[原創(chuàng)]因事、因時、因地，科學利用——記第三屆“全國混凝土礦物摻合料應用技術研討會”

　　“積極推進礦物摻合料應用技術研究是提高混凝土質量的需要，是開展綠色建筑行動的需要也是實現(xiàn)混凝土企業(yè)轉型的需要?！?

研討會現(xiàn)場

　　在7月25日開幕的第三屆“混凝土礦物摻和料應用技術研討會”上，來自國內各高校和研究機構的知名專家、學者就混凝土礦物摻合料技術的研究與應用展開深入探討。江蘇省混凝土協(xié)會會長顧炎晴提出上述三點“需要”，概括了在當前社會經(jīng)濟形勢下，推進混凝土礦物摻合料應用技術研究的重要性。

江蘇省混凝土協(xié)會會長顧炎晴

　　在我國，礦物摻合料技術已經(jīng)應用多年，早在1985年漁子溪二級電站建設過程中，硅灰便作為礦物外加劑得到了有效應用，但是經(jīng)過多年的發(fā)展，國內混凝土企業(yè)在應用技術和理念方面仍然存在諸多欠缺。

北京建筑大學宋少民教授

　　北京建筑大學宋少明教授認為，“混凝土是十分復雜的材料體系，可能是人類所用的最為復雜的材料之一?！被蛟S正因為如此，混凝土礦物摻合料的科學利用才倍顯艱難。

　　一方面，各種混凝土礦物摻合料由于自身性能的差異，在實際應用過程中，需要因時、因事、因地制宜，檢測技術、施工技術、養(yǎng)護技術都要做到有效協(xié)調，大大增加科學使用礦物摻合料的實際難度；而在另一方面，國內部分地區(qū)混凝土企業(yè)在礦物摻合料使用過程中，單純降低成本，片面注重強度，忽略其它性能，造成建筑物隱患重重，嚴重威脅建筑物安全和使用壽命。

　　因此，積極推進混凝土礦物摻合料應用技術研究，增進混凝土技術工作者和質量檢測、監(jiān)管、監(jiān)理人員對礦物摻合料的認識和了解，提升礦物摻合料實際應用的科學性、合理性，成為提高建筑質量，延長建筑壽命，實現(xiàn)建筑節(jié)能，推動混凝土行業(yè)發(fā)展的重要內容。

　　用途：制備高性能混凝土

　　在現(xiàn)代建筑中，軍事防護工程、超高層建筑、核工業(yè)廢料等重點工程項目都對混凝土質量已經(jīng)提出了更為嚴苛的要求，具有超高強、高韌性、高耐久性特質的混凝土成為當下所需。

　　雖然礦物摻合料可以有效提升混凝土性能，但是由于種類繁多，特性各異，通過傳統(tǒng)辦法制備的混凝土并不能滿足建筑實際需求，因此如何科學利用礦物摻合料制備高性能混凝土，成為一大難題。

中南大學教授張云升

　　中南大學教授張云升表示，“普通活性粉磨混凝土（RPC）雖然具有超高強、超高耐久性、高韌性等特點，但是缺點也十分突出。其一，成本高昂、制備工藝復雜，實際施工難度大；其二，自收縮大，混凝土開裂風險加大；其三，缺乏完善的規(guī)范和標準。”

　　因此，利用科學手段制備超高性能混凝土是解決時下所需的關鍵。

　　張云升將超高性能混凝土定義為：一種以硅酸鹽水泥和多種工業(yè)廢渣為膠凝體系，以高強粗集料和鋼纖維為增強相，采用常規(guī)制備技術所得抗壓強度大于150Mpa，同時具有良好的流動性能、力學性能和耐久性能的低能耗生態(tài)型綠色環(huán)保建筑材料。

　　因此，環(huán)保、高強、耐久、易制是新型超高性能混凝土材料的基本要素。

　　試驗結果顯示，用FA+SL+SF取代C，采用天然砂取代石英砂并加入15mm粗骨料，采用普通濕拌、振動成型、標準養(yǎng)護，制備的超高性能混凝土，在坍落度、擴展度、表現(xiàn)密度、抗壓和抗折強度等物理性能方面表現(xiàn)優(yōu)越。

