關(guān)于混凝土最小水泥用量的討論

[摘　要] 本文著重討論相關(guān)規(guī)范標準對混凝土最小水泥用量的要求，并對現(xiàn)時仍然存在的一些對“水泥”這一概念的認識誤區(qū)進行分析。

[關(guān)鍵詞] 　混凝土； 配合比； 最小水泥用量； 討論

0 　前言

　　混凝土配合比設(shè)計過程中一般都要考慮相應(yīng)標準規(guī)范對最小水泥用量和最大水灰比的一些規(guī)定。特別是對最小水泥用量的要求，往往成為一個混凝土配合比能否在工程中應(yīng)用的重要判別依據(jù)，混凝土是否滿足最小水泥用量要求，也成為建設(shè)方、監(jiān)理方及各級監(jiān)督檢查，甚至工程創(chuàng)杯評優(yōu)的硬性指標。那么混凝土配合比中的最小水泥用量要求如何把握，規(guī)范標準的水泥用量要求能否隨著高質(zhì)量礦物摻合料的廣泛應(yīng)用，以及高性能混凝土的發(fā)展，與時俱進的進行調(diào)整； 進而通過討論減少一些對混凝土配合比中“水泥”這一概念的認識誤區(qū)，這是筆者擬與廣大同行人士討論的幾個問題。

1 　混凝土配合比中最小水泥用量要求的由來

      眾所周知，水泥是普通混凝土的主要組成材料之一，單方混凝土的水泥用量對混凝土強度、工作性、耐久性等各方面性能影響十分重要。在普通混凝土配合比設(shè)計中提出最小水泥用量要求，是保證混凝土耐久性，滿足混凝土拌合物工作性的重要技術(shù)措施。自我國第一本正式頒發(fā)的《鋼筋混凝土工程施工及驗收規(guī)范》GBJ 10 - 65 國家標準中就明確提出:混凝土的最大水灰比和最小水泥用量，應(yīng)遵守表1 的規(guī)定。

　　在以后1983 年、1992 年修編的混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范等國家標準中對表1 雖作過局部修改，但具體數(shù)值要求一直沒有降低，個別還有些提高。目前我國現(xiàn)行的《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》J GJ 55 - 2000 行業(yè)標準，要求當(dāng)進行混凝土配合比設(shè)計時，混凝土的最大水灰比和最小水泥用量，應(yīng)符合表2 中的規(guī)定。

     同時，對抗?jié)B混凝土要求每立方米混凝土中的水泥和礦物摻合料總量不宜小于320kg/ m3 。要求泵送混凝土的水泥和礦物摻合料的總量不宜小于300kg/ m3 。

    另外，現(xiàn)行的其它一些規(guī)范規(guī)程也對最小水泥用量更有一些具體規(guī)定。諸如：

(1)《地下防水工程質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50208 - 2002 第41113 條要求:防水混凝土的配合比，水泥用量不得少于300kg/ m3 ；摻有活性摻合料時，水泥用量不得少于280kg/ m3 ；水灰比不得大于0.55 。

(2)《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GB50119 - 2003 第71314 條要求:摻防凍劑的混凝土配合比水灰比不宜超過0.60 ；水泥用量不宜低于300kg/ m3 ，重要承重結(jié)構(gòu)，薄壁結(jié)構(gòu)的混凝土水泥用量可增加10 %。第81512 條要求: 摻膨脹劑的混凝土配合比設(shè)計，膠凝材料最少用量(水泥、膨脹劑和摻合料的總量) 應(yīng)符合補償收縮混凝土300kg/ m3 ，填充用膨脹混凝土350kg/ m3 ，自應(yīng)力混凝土500kg/ m3 。水膠比不宜大于0.5 。

(3)《建筑工程冬期施工規(guī)程》J GJ 104 - 94 第71113 條要求:混凝土冬期施工應(yīng)優(yōu)先選用硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥，水泥標號不應(yīng)低于425 號。最小水泥用量不應(yīng)少于300kg/ m3 ， 水灰比不應(yīng)大于0.6 。

(4)《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》J GJ / T10 - 95 第31217 條要求泵送混凝土的最小水泥用量宜為300kg/ m3 。

