廣高性能砼就是推廣高標號水泥與高強砼。目前國內砼攪拌站所用水硬性膠凝材料實質是經二次配料工序制備的,岀廠水泥標號是由熟料摻混合材、石膏配制的。如水泥與砼產業融合或條件具備,最終的砼產品中膠凝材料組分可在水泥廠一次配制。所以說,現階段僅從利益岀發,不充分考慮應用條件而過分追求或片面推動岀廠水泥高強高標號化是另一個誤區。

  水泥是半成品,混凝土及其制品是成品,水泥生產和應用雙方要多了解對方的相關知識。水泥產品標準所定技術指標只是其基本要求與保證,而不是對優質水泥的要求標準。對水泥生產者的要求是,水泥品質的優劣應從其配制現代混凝土的性能及施工要求來衡量。對混凝土制造商的要求是,應提高其技術和管理水平,優化砼配比及原料,強化施工過程控制等。生產方應考慮混凝土綜合性能的要求提供合適及差異化的產品,使用方應根據混凝土工程的特點、環境及施工條件,考慮到不同種類和品種的水泥具有不同的性能和用途,選擇滿足要求的相應產品。

  2國內外混凝土面臨的突岀問題及其影響因素

  目前國內混凝土早期開裂、強度倒縮等導致砼耐久性差的問題非常普遍,造成了巨大的經濟及投資損失。其主要原因之一恰恰是更多地與使用普通水泥等早強高強水泥有關,也是導致砼工程質量問題、糾紛越來越多越嚴重的主要因素。

  廉慧珍推薦了《我們是否誤入了歧途-混凝土開裂觀察與思考》[3],該文系美國學者R.W.burrows在ASTM CO的報告摘要, 其核心觀點與論述:“混凝土開裂情況比50年前更加嚴重。其原因有二種,一是使用的水泥過量,二是波特蘭水泥變得更易開裂。過分強調高強早強與低滲透性的重要性而導致現代砼容易開裂,這根本不是進步;當砼最低強度由21MPa提高到28MPa,橋面開裂概率從11%增加到29%-52%”。

  現代混凝土科技與大量而普遍的工程均表明,32.5級水泥完全可配制高性能砼。目前提高砼耐久性及長期性能的主要途徑有:最大限度地降低其水膠比;使用有機外加劑和礦物摻合料;提高砼長齡期強度及致密性;改善水泥水化產物的組成。廉慧珍指岀[1]:強度高的水泥不一定配出好的砼,因為品質好的水泥除強度高外,在顆粒級配、泌水性、早期水化熱、耐久性等方面也要有好的表現。宋少民提出[4]:如果充分重視混凝土耐久性,配合比設計理念應該實現從“水膠比--強度的關系”轉變到“單位體積用水量-耐久性關系”上來。

  影響混凝土質量及耐久性的因素很多[5]:首先,從混凝土的制造來分析,主要包括配合比設計、原材料質量、施工工藝及環境條件、制作過程控制條件和后期使用維護管理等。其次,體制的原因,如短期行為嚴重及規劃設計要求低,建筑物的使用與未到使用壽命的拆建, 偷工減料及盲目降低成本,加上監管和信用缺失等方面問題。建設工程各個環節均有相應驗收程序、驗收標準與規范,將國內建筑質量及耐久性問題簡單地歸咎于水泥強度低及32.5級水泥應用量大是極不客觀的。

  JGJ55-2011《普通混凝土配合比設計規程》強調應滿足耐久性要求是本次修訂內容的重點之一。因此,在實際應用中,配制高強度等級的砼應選用強度等級高的水泥,配制低強度等級砼,則應選用強度等級低的水泥。選擇保水性較好的水泥,配制砼時有利于減少內部的泌水腔和表面的泌水層,改善混凝土的界面結構與表面硬度,可提高砼的勻質性、強度及耐久性能。