參會代表拍照記錄

　　據(jù)張云升介紹，當砂率從0.4增加到0.5，混凝土抗壓和抗折強度均有增加，但是在0.5到0.6之間，規(guī)律則出現(xiàn)不一；粗集料種類方面，摻有玄武巖的抗壓、抗折強度最大，花崗巖次之，鐵礦石最??；粗集料粒徑對混凝土的影響表現(xiàn)為，隨著粗料粒徑的增加，抗壓強度先增后減，其中10mm是抗壓強度達到最高值，抗折強度呈下降趨勢；在鋼纖維摻合量方面，纖維量增加，力學性能明顯增加，其中抗壓強度增強30.2%-64.1%，抗折強度增強38.6%-111.1%。

研討會現(xiàn)場

　　事實上，由于超高性能水泥基復合材料的優(yōu)越性能，在許多著名工程項目中已經(jīng)廣泛采用該技術。北京財稅大樓是我國首次使用超高強度混凝土的建筑。該大樓1996年建造，28天抗壓強度達到127Mpa。而同樣采用超高強度混凝土的國家大劇院，28天抗壓強度也達到了117.9Mpa，而在世界其他國家和地區(qū)，超高性能水泥基復合材料也在廣泛應用，極大提高了建筑物抗震、抗腐蝕性能，為提高建筑壽命，將少資源浪費做出了重大貢獻。

　　困局：礦物摻合料使用中的問題

　　雖然礦物摻合料對于提高混凝土強度，提高混凝土耐久性、抗壓性等方面提供了很多幫助，但是由于礦物摻合料種類、品質不同，在實際使用過程中一些問題依然存在。

清華大學教授廉慧珍

　　清華大學教授廉慧珍表示，目前礦物摻合料主要分為三大類，而且各自特性不一。

　　1、火山灰質：以無定形二氧化硅、三氧化二鋁為主要成分，能在常溫有水的條件先與石灰石反應生成水硬性產(chǎn)物的無機粉狀材料；

　　2、有潛在水硬性的礦物摻合料：以鋁硅酸鹽玻璃體為主，含少量水硬性礦物，能被硫酸鹽和堿性物質激發(fā)而生成水硬性產(chǎn)物的無機粉狀材料；

　　3、其他：可與硅酸鹽水泥某些組分反應，改善混凝土硬化前后某些性質的無機粉狀材料和可以對混凝土拌合物改性并參與混凝土微結構形成的無機粉狀材料。

　　因此，由于礦物摻合料分類不同，特性各異，給實際應用帶來不小難度。

　　有基于此，廉慧珍認為，在礦物摻合料使用過程中必須將礦物特質和混凝土需求相結合，區(qū)別對待。在實際使用過程中有3點問題需要注意。

　　首先，化學活性越高，對混凝土早期強度影響越小，相同水膠比下抗碳化性能越強，但對混凝土降低升溫作用就越小，自收縮越大；其次，并非任何礦物摻合料都適合磨細，礦渣粉磨越細，化學活性越高，但開裂敏感性越差；最后，抗化學腐蝕的能力與不同礦物摻合料本身吸附能力有關，所需參量也有差別。

研討會現(xiàn)場

　　事實上，根據(jù)實驗結果，以礦渣粉、粉煤灰、硅灰、石灰石粉為例，在用途、性能和產(chǎn)生的效果方面差異相當明顯。

　　粉煤灰，自收縮小，抗裂性好，但化學活性低，早期反應慢，長期反應率最多只有20%多，因此抗碳化性差；相比之下，礦粉渣化學活性隨比表面積增大而明顯提高，抗碳化性相對粉煤灰更好，缺點是自收縮大，抗裂性差，表面積太大不利于混凝土升溫的降低，而硅灰和石灰石粉同樣有著各自的優(yōu)缺點。

　　因此，廉慧珍強調，“礦物摻合料在使用過程中，必須當針對工程具體情況確定礦物摻合料產(chǎn)量，結合各自優(yōu)缺點，適量使用，做到因事制宜、因時制宜、因地制宜?！?

會間討論

　　應對：礦物摻合料品質檢驗和控制

　　事實上，做好礦物材料的檢驗，合理控制配合比對于科學使用礦物摻合料尤為重要。

　　南京水利科學研究院丁建彤教高認為，由于不同廠家在生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)環(huán)境以及原材料等因素存在差異，導致礦物摻合料品質出現(xiàn)波動，嚴重影響到礦物摻合料在混凝土施工過程中的應用。

南京水利科學研究院教高丁建彤

　　以粉煤灰為例。不同廠家出產(chǎn)的粉煤灰，平均粒徑由3納米到78納米不等，燒失量從1.04%到5.5%相差達到4.1%，差異明顯。因此，加大礦物摻合料檢測力度，通過不同的質量評級，控制礦物摻合料是使用量成為推廣礦物摻合料技術亟待解決的問題。