      諸如此類，林林總總的規(guī)范標準對最小水泥用量都有明確的數(shù)字要求。其它一些技術(shù)規(guī)定也相應(yīng)提出具體要求，甚至一些地方標準、企業(yè)標準按照嚴于國家標準的編制原則，對最小水泥用量的數(shù)值還一再提高，或?qū)⒃瓨藴室?guī)定為“宜”和“不宜”的要求，又升格為“應(yīng)”或“不應(yīng)”，造成目前的一些從業(yè)人員，在混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中，將混凝土配合比中最小水泥用量的限制視為控制混凝土施工質(zhì)量非常重要的一個環(huán)節(jié)，甚至陷入水泥用量寧多勿少的認識誤區(qū)。

2 　我國水泥標準的變化及現(xiàn)狀

　　解放以來，我國頒發(fā)的水泥產(chǎn)品國家標準自1953 年首次統(tǒng)一標準開始，先后經(jīng)歷了1956 年，1962 年， 1977 年，1992 年和1999 年的五次制訂修訂過程，其中的1977 年，1992 年，1999 年近三次是較大的標準修訂過程。簡要回顧如下：1953 年，我國首次采用日本的水泥強度試驗方法(日本軟練法) 和原蘇聯(lián)的水泥標號劃分原則， 第一次統(tǒng)一了我國的水泥標準。

      1956 年正式以原蘇聯(lián)標準為藍本制訂了我國的《普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥與火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥》標準和《水泥物理檢驗標準方法》、《水泥試驗用標準砂》等相關(guān)標準，形成了以原蘇聯(lián)標準的“硬練”方法檢驗水泥強度的標準格局。到1977 年國家按照水泥產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要，為克服原標準的一些不足，改為按照國際上較多國家采用的“軟練”試驗方法，檢驗水泥膠砂強度。并修訂頒發(fā)了GB175 - 77《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》； GB1344 - 77《礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥與粉煤灰硅酸鹽水泥》； GB177 - 77 《水泥膠砂強度檢驗方法》； GB178 - 77《水泥試驗用標準砂》； GB1345 - 77《水泥細度檢驗方法(篩析法) 》和GB1346 - 77《水泥標準稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法》等一套水泥新標準。1992 年的標準修訂是在1977 年標準的基礎(chǔ)上，為提高水泥產(chǎn)品質(zhì)量，對水泥的技術(shù)指標在采用法定計量單位的同時進行較大調(diào)整，并確定水泥最低標號為325 號，提高了普通水泥的細度要求，增加了早強型水泥品種。使水泥產(chǎn)品向高強、早強方向邁了一大步。1999 年按照我國加入WTO 的總要求，為與國際標準接軌，提高水泥產(chǎn)品實物質(zhì)量，從水泥膠砂強度檢驗方法入手，改變了沿用二十幾年的低水灰比，低膠砂比的強度檢驗方法，改用ISO 法，對水泥強度進行檢驗。同時，將水泥標號改稱為強度等級，又進一步提高了水泥強度等級的最低要求，取消了原標準中的325 號水泥。

      筆者將我國水泥標準幾次主要修訂后，水泥強度換算對照關(guān)系及最低強度等級(標號) 的變化作了一個簡單統(tǒng)計(見表3) 。以普通硅酸鹽水泥為例，不難看出近四十年來由于水泥標準的變化，致使現(xiàn)在所應(yīng)用的水泥與老標準的水泥相比強度不斷攀高的過程。　

