“瘦身水泥”是現(xiàn)代混凝土質(zhì)量問題的癥結(jié)所在？

  現(xiàn)代混凝土是以高流動性、低水膠比、摻加外加劑和大量礦物摻合料為主要特征，以高性能為代表的混凝土。自上世紀(jì)九十年應(yīng)用以來，由于其大大降低勞動強(qiáng)度，加快施工進(jìn)度，且節(jié)能環(huán)保，加之其具有“高性能”的華麗外衣而深受建設(shè)者的喜愛，為此，人們對其傾注了極大的工作熱情并寄予厚望?？墒牵?dāng)殘酷的質(zhì)量現(xiàn)狀特別是質(zhì)量事故擺在人們眼前的時(shí)候，人們往往唯恐躲之不及，但又欲罷不能而從蹈覆轍，這不得不讓人重新思考現(xiàn)代混凝土質(zhì)量問題的癥結(jié)到底在哪、方向何在。

  經(jīng)過多年的工程實(shí)踐和對比分析，筆者認(rèn)為，導(dǎo)致現(xiàn)代混凝土質(zhì)量問題突顯的內(nèi)在根源在于瘦身水泥，而瘦身水泥又恰恰是各方人員都不愿意接受的殘酷的現(xiàn)實(shí)，因?yàn)樗鼊訐u了人們長久以來引以為豪的現(xiàn)代混凝土應(yīng)用的政策根基和企業(yè)利益，也就是法規(guī)權(quán)威、節(jié)能環(huán)保、加快進(jìn)度和降低成本。

  瘦身水泥的具體特征可以從以下兩個(gè)方面來表述，一是隨著水泥生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步，水泥礦物的平均顆粒粒徑越來越小，即水泥的比表面積越來越大。二是用礦物摻合料替代部分水泥以后，每立方米混凝土中的水泥用量越來越少，而礦物摻合料用量越來越多。

  以上水泥粒徑小用量少的特征，都是由最初有益的量變,逐漸演化為今天有害的質(zhì)變，其實(shí)質(zhì)就是混凝土28天以后的強(qiáng)度幾乎不增長，密實(shí)性不提高，自愈能力削弱，裂縫不斷增加，耐久性越來越差，而最終結(jié)果是導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量問題和質(zhì)量事故不斷發(fā)生。下面，筆者通過旁征側(cè)引和對比分析，進(jìn)一步闡述瘦身水泥在工程中的具體危害，不妥之處，懇請指正。

  一、水泥顆粒粒徑越來越小的危害

  眾所周知，近200年來水泥的發(fā)展歷史，可以說就是一部如何將水泥磨得更細(xì)的歷史。水泥生產(chǎn)企業(yè)要想使其產(chǎn)品的綜合效益達(dá)到最大化，就是要想辦法讓水泥礦物所積蓄的能量在28天內(nèi)全部釋放出來，最直接最有效的辦法就是將水泥礦物磨得更細(xì)，而國家標(biāo)準(zhǔn)不設(shè)細(xì)度上限又為水泥生產(chǎn)企業(yè)提供了一個(gè)磨細(xì)的平臺，所以，磨細(xì)也就成了必然趨勢。

  當(dāng)前，水泥標(biāo)準(zhǔn)是以28天強(qiáng)度作為評定基準(zhǔn)的，至于28天后強(qiáng)度如何發(fā)展，水泥標(biāo)準(zhǔn)并沒有給出明確的規(guī)定和要求，以至于水泥生產(chǎn)企業(yè)只要按保證28天強(qiáng)度進(jìn)行水泥生產(chǎn)就可以了。其實(shí)，混凝土28天以后的強(qiáng)度發(fā)展除了與水泥中的礦物成分比例及后續(xù)的養(yǎng)護(hù)條件有關(guān)外，還與水泥礦物顆粒粒徑的大小有直接的聯(lián)系。以硅酸鹽水泥中最大含量的硅酸三鈣礦物為例，28天的水化深度大約是10um,相對于顆粒粒徑絕大多數(shù)在30um以下的水泥而言，28天水化已完成90%以上，也就是說，28天后即使養(yǎng)護(hù)條件再好，混凝土強(qiáng)度已經(jīng)沒有多少增長的余地。

  到目前為止，對混凝土強(qiáng)度長期發(fā)展最有說服力的應(yīng)是日本小樽港持續(xù)長達(dá)百年的相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。根據(jù)資料^［3］介紹，始建于1897年的小樽港，在建設(shè)初期制作了6萬多個(gè)試件,放在海水中、大氣中、淡水中分別進(jìn)行長期耐久性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，三者的長期強(qiáng)度發(fā)展趨勢是基本一致的，其中，試件在自然的大氣環(huán)境中存放30～40年強(qiáng)度達(dá)到最高，大約提高100%，然后逐年下降，存放95年，強(qiáng)度從最高點(diǎn)下降約40%，但仍高于28天強(qiáng)度20%，也就是說，早期的混凝土壽命在百年以上，而當(dāng)年所用水泥的顆粒粒徑是200um方孔篩篩余量小于10%，其平均粒徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于目前國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)使用的80um方孔篩篩余量小于10%的水泥平均粒徑。

