配制高性能混凝土的技術(shù)原則

邵品榮，黃光輝

（1. 金冠建材（深圳）有限公司，廣東　深圳　518116；2. 貴州畢節(jié)磐石建材有限公司，貴州　畢節(jié)　551603）

配制高性能混凝土的技術(shù)原則

邵品榮1，黃光輝2

（1. 金冠建材（深圳）有限公司，廣東深圳518116；2. 貴州畢節(jié)磐石建材有限公司，貴州畢節(jié)551603）

何謂高性能混凝土，業(yè)內(nèi)有許多不同的解讀和看法。但混凝土的施工性、設(shè)計強(qiáng)度的保證和耐久性是公認(rèn)的三項(xiàng)評估高性能混凝土的技術(shù)要素。以往的觀念，混凝土配合比的設(shè)計常常以強(qiáng)度為唯一指標(biāo)，而忽視了施工性和耐久性指標(biāo)。強(qiáng)度是重要的，必須達(dá)到。但如果施工性不好（包括混凝土和易性、粘聚性、保水性、可泵性等）就會影響混凝土的密實(shí)度，出現(xiàn)裂縫而影響混凝土的耐久性。根據(jù)混凝土原材料——水泥、摻合料、減水劑、水的特性，本文就設(shè)計和配制高性能混凝土?xí)r運(yùn)用“二多二少”原則的實(shí)踐結(jié)果與同行分享經(jīng)驗(yàn)。

綠色建材；高性能混凝土（HPC）；“二多二少”原則

0　前言

根據(jù)住建部和工信部的文件，高性能混凝土作為重要的綠色建材，對提高工程質(zhì)量、降低工程全壽命周期的綜合成本，以及發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步、推廣混凝土行業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整具有重大意義。為此，商品混凝土企業(yè)配制和生產(chǎn)高性能混凝土將成為混凝土發(fā)展的方向。

商品混凝土企業(yè)目前正面臨減產(chǎn)能的大環(huán)境。要在這個大環(huán)境下不被淘汰就必須要從改善供應(yīng)側(cè)（服務(wù)客戶、控制成本、技術(shù)創(chuàng)新）著手。大浪淘沙中部分企業(yè)一定會被淘汰，也會有優(yōu)秀企業(yè)脫穎而出。

混凝土企業(yè)要生存首先是看其能否在減價競爭（甚至是零利潤）中通過升級轉(zhuǎn)型、技術(shù)創(chuàng)新、提高混凝土質(zhì)量、降本增效實(shí)現(xiàn)盈利，在市場競爭中生存和發(fā)展。另一面，企業(yè)還必須通過“應(yīng)社會發(fā)展要求企業(yè)提供綠色建材”這一關(guān)，也就是商品混凝土企業(yè)必須轉(zhuǎn)型生產(chǎn)高性能混凝土，以符合社會對綠色發(fā)展的需要。

高性能混凝土的廣泛應(yīng)用和推廣需要正確的理念和科學(xué)的發(fā)展技術(shù)支持作為支撐。住建部和工信部多次發(fā)文要求混凝土企業(yè)發(fā)展高性能混凝土（簡稱 HPC），就是要求混凝土在設(shè)計和生產(chǎn)中體現(xiàn)強(qiáng)度和耐久性并重，混凝土有良好的拌合物施工性能。而選用優(yōu)質(zhì)原材料、優(yōu)化混凝土配合比、綠色和預(yù)拌生產(chǎn)、精細(xì)化施工、科學(xué)驗(yàn)收，則是從原材料優(yōu)化技術(shù)到綠色生產(chǎn)技術(shù)一體化的技術(shù)。

下文就 HPC 的評價、配制和生產(chǎn)的討論只是拋磚引玉，希望業(yè)界重視，共同為商品混凝土行業(yè)的市場發(fā)展和綠色建材概念的推廣作出貢獻(xiàn)。

1　原材料的評估和選擇

混凝土原材料的評估和選擇是為優(yōu)選原材料、優(yōu)化配合比、生產(chǎn)綠色建材服務(wù)。

1.1水泥

水泥是為混凝土提供強(qiáng)度不可或缺的必要成分，但同時也為混凝土帶來負(fù)面的作用：如水化熱、收縮。水泥生產(chǎn)中使用石膏不當(dāng)、選用摻合料不當(dāng)、水泥礦物中的 C3A 成分過高、水泥磨細(xì)度太大等都會給混凝土的耐久性和施工性帶來負(fù)面的影響。所以選擇水泥不應(yīng)只看價格，還必須注重品質(zhì)。而且在設(shè)計混凝土配合比時，應(yīng)該考慮在滿足設(shè)計強(qiáng)度和足夠富余系數(shù)情況下盡量少用水泥，從而減少水泥對混凝土耐久性和施工性的負(fù)面影響。