　　在水泥強度不斷攀升的同時，我國的鋼筋混凝土工程施工及驗收規(guī)范對混凝土應(yīng)用水泥的強度等級， 也從GBJ 10 - 65 的水泥標號不得低于300 號的規(guī)定， 自然演變到現(xiàn)在水泥最低強度等級32.5 級的現(xiàn)狀。即從原來可以使用300 號水泥拌制混凝土，變成現(xiàn)在必須使用比原標準500 號水泥還要高的水泥拌制混凝土的現(xiàn)狀(當(dāng)然混凝土技術(shù)向高強度方向發(fā)展也需要高強度的水泥) 。特別是，自1999 年水泥國家標準修訂之后，雖然淘汰了一些生產(chǎn)工藝落后的小水泥廠，從宏觀上保證了水泥產(chǎn)品質(zhì)量，但也迫使一些具備規(guī)模的水泥廠，不得不采取進一步提高水泥磨細程度，增加熟料中C3S 和C3A 含量的措施來滿足新的檢驗方法對水泥強度，特別是早期強度的要求。從而打破了我國水泥熟料礦物組成C3S 一般占37 %～60 % ， C2S 一般占15 %～37 % ，C3A 一般占7 %～15 %(編者注:一般不宜超過8 % ，為滿足防裂要求也有的專家提出C3A 含量應(yīng)在5 %以下) ，C4AF 一般占9 %～16 % 的成分組成。個別生產(chǎn)廠水泥熟料中C3S 的含量顯著大于60 % ，C3A 的含量也居高不下。至使近些年施工的混凝土工程經(jīng)常發(fā)生開裂現(xiàn)象，一些水泥與高效減水劑的相容性差，堿含量和水化熱增高，混凝土材料的耐久性降低。為此，一些專家學(xué)者紛紛呼吁“從耐久性出發(fā)，建議在混凝土中減少水泥用量，代之以抗裂性較好的礦物摻合料(如粉煤灰) ”[1 ] 。從混凝土行業(yè)發(fā)展方向來看，高性能混凝土的應(yīng)用和引入綠色混凝土的概念才是符合我國國情和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，所以在水泥標準的引導(dǎo)上不必過于倡導(dǎo)高強和早強，混凝土的配合比也不一定要求更多更大的水泥用量(不包括礦物摻合料) 。

3 　幾點建議

3.1 　宜在標準規(guī)范修訂過程中適當(dāng)弱化最小水泥用量要求

      在混凝土配合比設(shè)計過程中，保持必需的最小水泥用量無可非議。筆者只是建議今后在修訂相關(guān)標準規(guī)范的過程中，能夠隨著混凝土材料和混凝土技術(shù)的發(fā)展，在保證混凝土質(zhì)量(包括強度、工作性、耐久性和經(jīng)濟性等) 的前提下，將最小水泥用量要求，規(guī)定和表述的更加科學(xué)，更有益于技術(shù)進步，更有益于貼近實驗和實踐，減少強制性，提倡引導(dǎo)性，給先進企業(yè)或先進技術(shù)留出適量創(chuàng)造發(fā)揮的空間。同時，減少執(zhí)行標準規(guī)范的機械性和一些生搬硬套，盲目追求符合規(guī)范的不負責(zé)任，不擔(dān)責(zé)任的錯誤理解和執(zhí)行的不正常狀況。

      目前在執(zhí)行現(xiàn)行標準規(guī)范時，難免碰到一些經(jīng)試驗和實踐驗證成熟可靠的技術(shù)，在實際應(yīng)用時會遇到現(xiàn)行規(guī)范制約的情況。例如:商品混凝土生產(chǎn)目前大多數(shù)攪拌站都應(yīng)用高效減水劑和摻加礦渣粉、粉煤灰等活性礦物摻合料，盡可能地降低水泥用量。在上述條件下，C30 甚至C35 、C40 的混凝土每m3 水泥用量大多不超過300kg/ m3 ( P·O4215 級水泥) ，但冬期施工時，攪拌站真實的配合比資料，提供給施工單位，有時就會被一些施工、監(jiān)理或其它方面人員所否決，認為不符合《建筑工程冬期施工規(guī)程》JGJ 104 - 97 關(guān)于最小水泥用量不應(yīng)少于300kg/ m3 的規(guī)定。同時《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GB50119 - 2003 的防凍劑一節(jié)也有相近規(guī)定。C20 及以下的混凝土配合比常常因為水灰比(水膠比) 大于0.6 而被提出質(zhì)疑。

      又如:在地下防水混凝土工程施工時，由于摻加少量膨脹劑提高混凝土的抗?jié)B性，替代了部分水泥， 使水泥用量合理減少。而《地下防水工程質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50208 - 2002 和《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GB50119 - 2003 第81512 條都規(guī)定:防水混凝土的水泥用量不得少于300kg/ m3 或320kg/ m3 ，當(dāng)摻有活性摻合料時，水泥用量不得少于280kg/ m3 。此時混凝土公司只得按照規(guī)范要求，在混凝土滿足抗?jié)B性和強度的前提下，不得不在混凝土中增加水泥用量，以滿足不少于280kg/ m3 的要求，有時甚至出現(xiàn)C25 ，C30 ， C35 強度等級的抗?jié)B混凝土配合比水泥用量均為280kg/ m3 的不正常情況。