  為了與小樽港數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，日本海洋工程研究所也進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，在海洋氣候環(huán)境條件下，對于比表面積下限在250㎡/kg的水泥，混凝土自然存放5年抗壓強(qiáng)度達(dá)到最高，增長約40%，然后逐年下降，至10年甚至低于原來的28天強(qiáng)度。

  從以上數(shù)據(jù)對比分析可知，水泥顆粒粒徑的大小對混凝土強(qiáng)度的長期發(fā)展起著決定性的作用,當(dāng)水泥顆粒粒徑大于30 um時(shí),粒徑越大,混凝土28天后強(qiáng)度增長的幅度也越大,持續(xù)增長的時(shí)間也越長,而目前的國家標(biāo)準(zhǔn)，將水泥比表面積下限定在相對較高的300㎡/kg，可實(shí)際生產(chǎn)的水泥比表面積多在360～400㎡/kg之間，相應(yīng)的水泥顆粒粒徑絕大多數(shù)都在30 um以下，雖然有利于提高混凝土的早期強(qiáng)度，但是,對于混凝土強(qiáng)度的長期發(fā)展卻是極為不利的，加之有的水泥生產(chǎn)企業(yè)為了追求利潤的最大化，會將水泥磨得越來越細(xì)，早強(qiáng)特征越來越明顯，在此前提下,期盼通過后期強(qiáng)度的大幅增長來保證混凝土的耐久性幾乎是不可能，而恰恰相反的是，混凝土強(qiáng)度的長期發(fā)展將會由短期的上升很快轉(zhuǎn)為逐年下降，國內(nèi)多起鋼筋混凝土橋梁、高架橋質(zhì)量事故大都發(fā)生在使用期滿十年這一關(guān)鍵的時(shí)間節(jié)點(diǎn)之后也就不足為奇，因?yàn)橐援?dāng)年的水泥比表面積標(biāo)準(zhǔn)與資料^［3］日本海洋工程研究所的水泥比表面積進(jìn)行對比可以推斷，如果在配合比設(shè)計(jì)時(shí)施工企業(yè)沒有大幅提高混凝土配制強(qiáng)度，實(shí)際結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度已自然下降至設(shè)計(jì)值以下，發(fā)生質(zhì)量事故也就在所難免。

  由此可見，現(xiàn)有水泥與過去傳統(tǒng)水泥的最大差異就是在滿足28天強(qiáng)度要求的前提下，將原有傳統(tǒng)水泥所隱含的巨大的強(qiáng)度安全儲備提前予以透支，而這部分被提前透支的強(qiáng)度儲備，正是為了抵御各種有害介質(zhì)長期侵蝕導(dǎo)致強(qiáng)度不斷降低提供保障的，一旦缺失，對部分結(jié)構(gòu)的長期耐久性來說后果不堪設(shè)想。上述結(jié)論，也正好回答了過去人們常提起的一個(gè)問題，那就是在水泥生產(chǎn)工藝和技術(shù)不斷進(jìn)步的今天,為什么會出現(xiàn)過去的水泥比現(xiàn)在的水泥好、國外的水泥比國產(chǎn)的水泥好的根源所在。另外，強(qiáng)度儲備被提前透支對結(jié)構(gòu)所造成的不良后果具有極強(qiáng)的隱蔽性，更有人們難以辯駁的法理支撐，因?yàn)樗喈吘故沁^程產(chǎn)品，而非實(shí)體結(jié)構(gòu)，在這一點(diǎn)上，作為建設(shè)者我們必須保持清醒的認(rèn)識。

  鑒于目前國內(nèi)混凝土強(qiáng)度在自然環(huán)境中長期發(fā)展的相關(guān)數(shù)據(jù)鮮有見之，更多的是引用實(shí)驗(yàn)室標(biāo)養(yǎng)試件數(shù)據(jù)而缺乏說服力；另外，對于我們每個(gè)人身邊住用的建筑工程來說，由于混凝土表面都進(jìn)行了裝飾裝修，使混凝土與外界環(huán)境隔絕而對其起到了很好的保護(hù)作用，混凝土強(qiáng)度也就不會因有害介質(zhì)的侵入而大幅降低并發(fā)生質(zhì)量事故，從而也就自覺或不自覺地影響了人們對混凝土強(qiáng)度長期發(fā)展的高度重視和研究，故這一直是被我們所忽視的問題而鮮見提及。