1.2水

水是提供混凝土施工性能必不可少的原材料，也是影響強(qiáng)度和耐久性的主要源頭。如何能在保證施工性的前提下，盡量減少混凝土單位用水量，是配制生產(chǎn) HPC 所必需的重要準(zhǔn)則。

1.3減水劑

減水劑在商品混凝土中的作用越來越凸顯。木質(zhì)素系減水劑是利用造紙廢液生產(chǎn)的，是廢物利用的環(huán)保產(chǎn)品。因其減水率只有8%～14% 被稱為普通減水劑。

70年代，在我國研發(fā)和生產(chǎn)多核體萘磺酸鈉，減水率達(dá)到18%～20% 以上，稱為高效減水劑。但由于生產(chǎn)過程排放造成的污染（特別是甲醛的釋放），大中城市已基本禁止生產(chǎn)，逐漸被第三代聚羧酸系高性能減水劑所取代。

快速發(fā)展的聚羧酸減水劑是環(huán)保型的產(chǎn)品。因其減水性特別好，大量推廣已成大勢所趨。聚羧酸系減水劑具有減水率高、適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)。但是，一般聚羧酸對砂石含粉、泥量以及摻量和用水量特別敏感（這些因素都會造成混凝土施工性的劣化）因此給聚羧酸減水劑的快速推廣造成了一定的影響。近年已有減水劑生產(chǎn)企業(yè)針對以上敏感性問題研制了高性能新型多功能聚羧酸減水劑，并已成功應(yīng)用于混凝土生產(chǎn)中。

1.4摻合料

摻合料包括礦粉、粉煤灰、硅粉、爐渣粉、鋼渣粉、磨細(xì)石灰石粉等。礦粉、粉煤灰和硅粉是最成熟的產(chǎn)品。摻合料對混凝土是非常重要的原料。不僅可以直接降低混凝土的成本，而且可以提高混凝土的耐久性和施工性及混凝土后期強(qiáng)度。特別是增加礦粉摻量，對提高混凝土抗蝕性和減少電通量是十分有效的措施。

但是不少磨細(xì)廠在粉磨時（特別磨細(xì)粉煤灰）摻入很多不明物料，造成產(chǎn)品劣化，致使混凝土品質(zhì)下降。所以粉煤灰和礦粉要選擇好的，礦粉最好選擇活性在 S95以上的。

1.5地方材料 （砂子、石子）

混凝土中砂子和石子占了75% 的重量。因?yàn)槭艿竭\(yùn)輸價格和計算碳排放的限制只能就近選擇。砂子受地域限制，變化甚大。在江河的上游，砂子偏粗（細(xì)度模數(shù)3.0～3.6），含泥量極少。用此類砂生產(chǎn)混凝土?xí)斐苫炷翝{體包裹性不好、泌水、石子沉底、泵送困難等。江河的下游，砂子太細(xì)（細(xì)度模數(shù)1.3～1.8）、含泥量高，使用時又會造成混凝土中單位用水量高、水泥量也高。使用聚羧酸減水劑特別敏感，導(dǎo)致混凝土質(zhì)量波動。其他也有使用石粉、山砂等等，質(zhì)量也不穩(wěn)定。

石子也需要就近取材。有些商品混凝土企業(yè)取用的石子存在針片狀多、含泥量高等質(zhì)量問題，這些應(yīng)盡可能避免。

2　如何改善商品混凝土企業(yè)的供應(yīng)側(cè)

在整體降產(chǎn)能的環(huán)境下，哪些企業(yè)將會被淘汰呢？要從市場面和改革面雙重來分析。

從市場面看，商品混凝土企業(yè)必須降本增效，用優(yōu)質(zhì)優(yōu)價獲取成功；從改革面來講，商品混凝土企業(yè)要走綠色環(huán)保之路，除了除塵淋水、污水處理、生產(chǎn)廢渣達(dá)到零排放外，還需要走上綠色建材的道路：要節(jié)能減排、要核算碳排、要生產(chǎn)高性能混凝土。