  目前用戶重點關注水泥的勻質性、適應性與施工性能。劉娟紅提出[6]:應該重新認識混凝土中的粉體材料,不要認為低強度的膠凝材料不好;要從水膠比和強度的關系轉化到用水量和耐久性的關系。目前機制砂較多,采用飽和面干的機理來進行配合比設計是比較合理的。高效外加劑和礦物摻和料的應用與發展是現代混凝土科學中最突出的成就。減水劑對改善混凝土的性能等方面起著極其重要的作用,低水膠比可以大幅提升混凝土強度。礦物摻和料的應用意義不僅是節約成本和環保,其更重要的是全面提高混凝土的各項性能。

  3 國內外通用水泥產品標準及體系、結構對比分析

  絕大多數國家水泥產品標準趨向一致,采用ISO標準體系,我國現行通用水泥標準系非等效采用歐洲標準EN-197。EN197-1只包括通用水泥,設置了CEM II波特蘭-復合水泥和CEM V復合水泥,分32.5、42.5、52.5三個等級;歐洲標準化委員會水泥與建筑石灰技術委員會(CEN/TC51)與國際標準化組織水泥技術委員會(ISO/TC74)秘書處系一套班子二塊牌子。

  美國通用水泥產品標準有三個,分別為ASTMC150《波特蘭水泥》、ASTMC595《混合水硬性水泥》和ASTM C 1157-2011《水泥標準性能規范》,由供需方選擇執行。ASTMC150 、ASTMC595分別規定了通用水泥的3d和7d強度上限值,以利于控制砼早期水化熱,減少砼開裂現象。

  歐美日并未有“普通硅酸鹽水泥”這一名稱。水泥組分是水泥品種的基本界定條件,中歐水泥標準規定的混合材品種較多。歐洲標準混合材允許摻量最大,總量最高達80%,而中國、日本、美國均為70%。我國關于組分的測定與ASTM C1157規定一致,由生產者檢測或選擇準確度更高的方法進行。

  美國水泥標準ASTM C1157-2011《水泥標準性能規范》對水泥組分、化學成分和細度沒有任何規定、限制,只對性能進行規定,增設了耐久性及其它選擇性指標,將通用硅酸鹽水泥分為6個品種。只有普通型(GU)、高抗硫酸鹽型(HS)、低熱型(LH型)規定了28天強度指標 ,分別僅為28、25和21 MPa。其中 LH型7 、28天強度指標分別為11、21 MPa(由于目前國內未對中美近幾年水泥實物樣品進行系統比對分析,經與水泥標準研制單位專家征詢討論,分別約相當于我國檢測方法強度值14.8、28.5MPa)。其它三品種即早強型(HE型)、中熱型(MH)、中抗硫型(HS), 則只規定1天或3天、7天強度,沒有規定28天強度要求,其中MH型3天、7天抗壓強度指標分別為5、11 MPa,且使用0.5的水膠比。這樣寬松而實事求是的要求,為大摻量應用混合材、改善混凝土后期性能及耐久性提供了很大的余地。ASTM C 1157直接而簡潔地體現了水泥標準的本質和功能,較好地克服了標準滯后性的缺點,能夠開放性地包容材料和技術發展。20多年來該標準已修訂多次,除部分公路工程外,已在北美廣泛接受和采用,并成為大多數工程結構規范釆納的水泥標準。該標準代表了國際水泥產品標準的發展方向,預計將會有越來越多的國家借鑒釆用,尤其對目前我國水泥及混凝土工業有很大的啟示、借鑒意義。

  現已將礦物摻和料稱為“輔助性膠凝材料”,現在或將來既使礦粉、粉煤灰價格比水泥價格高,也必須用,國內外部分地區或工程現已成為事實。如目前國內很多地區礦粉比水泥熟料價格高,但為調節水泥及砼性能,水泥廠與攪拌站也須摻用礦粉。摻和料能補償硅酸鹽水泥的劣勢,如降低砼溫升、提高抗化學腐蝕的能力和后期強度,尤其是粉煤灰抗裂性能好。

  4國內外通用水泥品種、結構發展趨勢與混合材種類、摻量特點分析

  國際能源機構和水泥工業可持續發展促進委員會擬定的《2050世界水泥工業發展技術路線圖》[7],提出了水泥發展最重要的方向是由生產普通波特蘭水泥轉向生產混合(復合)水泥,其重點是研究采用具有水硬性或膠凝性潛質的各種摻合料(混合材),替代部分熟料。摻兩種(含)以上混合材有利于改善顆粒級配、形貌和互補、疊加效應,且有利于選用混合材,降低成本,尤其摻有礦渣類材料的復合水泥, 綜合提升了水泥性能,有利于改善砼工程耐久性, 具有制造過程的經濟性和環保性,具有和易性好的施工性能和水化熱低的優點,是復合水泥產銷量高的主要原因。