  二、水泥用量越來越少的危害

  楊文科先生在《現(xiàn)代混凝土科學(xué)的問題與研究》一書中談到，水泥是混凝土之母，是混凝土的核心原材料，但是，在商品混凝土快速發(fā)展的今天，礦物摻合料的大量使用越來越受到熱捧，其地位已經(jīng)到了與水泥不相上下的地步，是現(xiàn)代混凝土不可或缺的組分之一。固然礦物摻合料的使用有其科學(xué)合理的一面，但也必須清醒地看到，如使用不當(dāng)還會帶來負(fù)面影響，甚至?xí)o工程帶來災(zāi)難性的后果，這一點(diǎn)，必須引起我們的高度重視。

  眾所周知，火山灰質(zhì)礦物摻合料本身并無膠凝性能，只有與水泥水化后生成的氫氧化鈣進(jìn)行二次反應(yīng)，才能生成難溶的水化硅酸鈣凝膠，從而提高混凝土的強(qiáng)度和密實(shí)性。如果混凝土中沒有足夠多的水泥來提供氫氧化鈣反應(yīng)物，部分礦物摻合料的二次水化也就成為不可能，問題在于水泥水化能生成多少氫氧化鈣，而各種礦物摻合料的火山灰質(zhì)反應(yīng)又需要多少氫氧化鈣，對于這一問題，理論上并沒有得到很好解決，更沒有法規(guī)依據(jù)可循，從而導(dǎo)致大摻量礦物摻合料的使用問題存在諸多的不確定性，對混凝土質(zhì)量帶來不利影響也就不可避免，比如說，在施工現(xiàn)場我們常常看到的大面積網(wǎng)狀裂縫及樓屋面板常常發(fā)生的大面積滲漏現(xiàn)象，這些都與礦物摻合料的二次反應(yīng)沒有達(dá)到預(yù)期的凝結(jié)效果而使其轉(zhuǎn)化為細(xì)砂組分有直接的聯(lián)系，這是其一。

  其二，商品混凝土絕大多數(shù)都是用普通硅酸鹽水泥進(jìn)行混凝土配置，依據(jù)國家水泥標(biāo)準(zhǔn)，普通硅酸鹽水泥中的混合材參量必須控制在20%以內(nèi)，可據(jù)國家建材部門前期的調(diào)查資料介紹，除部分水泥大型企業(yè)外，大多數(shù)水泥中小企業(yè)混合材參量均超標(biāo)，最高參量甚至高達(dá)47%,而當(dāng)前的施工驗(yàn)收規(guī)范對此又沒有提出強(qiáng)制性檢測要求，甚至連部分地方政府的檢測機(jī)構(gòu)都不開展此項(xiàng)業(yè)務(wù)，導(dǎo)致施工企業(yè)束手無策,這無形之中，也就為不法企業(yè)大開方便之門，這是當(dāng)前瘦身水泥最隱蔽最核心的癥結(jié)之一，而更為嚴(yán)重的是,由此導(dǎo)致對部分混凝土質(zhì)量問題和質(zhì)量事故的責(zé)任認(rèn)定，都將可能會帶來顛覆性的結(jié)果，教訓(xùn)的吸取也就成為空談。

  其三，水泥必須進(jìn)行安定性檢測是國家水泥標(biāo)準(zhǔn)的明確要求，但是，當(dāng)采用膠凝材料替代水泥以后，膠凝材料的安定性問題已經(jīng)超出了水泥標(biāo)準(zhǔn)的管轄范疇，而相應(yīng)的其它規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)又不涉及安定性檢測的內(nèi)容，導(dǎo)致混凝土體積穩(wěn)定性問題經(jīng)常發(fā)生也就不足為奇，特別是隨著混凝土中摻合料品種和用量的不斷增加，水泥用量越來越少，對混凝土體積穩(wěn)定性取決定性作用的已不是水泥，而是膠凝材料組合。由此可見，現(xiàn)有的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)僅對水泥進(jìn)行檢測是不夠的，必須增加膠凝材料組合的安定性檢測,只有這樣，才能最終確保混凝土具有良好的體積穩(wěn)定性，這是當(dāng)前規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)間的盲區(qū)。

  其四，混凝土路面必須具有良好的耐磨性這是不言而喻的，但設(shè)計(jì)規(guī)范、施工驗(yàn)收規(guī)范對混凝土耐磨性的要求卻沒有明確的量化控制指標(biāo)，雖然道路水泥標(biāo)準(zhǔn)對水泥的耐磨性有相關(guān)的要求，但是，在礦物摻合料用量越來越多而水泥用量越來越少的今天，原有基準(zhǔn)水泥的耐磨性已被弱化，由此導(dǎo)致路面起灰起砂的問題經(jīng)常發(fā)生也就成為必然，即使對簿公堂，法官也難以依法判定，因?yàn)槟湍バ砸笫请[含的，并非規(guī)范或圖紙明確的，相關(guān)的案例也并不少見，這同樣是規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)間的盲區(qū)。