所以無論從市場面和改革面，商品混凝土企業(yè)要生存就必須依靠改革的方向、市場的力量、技術(shù)創(chuàng)新的動力，走上綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展的道路。很明顯，外加劑和混凝土的技術(shù)創(chuàng)新將成為推廣綠色建材、高性能混凝土的主要載體。

住建部和工信部發(fā)文，今年將有5個省市成為推廣高性能混凝土的先鋒。如何生產(chǎn)高性能混凝土？怎樣的混凝土才算高性能混凝土？本文將羅列6個商品混凝土企業(yè)與外加劑新技術(shù)的創(chuàng)新配制，并用以生產(chǎn)高性能混凝土的探索。

3　如何評價高性能混凝土？如何配制和生產(chǎn)高性能混凝土？

高性能混凝土（HPC）的設(shè)計生產(chǎn)體現(xiàn)了強(qiáng)度和耐久性并重：優(yōu)質(zhì)原材料、優(yōu)化配合比、綠色生產(chǎn)、良好的拌合物施工性、精細(xì)化施工、科學(xué)驗(yàn)收。本文認(rèn)為，高性能混凝土應(yīng)該從施工性、滿足設(shè)計強(qiáng)度和耐久性三個要素來評價，還要考慮到這三個要素的關(guān)聯(lián)性。

要改變強(qiáng)度越高越好的觀念（強(qiáng)度必須達(dá)到設(shè)計和規(guī)程的要求就可以了）。耐久性是影響結(jié)構(gòu)物壽命、影響經(jīng)濟(jì)效益和社會效益極為重要的指標(biāo)，也是綠色可持續(xù)發(fā)展的要求。施工性（包括坍落度、擴(kuò)展度、和易性、砂漿包裹性、可泵性、坍落度損失等）是保證混凝土均質(zhì)性、精細(xì)施工的綜合性指標(biāo)，也是可以杜絕混凝土劣化傾向出現(xiàn)的重要指標(biāo)。

配制和生產(chǎn)高性能混凝土，在設(shè)計混凝土配合比時應(yīng)該考慮“二多二少”的原則，也就是要多摻優(yōu)質(zhì)的高性能減水劑，多用優(yōu)質(zhì)的礦物摻合料，少用水泥，少用水。因?yàn)閮?yōu)質(zhì)的高性能減水劑是實(shí)現(xiàn)高性能混凝土的重要組成，在改善混凝土性能方面起著決定性的作用。低水膠比的混凝土可以提升強(qiáng)度，并全面改善和提高混凝土各種性能（提高耐久性，改善和易性、粘聚性和保水性等施工性能）。多用摻合料可以降低水化溫度、推進(jìn)提高后期強(qiáng)度、改善混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)、提高密實(shí)性、抗腐蝕能力和改善混凝土抗裂性能。水和水泥要少用，是因?yàn)榇蠓鶞p少混凝土單位用水量可以提高混凝土密實(shí)性，改善混凝土耐久性。水泥既是提高混凝土強(qiáng)度的主要原料，但同時又產(chǎn)生了水化熱、收縮等負(fù)面作用嚴(yán)重影響混凝土的耐久性。所以要在保持強(qiáng)度的前提下盡量少用水泥。

下面例舉了六個商品混凝土企業(yè)如何使用多功能聚羧酸減水劑的案例，探索利用“二多二少”的原則，配制和生產(chǎn)高性能混凝土。

表1中所列編號1～4分別是 C25、C30、 C35和 C40四種不同強(qiáng)度等級的混凝土配合比。

表1　金冠建材和湖南加美樂素公司在某工地上的使用情況

節(jié)省水泥用量40～60kg，單位用水量也減少20kg 以上，施工性能（坍落度和擴(kuò)展度）得到明顯改善，避免了工人在工地上加水造成的混凝土品質(zhì)劣化。

表2中的數(shù)據(jù)是使用多功能聚羧酸減水劑的效果。PCA-2是抗泥型多功能母液1:4加水配制。因?yàn)楫?dāng)?shù)厣笆嗔枯^高，使用抗泥型母液可以得到更加穩(wěn)定的效果。全部每立方米節(jié)省56kg 水泥，達(dá)到降本增效、節(jié)能減排的預(yù)期目標(biāo)。混凝土單位用水量減少20～25kg，減少了混凝土收縮和水化熱，混凝土密實(shí)度也提高了。有利于改善耐久性。