  水泥是碳、氮氧化物、顆粒物、汞高排放與高能耗產品,我國水泥工業年CO2排放約12.5億噸,約占全國排放總量12%,耗煤約占國內總量6.5%;水泥工業顆粒物排放占全國排放量的15%~20%,是我國繼火電廠、機動車之后的第三大NOx排放源, 也是繼燃煤和有色金屬冶煉之后的第三大汞排放源,其單位水泥碳及NOx、SO2、Hg排放比例遠高于國外。新型干法水泥生產技術綜合能耗下降空間很小,但利用混合材或者輔助性膠凝材料會有很大發展空間,對降低單位水泥熟料用量與能耗、排放有很大意義。據測算,每增加1%的混合材摻量,噸水泥CO2排放量可減少8kg,每萬噸水泥NOx排放量減少180~210 kg。

  GB175-2007對五大通用水泥品種各等級產品規定了基本相同的技術要求,以湖南省為例,粉煤灰、煅燒煤矸石(含石煤渣、爐渣)、冶煉廢渣、石灰石四大類基本能涵蓋絕大多數混合材品種。單摻一種混合材的粉煤灰、火山灰質及礦渣水泥,由于其性能限制及用戶習慣、混合材選用局限與市場不接受等原因,生產礦渣水泥也很不經濟, 所以上述三個品種國內產銷量極少,湖南省幾乎沒有產量。目前國內42.5、32.5水泥基本上是復合雙摻或多摻(2種以上)混合材,即絕大多數是復合水泥,湖南省42.5普通水泥占總產量不到5%。僅32.5級復合水泥其石灰石摻量普遍達10%-20%左右,既降低了成本,又優化了產品部分性能。水泥生產采用雙摻或多摻混合材是普遍實際狀況,也是發展趨勢。但水泥企業應強化執行標準,按標準要求控制混合材質量與摻量,為用戶提供準確的混合材品種、摻量等信息。目前絕大多數攪拌站是選購42.5等級水泥可配制砼,其砼中膠凝材料因大量加入摻和料實際將42.5水泥配制成32.5甚至是32.5以下水泥。

  近年來歐美日水泥工業主要采取的減排節能措施:顯著減少了普通波特蘭水泥產量,降低水泥產品中熟料的比例,目前歐洲波特蘭復合水泥約占總產量的65%;應用替代燃、原料與協同處置技術;研發低碳長壽命水泥產品與可再生能源、可持續性、綠色低碳建筑及再生骨料、碳捕獲及儲存等產業化技術。

 5高性能硅酸鹽水泥開發方向

  水泥是很特殊的半成品,現行標準是以3天和28天強度判定水泥等級標號;以P·O 42.5為例,其90天、180天、360天等長齡期平均強度分別約為60、65及67MPa,而高C2S、低 C3A組成為特征的高性能水泥對應的長齡期強度分別可達68、76及80MPa甚至更高[8]。從絕大多數建(構)筑物及高性能砼的最終目標要求岀發,砼工程期望降低其水膠比、長齡期強度高,改進水泥熟料礦物組成及較低的水化熱等性能,適中或較低的3天強度、適當的28天強度?,F代混凝土建筑由于投資大,要求具有優越的耐久性,否則會造成巨大的浪費。除了對水泥強度要求之外,還對水化熱、膠砂干縮率、抗疲勞、抗沖擊性等要求越來越高。優質水泥的品質單從國標指標和建筑市場的需求來評價是不全面和不科學的,應該用水泥終端產品混凝土的長期性能要求進行評價。由于不合理的快速施工要求、過分追求窯臺產(僅控制fCaO、升重)、節約電耗、細度變細、堿含量提高、出廠水泥溫度提高、過分提高水泥強度和降低成本以及濫用混合材等因素,是影響水泥品質的主要原因。