代表提問

　　丁建彤認為，礦物摻合料品質檢測，關鍵在于檢測內容的全面性和指標嚴格控制。在粉煤灰質量檢測過程中，需要在含水率、燒失量、細度、密度、粒型、活性指數(shù)、需水量比、安定性等方面進行定時定量檢測，臨時或新灰源每天或每90噸取樣一次，超過6個月的老灰源每天或每360噸取樣檢測一次，可以有效提高礦物摻合料的質量控制效果。

　　發(fā)展：高性能礦物摻合料

　　隨著研究的深入，普通礦物摻合料的缺陷開始凸顯，以3種常見摻合料為例。

　　粉煤灰：早期水化活性較低，影響混凝土早期強度，同時混凝土易碳化、抗凍后表面易脫落。

　　礦粉：一方面，增大混凝土拌合物泌水；另一方面，增大混凝土收縮，加大建筑物開裂風險。

　　硅灰：水化反應快，導致混凝土早期溫度提高；此外，增大混凝土早期收縮，加大建筑物開裂風險。

　　與此同時，現(xiàn)代混凝土同樣存在許多問題未能解決。第一，低水膠比復雜膠凝體系混凝土的粘度調控問題；第二，常溫或者低溫條件下混凝土早強問題；第三，嚴酷條件下混凝土的耐久性保持與提升問題；第四，滿足特殊需求的特種混凝土設計與制備問題。

　　基于普通礦物摻合料，無法完美的解決現(xiàn)代混凝土工作性、力學性、耐久性等方面的需要，開發(fā)高性能礦物摻合料成為混凝土行業(yè)發(fā)展的必然。

江蘇省建筑科學研究院教高劉加平

　　江蘇省建筑科學研究院劉加平教高表示，“要解決現(xiàn)代混凝土使用過程中遇到的種種難題，膠凝體系的改善是關鍵，礦物摻合料的高性能和功能化是重要技術措施?！?

　　而實際上，在應對現(xiàn)代建筑物中混凝土使用問題中，高性能礦物摻合料的確優(yōu)勢明顯。

　　第一、顆粒之間作用力大是導致混凝土粘度大的根本原因，用于粘度調控的高性能礦物摻合料可減小顆粒間作用力，有效降低混凝土粘度。

　　第二、超早強礦物摻合料的加入有利于混凝土氯離子擴散系數(shù)的降低，提高混凝土的抗氯離子的能力的同時，提高混凝土的抗凍能力。

　　第三、現(xiàn)代混凝土服役環(huán)境日趨復雜，城市污水、工業(yè)廢水處理設施以及礦山、尾礦具有強酸腐蝕的環(huán)境，混凝土腐蝕嚴重，而在西部鹽堿地帶鹽腐蝕現(xiàn)象強烈，混凝土破壞嚴重，耐酸混凝土用高性能礦物摻合料可有效提高混凝土抗酸腐性能。

　　第四、高速鐵路、橋梁、人性道板振動負荷大，用普通混凝土制備存在嚴重缺陷，耐久性難以保證，活性粉磨混凝土用高性能礦物摻合料將有效提高混凝土耐久性。

會間討論

　　事實證明，高性能礦物摻合料的應用可以有效提升混凝土性能，對延長建筑壽命、節(jié)省水泥用量、消耗廢棄物將發(fā)揮重要作用?？梢詽M足現(xiàn)代建筑結構對混凝土工作性能、力學性能、耐久性能等各項指標的更多、更高要求。

　　結語：根據(jù)實際科學利用

　　隨著建筑業(yè)的不斷發(fā)展，單純注重成本和強度的礦物摻合料使用觀念，實際已經(jīng)無法滿足現(xiàn)在建筑的需求。文中，各方專家就高性能礦物摻合料的研制，高性能混凝土的制備以及礦物摻合料應用過程中需要注重的問題等各方面做了詳細闡述，實際為我國混凝土礦物摻合料應用的精細化發(fā)展提供了幫助。

　　正如廉慧珍教授所言，混凝土企業(yè)需要真正認識到每一種礦物摻合料的特殊性能，結合使用目的、使用環(huán)境、使用時間等因素充分考量，科學制定礦物摻合料使用配比，才是提升混凝土性能的有效途徑。

　　礦物摻合料有一種魔力，可以讓普通混凝土實現(xiàn)高強、耐磨、耐久、抗酸堿等目的，但是缺乏科學的使用，仍然難以真正達到改善混凝土質量的目的。