      還有一些地方標準規(guī)定:泵送混凝土的水泥用量不得少于300kg/ m3 。這可能是源于我國建設(shè)行業(yè)標準《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》J GJ / T10 —95 中的要求。但J GJ / T10 - 95 為推薦性標準，同時對泵送混凝土的最小水泥用量還是要求“宜”為300kg/ m3 ，該地方標準的“不得”少于300kg/ m3 ，其理由可能是為了“嚴于國家標準”吧。

      實際工作中諸如地下工程，基礎(chǔ)底板厚度超過1m 以上，應(yīng)視為大體積混凝土。即是大體積混凝土， 就要考慮盡最大限度降低水泥的水化熱，防止產(chǎn)生溫度裂縫。為此，混凝土配合比設(shè)計途徑，一可選用低熱水泥，二要降低水泥用量。此時就同時要受《地下防水工程質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50208 - 2002 的約束，因為地下建筑物設(shè)計大都要考慮防水功能，選用的施工材料大多是防水混凝土?；炷恋呐浜媳仍O(shè)計一方面要考慮最大限度降低水泥用量，另一方面還必須滿足地下防水規(guī)范較高的最小水泥用量要求，左右不得其解的矛盾狀態(tài)真是覺得無奈。

      有鑒于此，筆者建議國家有關(guān)部門，在水泥強度等級不斷提高的情況下，在今后修訂混凝土有關(guān)規(guī)范標準時，有限度地弱化最小水泥用量要求。規(guī)范標準之間要加強協(xié)調(diào)，減少互相引用，重復(fù)提出具體數(shù)據(jù)要求的內(nèi)容。盡可能地減少執(zhí)行過程中，易產(chǎn)生多種理解和誤解的情況。

3.2 　在標準規(guī)范中應(yīng)進一步將“水泥”這一概念具體化

      水泥作為一種建筑材料，它的定義在國家標準《水泥的命名、定義和術(shù)語》GB/ T4131 - 1997 中已有明確介定:水泥—加水拌和成塑性漿體，能膠結(jié)砂、石等適當(dāng)材料并能在空氣和水中硬化的粉狀水硬性膠凝材料。

      在相關(guān)建設(shè)工程的標準規(guī)范中，“水泥”一詞目前常有兩種含義。一種為狹義的“水泥”，即專指符合水泥國家標準的水泥產(chǎn)品；再一種為廣義的“水泥”，即是后邊應(yīng)加括號注明，包括活性礦物摻合料的廣義的“水泥”。由于不同標準規(guī)范，編制人及文字表述的方式不同，目前在規(guī)范文本上對廣義的“水泥”大體有三種表述方式，如:

(1)《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》J GJ 55 - 2000 在混凝土的最大水灰比和最小水泥用量表41014 注中明確“當(dāng)用活性摻合料取代部分水泥時，表中的最大水灰比及最小水泥用量即為替代前的水灰比和水泥用量”。規(guī)程執(zhí)行者不難理解，所指“水泥”為廣義上的水泥，是指水泥和礦物摻合料的總稱。

(2)《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GB50119 - 2003 第81512 條表述為膠凝材料最小用量(水泥、膨脹劑和摻合料的總量) 應(yīng)符合規(guī)定。此時廣義的“水泥”含義用膠凝材料表達。即將混凝土中的水泥、膨脹劑和摻合料的總量通稱膠凝材料。

(3) 同時是GB50119 - 2003 第71314 條對于摻防凍劑的混凝土配合比“混凝土水灰比不宜超過0.6 ，水泥用量不宜低于300kg/ m3 ?！痹谕槐疽?guī)范中對“水泥”的廣義含義，文字表述的方式不同，很容易造成執(zhí)行者的誤解。按筆者分析，此處的“水泥”應(yīng)為廣義的，即是指水泥和礦物摻加料的總和。由于表述不清，往往也被一些人理解為就是狹義的“水泥”，是專指水泥數(shù)量。