  因此,建筑工程要重點推廣以中低水化熱、長齡期強度高為特征的高性能硅酸鹽水泥,但現在絕大多數中、低熱硅酸鹽水泥僅在水電工程使用。為提高水泥特別是高標號水泥的適應性及競爭力,目前要在建筑工程尤其是大體積工程中,加大開發生產以較高的C2S、適中C3S、低 C3A礦物組成的高性能硅酸鹽熟料及其相應制備的各級別水泥, 或在相關工程中突岀推廣應用中、低熱等特種水泥。降低水泥早期水化速率和減小水泥化學收縮應是通用水泥質量發展方向修正的重要措施之一。

  建議在GB175中增列低水化熱、長齡期強度高的相應品種,或參考EN 、ASTM C 1157標準,增加部分通用水泥品種的水化熱指標要求;強化差異化、個性化品種的生產供應。其高性能砼工程所用水泥可由水泥企業依據用戶要求配制,也可由有條件的工程用戶及商品砼攪拌站釆購硅酸鹽水泥自行配制。因此,為滿足建筑工程對長齡期強度高、低水化熱等高性能水泥或個性化的要求,提高水泥適應性,鼓勵并且今后應大力推行通過供需雙方協商標準規定以外的技術要求指標,作為補充條款,并在采購合同中明確,或制訂嚴于國標、行標的企業標準。

  但目前面臨的問題是:水泥企業若開發生產改進了部分性能或滿足高性能砼工程所用的水泥,肯定會增加部分成本,即要提高售價,而工程單位往往因此不愿接受。因此,不僅要修訂設計、應用規范,同時要修訂建筑定額、預算等。由于是用戶選擇材料及質量等級,推進應用規范修訂與配套政策措施等是解決目前難題的突破口。

  6提高水泥產品及標準適用性

  大力推行采用國際先進水平標準是我國重大技術政策,要求標準的制定與國際接軌。當前在建材標準制修訂方面,貫徹執行標準制修訂基本原則及國際慣例,如何提高標準的科學性、適用性與廣泛參與度及協調統一顯得尤為重要,更具現實意義。我國已加入WTO,國際標準都是推薦性的,有關部門與專家指岀我國產品標準制修訂仍存在以下問題[9]:受傳統行政體制與思想的慣性影響,標準還帶有計劃經濟的色彩,出現了強制性范圍偏寬、內容過細、不合理等問題。與國際通行的標準理念、內容差距較大,缺乏包容性,不利于改進、開發產品,適用性較差。另外我國原材料產品標準基本上是生產型標準,產品一般都使用代用質量特性指標,反映產品真正質量的特征指標(如水泥砼坍落度、耐久性等),在生產過程與產品岀廠中由于較難直接測定及界定,而沒有相關技術要求。

  市場需求是引導制定標準的最主要依據之一,產品類標準主要作用與目的:提高產品及服務的適用性,增強可操作性和有效性,促進技術進步、公平貿易與合理利用資源。國際標準化組織(ISO)出版的《標準化的目的與原理》[10]:“標準是‘協商一致’的結果,只有所有參與者相互協作使社會廣泛接受標準并予以實施,該標準才有價值。在制定標準時,要避免大型公司通過聯合,形成該行業的事實標準,來制定游戲規則,排擠競爭對手,獲取壟斷利潤,人為設置技術貿易壁壘”。ISO在長遠戰略計劃中提出[10]:“要增強ISO的適應能力,ISO標準要更好地了解市場需求以及加大企業參與力度和更有效地代表用戶與其他社會力量,意味著符合標準的產品或服務更容易被市場所接受。任何標準所制訂技術要術或條款的實施都取決于相應的技術支撐能力、經濟適用性和可操作性。WTO/TBT協定中要求各成員在制定技術法規和標準時要以國際標準為基礎,有國際標準但未采用,要向世貿組織做出解釋,說明沒有采用的原因?!?

