關于混凝土最小水泥用量的討論

[摘　要] 本文著重討論相關規(guī)范標準對混凝土最小水泥用量的要求，并對現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

　　混凝土配合比設計過程中一般都要考慮相應標準規(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用的重要判別依據，混凝土是否滿足最小水泥用量要求，也成為建設方、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量礦物摻合料的廣泛應用，以及高性能混凝土的發(fā)展，與時俱進的進行調整； 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，應遵守表1 的規(guī)定。

　　在以后1983 年、1992 年修編的混凝土結構工程施工及驗收規(guī)范等國家標準中對表1 雖作過局部修改，但具體數值要求一直沒有降低，個別還有些提高。目前我國現行的《普通混凝土配合比設計規(guī)程》J GJ 55 - 2000 行業(yè)標準，要求當進行混凝土配合比設計時，混凝土的最大水灰比和最小水泥用量，應符合表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)《混凝土外加劑應用技術規(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 ，重要承重結構，薄壁結構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計，膠凝材料最少用量(水泥、膨脹劑和摻合料的總量) 應符合補償收縮混凝土300kg/ m3 ，填充用膨脹混凝土350kg/ m3 ，自應力混凝土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:混凝土冬期施工應優(yōu)先選用硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥，水泥標號不應低于425 號。最小水泥用量不應少于300kg/ m3 ， 水灰比不應大于0.6 。

(4)《混凝土泵送施工技術規(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字要求。其它一些技術規(guī)定也相應提出具體要求，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值還一再提高，或將原標準規(guī)定為“宜”和“不宜”的要求，又升格為“應”或“不應”，造成目前的一些從業(yè)人員，在混凝土結構施工過程中，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狀

　　解放以來，我國頒發(fā)的水泥產品國家標準自1953 年首次統(tǒng)一標準開始，先后經歷了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》等相關標準，形成了以原蘇聯標準的“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 年標準的基礎上，為提高水泥產品質量，對水泥的技術指標在采用法定計量單位的同時進行較大調整，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，提高水泥產品實物質量，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，致使現在所應用的水泥與老標準的水泥相比強度不斷攀高的過程?！?/P>

　　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， 自然演變到現在水泥最低強度等級32.5 級的現狀。即從原來可以使用300 號水泥拌制混凝土，變成現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狀(當然混凝土技術向高強度方向發(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工藝落后的小水泥廠，從宏觀上保證了水泥產品質量，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 含量應在5 %以下) ，C4AF 一般占9 %～16 % 的成分組成。個別生產廠水泥熟料中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常發(fā)生開裂現象，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上不必過于倡導高強和早強，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)范修訂過程中適當弱化最小水泥用量要求

      在混凝土配合比設計過程中，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標準規(guī)范的過程中，能夠隨著混凝土材料和混凝土技術的發(fā)展，在保證混凝土質量(包括強度、工作性、耐久性和經濟性等) 的前提下，將最小水泥用量要求，規(guī)定和表述的更加科學，更有益于技術進步，更有益于貼近實驗和實踐，減少強制性，提倡引導性，給先進企業(yè)或先進技術留出適量創(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)范的不負責任，不擔責任的錯誤理解和執(zhí)行的不正常狀況。

      目前在執(zhí)行現行標準規(guī)范時，難免碰到一些經試驗和實踐驗證成熟可靠的技術，在實際應用時會遇到現行規(guī)范制約的情況。例如:商品混凝土生產目前大多數攪拌站都應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 關于最小水泥用量不應少于300kg/ m3 的規(guī)定。同時《混凝土外加劑應用技術規(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《地下防水工程質量驗收規(guī)范》GB50208 - 2002 和《混凝土外加劑應用技術規(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行業(yè)標準《混凝土泵送施工技術規(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，基礎底板厚度超過1m 以上，應視為大體積混凝土。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，防止產生溫度裂縫。為此，混凝土配合比設計途徑，一可選用低熱水泥，二要降低水泥用量。此時就同時要受《地下防水工程質量驗收規(guī)范》GB50208 - 2002 的約束，因為地下建筑物設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，減少互相引用，重復提出具體數據要求的內容。盡可能地減少執(zhí)行過程中，易產生多種理解和誤解的情況。

3.2 　在標準規(guī)范中應進一步將“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，能膠結砂、石等適當材料并能在空氣和水中硬化的粉狀水硬性膠凝材料。

      在相關建設工程的標準規(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品；再一種為廣義的“水泥”，即是后邊應加括號注明，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)《混凝土外加劑應用技術規(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 。”在同一本規(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”，是專指水泥數量。

      其它諸如《混凝土泵送施工技術規(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，是否應先將“水泥”一詞的應用先“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)

      關于混凝土配合比中最小水泥用量的內容含義， 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《混凝土結構工程施工及驗收規(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。混凝土技術的發(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)應用，磨細礦渣粉在混凝土中的摻入，給混凝土技術插上了翅膀。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，和現在采用高摻量技術，礦渣粉可代替近50 %水泥而確?；炷翉姸?，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量的影響[J ] . 建筑技術，2002 (1) .

[2 ]閻培渝. 混凝土配合比設計中的“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，副經理；王慶，男，工程師，質量技術室主任。

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