      其它諸如《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》J GJ / T10 - 95 要求的水泥用量宜為300kg/ m3 ，以及上述的一些地方標準要求水泥不得少于300kg/ m3 等等表述方式，一般都能理解是水泥和礦物摻合料的總量，可是也存在歧義。

      還有一些國家或行業(yè)標準在文字表述上，是采取狹義的“水泥”概念，如《地下防水工程質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50208 - 2002 第41113 條要求的“防水混凝土的配合比，水泥用量不得少于300kg/ m3 ，摻有活性摻合料時，水泥用量不得少于280kg/ m3 ?！边@里的“水泥”就只能理解是狹義的，是指水泥產(chǎn)品的用量了。

      另外如《建筑工程冬期施工規(guī)程》J GJ 104 - 97 第71113 條要求的最小水泥用量不應(yīng)少于300kg/ m3 ，就比較費解了，廣義乎，狹義乎，怎樣理解都可以嗎?

      筆者建議在相關(guān)標準規(guī)范修訂過程中，標準修訂單位或標準化管理部門，是否應(yīng)先將“水泥”一詞的應(yīng)用先“規(guī)范”一下，統(tǒng)一一下表述方法，使其概念更具體，更貼切，盡最大努力減少標準規(guī)范執(zhí)行人的誤解。

3.3 　通過討論減少一些從業(yè)人員在執(zhí)行最小水泥用量這一規(guī)定時的認識誤區(qū)

      關(guān)于混凝土配合比中最小水泥用量的內(nèi)容含義， 早在我國頒布的第一本《鋼筋混凝土工程施工及驗收規(guī)范》GBJ 10 - 65 中就已經(jīng)明確:最小水泥用量包括外摻混合材料。以后修編的GBJ 204 - 83 和GB50204 - 92《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》在混凝土的最大水灰比和最小水泥用量表注中都明確:表中最小水泥用量，對普通混凝土包括外摻混合材料，對輕骨科混凝土不包括外摻混合材料。歷時近四十年了，現(xiàn)今由于標準規(guī)范修編引用和標準規(guī)范之間表述方式不同，產(chǎn)生的一些誤解還隨處可見。在一部分從業(yè)人員中機械地堅持“水泥“就是水泥(意指不包括礦物摻合料) ，最小水泥用量就是指配合比申請表中水泥一欄中填寫的數(shù)字的觀點，這確實是一個認識誤區(qū)。這個認識誤區(qū)目前只能依靠討論來達成共識，今后要依靠標準規(guī)范的修訂，使之更明確無誤才好。

      近二三十年混凝土技術(shù)飛速發(fā)展，混凝土一步一步地從前些年的高強混凝土向高性能混凝土方向發(fā)展，今后還將按綠色混凝土的思路探索?；炷良夹g(shù)的發(fā)展，得益于混凝土用材料的發(fā)展。高效減水劑的研究使用，粉煤灰材料的開發(fā)應(yīng)用，磨細礦渣粉在混凝土中的摻入，給混凝土技術(shù)插上了翅膀。筆者回憶起20 世紀60 年代中期每天致力于想方設(shè)法利用粉煤灰填房心、拌砂漿和在山西長治鋼鐵廠探索利用高爐礦渣(水淬) 代替砂子拌制混凝土的幼稚舉動，和現(xiàn)在采用高摻量技術(shù)，礦渣粉可代替近50 %水泥而確保混凝土強度，并改善拌合物性能，提高混凝土耐久性， 逐步走上可持續(xù)發(fā)展的必由之路相比，顯得是那么的可笑，但也十分欣慰。為此，關(guān)于最小水泥用量的討論我認為還是有意義的。

[參考文獻]

[ 1 ]廉慧珍. 水泥標準修訂后對混凝土質(zhì)量的影響[J ] . 建筑技術(shù)，2002 (1) .

[2 ]閻培渝. 混凝土配合比設(shè)計中的“最低水泥用量”的思考[J ] . 混凝

土，2001 (1) .

[作者簡介] 　王振鐸，1943 年生，男，教授級高級工程師，總工程師；王偉，男，工程師，副經(jīng)理；王慶，男，工程師，質(zhì)量技術(shù)室主任。

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