  目前國內水泥產能過剩實質是熟料產能過剩,是干法線建設過多造成的,與現行水泥產品標準及所設品種、等級、各品種實際份額沒有任何關聯。在熟料產量一定或熟料產能過剩的情況下,其粉磨加工32.5與42.5水泥比例由市場需求決定,所謂32.5水泥產量大導致產能過剩這一說法顛倒了熟料產能與水泥產能之間的因果關系[5]。我國農村等偏遠地區水泥用量約占一半以上,國內約65%左右的水泥用于工程現場拌制砼,加上應用標準規范等因素,是造成我國32.5級水泥占比高的主要原因[11]。由于發達國家基本上是預拌砼,故42.5及以上水泥應用比重大。

  因此,建議通過取消32.5等級水泥來“化解產能過剩矛盾”、“提高市場集中度及效益”無任何科學依據且無作用,僅通過修訂生產領域產品標準,期望推廣42.5水泥的作用及效果很小[5] 。32.5級水泥生產使用量大,恰恰證明現行標準包含此級別是符合并適應生產應用實際需要的。如果某產品標準所定級別及品種等不齊全、不完整,會造成標準實施困難,可操作性差,脫離實際情況,且難以指導生產應用。

  水泥產品標準修訂應重點研究現代混凝土及其施工對水泥的性能要求,確定相應技術指標。而不應對生產工藝甚至配比提岀要求(定義、分類等除外),不能用配比與材料組成判定是否先進落后, 更不能作為取消某一產品的依據,否則有礙技術進步和涉及利益輸送,有違相關法律法規。

  如水泥中礦物組成要求系生產控制及工序質量指標,產品標準為限制某組分材料,也可增加有害成分要求。各種混合材摻量控制也是如此,且都有相應標準對其規定了技術要求和活性指標。水泥組分主要起到界定水泥品種的作用或條件,如有必要或避免重復,也可修訂水泥組分定義要求范圍。因此,水泥產品標準不應將礦物組成等類似工序指標列入技術要求或產品合格評審必備條件。

  目前GB175-2007及GB200《中、低熱硅酸鹽水泥》等標準正處研究修訂階段, GB/T《核電工程用硅酸鹽水泥》(征求意見稿)已發布,建議該標準并入到GB200中,可與中熱水泥品種合并,說明可用于核電工程等大體積工程,在GB200單列核電工程用水泥品種也可。并補充增加:根據供需雙方協商可摻加符合GB-1596的粉煤灰和GB/T-18046的礦渣粉,42.5級允許單摻其中一種混合材,摻量小于10%;標準應為供需雙方盡可能提供較大自由度。GB175-2007修訂建議:保留現有32.5級品種;按產品標準的結構和編寫規則等通行要求,將技術要求分為岀廠檢驗、型式檢驗兩大類。型式檢驗增加混凝土主要性能指標,并將堿含量、細度、不溶物、氧化鎂、氯離子列為型式檢驗指標,燒失量可列為選擇性指標;應控制比表面積的上限。增加使用混合材的種類;檢驗和驗收規則可增加現場取樣和判定規則。

  7摻和料更適宜由水泥廠摻加

  國內砼其摻和料組分由二部分構成或摻入,即水泥岀廠前作為混合材與熟料共同粉磨中或分別粉磨后在水泥配制時摻加一部分,國內目前42.5級水泥其混合材平均摻入量約15%(不含緩凝劑),32.5級水泥平均摻入量約34%左右。攪拌站配制砼時再摻入一部分摻和料,目前使用42.5、32.5水泥配制每立方C20~C40砼普遍摻加80~160kg左右礦粉、粉煤灰、石灰石粉等摻和料(混合材粉),約占水泥總質量的20%~60%,以到達降低成本、改善砼施工性能和耐久性等目的。