  其五,當(dāng)前礦物摻合料中使用量最大的是礦渣和粉煤灰,眾所周知，礦渣和粉煤灰的密度均小于水泥的密度,特別是粉煤灰差距更大,這一差距給施工帶來了巨大的困難,因?yàn)樵诨炷翝仓驼駬v過程中,密度大的水泥會往下沉,而密度小的礦物摻合料會往上浮,呈現(xiàn)微觀上的分層離析,從而使構(gòu)件頂部和表面摻合料含量過大而水泥含量過小,底部則反之。由此造成的不良后果除構(gòu)件強(qiáng)度上下不均外，梁頂、柱頂、板頂經(jīng)常開裂已經(jīng)成為不爭的事實(shí)，特別是柱頂，開裂現(xiàn)象相當(dāng)普遍，且水泥用量越少，摻和料用量越多，開裂問題愈加突出，至今難以解決。

  三、解決瘦身水泥的相應(yīng)對策

  作為當(dāng)前的建設(shè)者，雖然我們無法改變規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀，但我們完全可以想方設(shè)法規(guī)避其可能帶來的風(fēng)險(xiǎn)，并確保混凝土結(jié)構(gòu)在其使用年限內(nèi)安全可靠的工作。

  一是將水泥比表面積控制在300～350㎡/kg之間，最大限度的保證混凝土28天后強(qiáng)度仍有較大幅度的增長，同時(shí)，適當(dāng)提高混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)的配制強(qiáng)度，增強(qiáng)混凝土抵御各種有害介質(zhì)長期侵蝕的能力，確?；炷两Y(jié)構(gòu)的長期耐久性。

  二是在進(jìn)行混凝土施工配合比設(shè)計(jì)之前，必須對水泥中的混合材含量進(jìn)行檢測，確保最終混合材和摻合料總量控制的真實(shí)性和有效性，同時(shí)，在混凝土施工配合比設(shè)計(jì)完成后，應(yīng)對所選用的膠凝材料組合進(jìn)行安定性檢測，以最終確保膠凝材料組合具有良好的體積穩(wěn)定性。

  三是對于混凝土表面有耐磨性要求的路面、碼頭面層、機(jī)場道面等，除按第一點(diǎn)控制比表面積外，應(yīng)優(yōu)先選用道路硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥，不宜使用礦渣水泥、粉煤灰水泥或復(fù)合水泥，更不宜在混凝土施工配合比設(shè)計(jì)時(shí)摻加礦渣、粉煤灰等礦物摻合料，以確?；炷辆哂休^強(qiáng)的表面耐磨性。

  四是對于不同環(huán)境、不同結(jié)構(gòu)、不同保護(hù)層厚度的混凝土，其礦物摻合料的最大參量應(yīng)嚴(yán)格按《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T50476-2008）的條款執(zhí)行。

  四、結(jié)語

  綜上所述，現(xiàn)代混凝土的質(zhì)量通病多是因瘦身水泥而引起，這里既有規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)間不協(xié)調(diào)的因素，也有我們自身監(jiān)管不到位，措施不得力的原因，記得英國標(biāo)準(zhǔn)界有句名言，大意是“標(biāo)準(zhǔn)的缺陷，不能完全免除使用者的責(zé)任?！币簿褪钦f，規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)告訴我們的是方法和行為準(zhǔn)則，至于如何選擇與決策，主要取決于我們每個(gè)人每個(gè)團(tuán)隊(duì)的責(zé)任與智慧。

  客觀的講，無論是瘦身水泥自身還是礦物摻合料的使用，都有其積極的一面，比如說，前者有利于生產(chǎn)高強(qiáng)水泥、早強(qiáng)水泥，后者可以充分利用工業(yè)廢渣、減少二氧化碳排放、降低建設(shè)成本等等，但是，其負(fù)面影響對許多結(jié)構(gòu)來說也是絕對不能接受的，甚至?xí)頌?zāi)難性的后果，對于這一點(diǎn)，我們決不能漠視。

  作為建設(shè)者，我們必須始終堅(jiān)持從混凝土質(zhì)量的系統(tǒng)把握與控制出發(fā)，針對不同項(xiàng)目、不同結(jié)構(gòu)部位及不同的環(huán)境條件，分別采取相應(yīng)的應(yīng)對措施，既要瞻前，更要顧后，趨利避害，這樣，才能確保我們的建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)得起時(shí)間的檢驗(yàn)和歷史的考驗(yàn)，履行好我們建設(shè)者應(yīng)盡的責(zé)任與義務(wù)，促進(jìn)社會的科學(xué)發(fā)展、和諧發(fā)展。