表2　杭州南方水泥瑞鑫混凝土泵公司 C30、C35、和 C40混凝土的試配情況

表3所示是 C30和 C40采用一般聚羧酸減水劑（試配1和3）與采用 F98B 多功能聚羧酸母液和1:4水稀釋（試配2和4）的試驗(yàn)對比。明顯看到（試配2）比（試配1）在C30混凝土中，減少單位用水量10kg，水泥用量減少30kg；在 C40混凝土中，（試配4）比（試配3）單位用水量減少12kg，減少水泥用量30kg。達(dá)到降本增效的目的，同時向用“二多二少”配合比配制用高性能混凝土的方向邁進(jìn)一步。

表3　江西南昌東鑫混凝土有限公司的試配情況

表4試驗(yàn)結(jié)果顯示水泥用量減少30kg，單位用水量減少10kg?，F(xiàn)正在做進(jìn)一步大量試驗(yàn)。

表4　廣東東莞駿宇混凝土有限公司的試配情況

表5原配比1中，已采用較好的聚羧酸減水劑。水泥用量已屬較低的水平。但試驗(yàn)結(jié)果顯示，水泥用量又減少15kg。達(dá)到進(jìn)一步降本增效、減水、減水泥的效果。

表5　廣東東莞鴻基偉業(yè)混凝土有限公司的試配情況

表6中（試驗(yàn)1、2）和（試驗(yàn)3、4）為不同時段所做的對比試驗(yàn)。結(jié)果顯示，每立方米減少單位用水量23kg 和減少水泥用量35kg。試驗(yàn)將污染性較大的萘系減水劑換成較環(huán)保的聚羧酸減水劑，使用更先進(jìn)的混凝土配合比，向綠色建材生產(chǎn)跨進(jìn)了一大步。

表6　廣東東莞駿業(yè)混凝土有限公司的試配情況

4　結(jié)束語

（1）HPC 混凝土作為重要綠色建材，其推廣和應(yīng)用可提高工程質(zhì)量，提高結(jié)構(gòu)物耐久性，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)。

（2）HPC 應(yīng)體現(xiàn)強(qiáng)度和耐久性并重?；炷辆G色和預(yù)拌生產(chǎn)需要混凝土具有良好的拌合物施工性能，有利于精細(xì)化施工。所以，簡單的來說可以用施工性、滿足設(shè)計強(qiáng)度和耐久性三個要素來評定 HPC。

行業(yè)內(nèi)有些認(rèn)為高強(qiáng)度等級混凝土就是高性能混凝土，水泥用量高就可以保證強(qiáng)度，就是高性能混凝土，有些地區(qū)甚至限定每立方混凝土最低水泥用量等這些觀念是需要改變了。

（3）在設(shè)計、配制和生產(chǎn) HPC 時，可以通過（在保證達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的前提下）減少水泥用量，減少單位用水量，使用優(yōu)質(zhì)減水劑和摻合料，實(shí)現(xiàn)全面改善混凝土的和易性、粘聚性和保水性等施工性能；提高混凝土的密實(shí)度和耐久性；增加強(qiáng)度保證。

混凝土的水泥用量大幅減少，不僅減少了水泥水化熱、收縮等的負(fù)面作用，還做到了節(jié)能減排；而多用優(yōu)質(zhì)的高性能減水劑，在改善混凝土各種性能方面起決定性的作用；由于減水率高，可以大幅降低混凝土單位用水量；另外，多用優(yōu)質(zhì)的礦物摻合料可以降低水化溫度，推進(jìn)混凝土后期強(qiáng)度，減少裂縫，改善混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高密實(shí)度；提高抗腐蝕性；提高耐久性。

（4）要改善供應(yīng)側(cè)。商品混凝土企業(yè)要降本增效、要生產(chǎn)綠色建材、生產(chǎn) HPC。這兩條路是必須同時進(jìn)行，缺一不可的。

文中試配結(jié)果初步展示了以高性能減水劑的技術(shù)創(chuàng)新作為商品混凝土企業(yè)降本增效、發(fā)展綠色建材、生產(chǎn) HPC 的載體，有可行之處。值得進(jìn)一步的討論和研究。

［單位地址］廣東省深圳市龍崗區(qū)坪地街道六聯(lián)社區(qū)鶴坑村松年路10號（100831）

邵品榮，金冠建材（深圳）有限公司總工。