  廉慧珍極力主張摻和料由水泥廠摻加[1]:國內水泥和混凝土行業的隔離狀況所造成的突岀問題之一,目前由攪拌站摻加摻和料有很多弊端。難以用現行工藝攪拌均勻,使本質上的非勻質體更增加了不均勻性?,F今摻入摻和料和外加劑的拌和物要求應延長一倍攪拌時間,但目前基本不能做到。石膏對摻和料及水泥熟料有調節凝結時間和激發摻和料活性的作用,砼攪拌站用水泥摻加礦物摻和料時,稀釋了水泥中的石膏含量,又不可能對石膏摻量再進行優化。因而影響需水性、變形性以及抗壓、抗折強度。發達國家一般采取外加劑分次摻人的方式,國內砼攪拌站一律將外加劑溶入拌和水中一起投人,是使用效果最差的方式。有專家認為,水泥廠只生產純硅酸鹽水泥, 以便于攪拌站調整砼性能,自由度更大,讓攪拌站增設摻和料粉磨生產線,把不同摻和料、純硅酸鹽水泥按一定比例混合。但也不能解決一個致命的難題─攪拌站攪拌不均勻,且由于混凝土攪拌站難以控制進廠水泥的來源及品質,難以針對水泥品質及其變化及時調整外加劑類型與摻量。因而,很難從根本上解決水泥與外加劑的相容性問題。徐永模認為[12] :混凝土的原材料是多元材料組分,其主要性能取決于組分的均化程度?;炷辆G色制造技術的重點是均化,在混凝土設計正確的前提下,性能質量的改善取決于微觀結構均化,微觀結構的改善取決于組分分布均化,組分分布的改善取決于原料混合均化。

  由于水泥廠生產控制、管理體系等條件更完善,可確保配比更均勻,顆粒級配更合理,質量更有保障,拌和、空氣攪拌、倒庫等均化設施更完善且可采用共同粉磨方式,取得更好的均化效果,又可隨時依據原燃材料、熟料質量、有害成分等隨時調整摻和料、水泥熟料、外加劑、石膏甚至砼配比。施工方及攪拌站摻加摻和料相對來講更難監管,如預拌砼行業中普遍存在著“陰陽配合比”的現象,因為制成混凝土了,較難檢測驗收。因此,摻和料更適宜由水泥廠摻加。

  現階段攪拌站應完善拌合、均化條件,增加攪拌時間。鼓勵水泥廠按照市場化、專業化協作,生產配制商品砼專用水泥向攪拌站供應。條件具備的地方及集團企業,推行水泥粉磨系統與砼配制線布置在一起,并在管理、質量體糸與運作等方面實現兩者真正融合,可直接發送砼或水泥。一體化的連續生產更能有效保證建設工程質量,國外兩者一直是一體的,水泥產業延伸與預拌混凝土業融合為一體是發展趨勢,以有效提升混凝土質量及競爭力。此外,要通過強化購買方檢測驗收并加強監管,規范水泥企業摻加混合材行為,滿足用戶對水泥強度等性能指標的要求。

8通用水泥及砼產品結構調整方向與指導思想

  2014年全囯水泥產量24.8億噸,目前我國預拌混凝土僅占混凝土總量30%左右,C10~C30混凝土占總供應量約75%左右,其中用量最大的C30混凝土約占50%~55%左右,C35及以上砼約占25% (其中絕大部分是C35砼)。我國人口基數大,人均收入遠低于發達國家,但人均年耗水泥1.775噸(按可比水泥產量計,折算成42.5普通水泥,人均年耗水泥也達1.61噸),遠超發達國家高速發展時期人均年耗700kg左右的水平,除了大規模建設因素外,不科學、不合理地使用造成浪費是主要原因之一。

  高性能砼不是等同于高強砼,推廣應用高性能砼并不能簡單地理解成推廣高強砼與高標號水泥,高性能 砼不一定具有高強度,32.5水泥完全可配制C40甚至更高等級砼和用于結構及高性能砼工程。使用量最大的C30普通混凝土其膠凝材料中水泥熟料占比在0.5以下,不同強度的水泥很容易通過調整砼配比來制備不同標號的砼[13]。

  高強混凝土實際應用占比很少,我國目前總體情況來看,最大量的商品混凝土在C30左右。不同地區對混凝土標號的“偏好”取決于當地建筑的層高,有些平均是C25最多,有些則是C30最多或者個別市區C35稍多。因此,目前推廣應用高性能砼,一方面要全面提高結構工程用混凝土等級。另一方面,如何把普通型號混凝土的高性能化做好也是重點,對社會的貢獻會更大,提高建設工程壽命是最大的節能減排?;炷廉a品結構調整的一個重要內容或方向是解決同質化問題,差異化發展戰略就是指混凝土企業以國家產業發展戰略和市場發展趨勢為導向,以提高混凝土產品耐久性為目標,以提高產品質量和功能為重點,向建設工程提供高、中、低端和符合結構件質量要求的高性能混凝土和特種混凝土,向市場提供生產差異化、技術含量高、附加值高的混凝土產品。

  國內42.5及以上水泥比例與預拌砼比例大致等同,農村、城鎮等地區使用水泥超過總量一半以上,且絕大部分不是預拌混凝土或現場計量設施等拌制條件不具備,加上混合材粉資源、生產、專用車輛、儲存等條件限制,在施工現場不便摻加摻和料, 所用水泥只能由水泥廠直接制備,并提供相應低等級的適用水泥品種,目前絕大部分是32.5復合水泥。因此,我國預拌砼比例低及農村市場供應量大造成了42.5及以上水泥出廠比例低。

  若拋開市場需求因素,如采取行政手段強行推廣高標號水泥,極不利于廣大農村和城鎮市場應用。除將造成極大浪費外,引發的工程質量尤其是耐久性問題只會加劇,增加了全社會能耗與排放,與現今國內外大力強化節能減排的政策環境也極不相符。從科學發展及環保要求,降低單方砼中的硅酸鹽熟料消耗是必然趨勢,并有利于改善砼耐久性與長期性能。就單個工程而言,水泥的過量使用對工程質量尤其是開裂也不利,釆取加大資源浪費的辦法去推廣高標號水泥注定行不通。

  通用水泥產品結構調整的方向與指導思想是:重點圍繞提高高性能硅酸鹽熟料及其相應制備的各級別水泥(包括32.5級) 的比例,符合或盡可能滿足低水膠比、長齡期強度高和低水化熱等要求,突岀提高水泥產品適用性,以改善砼抗裂性, 滿足配制高性能砼的要求,實現提質延壽減排的目的。大力發展特種水泥、啇品砼專用水泥、砌筑水泥等品種,尤其是應用面可大為拓展的中、低熱硅酸鹽水泥。

  因此,我國岀廠水泥高強高標號化是漸進式的,僅靠水泥企業推動其作用甚小,應用與市場推動起主導作用。預計今后很長時期水泥消費結構中32.5級水泥仍會占很大比重,但會逐年下降。因其用量大尤其部分大體積與結構工程,同樣應關注并提高其適應性,改善耐久性,滿足或部分滿足配制高性砼的需要,提高建筑物壽命。由于涉及面廣,必須強化個性化、差異化水泥產品的開發供應,改造優化水泥廠工藝條件及儲存、均化、配制等設施,針對不同用戶要求,配制相應要求的水泥產品,并研究制訂配套政策、措施加以推進。

  另一方面,城市應是推廣高性能砼的重點,水泥企業要盡快采取措施主動應對,要重點開發適應高性能砼要求的硅酸鹽水泥、商品砼專用水泥輔以42.5普通水泥并盡快提高其比例。關健須通過應用要求、引導與倒逼, 只有修訂設計應用規范和提高預拌砼等級及比例,才能有效調整提高水泥質量等級與推廣高性能砼。

9結論

  (1)水泥工業應大力發展中、低熱硅酸鹽水泥、商品砼專用水泥等品種。提高以較高C2S、適中C3S、低 C3A礦物組成的高性能硅酸鹽熟料及其所配制的各級別水泥(包括32.5)比例,以改善砼開裂,提高建筑物壽命。

  (2) 推動混凝土產品結構差異化、個性化并提高其耐久性是發展方向,推進普通型號混凝土的高性能化也應是重點。為加快推廣高性能砼與調整水泥質量等級,目前應以城市作為重點,推動應用設計規范等修訂與配套政策措施是解決目前難題的突破口。

  (3)水泥廠摻加摻和料并延伸與混凝土攪拌站融合為一體是發展趨勢,有利提高建設工程質量和耐久性。推進提高出廠水泥高強高標號化與市場集中度,關健是發展預拌混凝土。

  (4)為提高水泥產品適應性,應大力推行通過供需雙方協商標準規定以外的技術要求指標,作為補充條款,或制訂嚴于國標的企業標準。

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