從高性能混凝土的技術(shù)需求談中國水泥產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整

[摘要]論述了水泥產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整的方向，42.5、52.5等級水泥應(yīng)是中國水泥產(chǎn)品的主流。水泥強度等級的相對提高、熟料中C3S含量的相對增加、細度的相對提高（為了早強）是市場的需求，并不是造成混凝土開裂概率增大的最主要因素。國內(nèi)混凝土科研與應(yīng)用技術(shù)水平已經(jīng)很高，關(guān)鍵是如何管控好混凝土的施工與養(yǎng)護質(zhì)量。闡述了高性能混凝土需要的水泥所應(yīng)具備的基本性能及中國水泥混凝土工業(yè)的強國之路。

[關(guān)鍵詞]水泥強度等級；水泥品質(zhì)；混凝土裂縫；結(jié)構(gòu)調(diào)整；水泥混凝土強國

  我國經(jīng)濟發(fā)展經(jīng)歷了20多年的高速增長，開始步入增長緩速穩(wěn)定的新常態(tài)。新常態(tài)下，經(jīng)濟增長下行，水泥產(chǎn)能過剩加劇，產(chǎn)品需求萎縮，競爭非常激烈，企業(yè)利潤大幅降低。水泥行業(yè)也在從過往的以速度和增量為主導(dǎo)，轉(zhuǎn)向以創(chuàng)新提升、提高資源能源利用率，提高品種質(zhì)量和效益為發(fā)展主旋律的新階段。針對水泥產(chǎn)品淘汰落后產(chǎn)能、標準創(chuàng)新問題，中國建材聯(lián)合會喬龍德會長在西北地區(qū)水泥市場高層論壇會上強調(diào)[1]，對取消32.5水泥的工作分為調(diào)整稅率、擴大范圍和取消標準三步實施，即第一步把PC32.5的稅收補貼調(diào)整到42.5水泥的稅收補貼中；第二步要擴大到取消32.5R水泥，從政策上全面取消32.5的稅收補貼；第三步在征得國家標委會、住建部同意的基礎(chǔ)上，從標準上取消32.5等級水泥。目前，依據(jù)通用硅酸鹽水泥GB175-2007 ，水泥產(chǎn)品有32.5級、42.5級、52.5級、62.5級四個強度等級，按混合材料的品種和摻量分為硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥六個品種。據(jù)筆者預(yù)計，32.5等級水泥市場銷售量（容量）目前約為全國水泥總產(chǎn)量24億噸水泥的40%，也就是在10億噸/年左右。取消32.5等級水泥對混凝土產(chǎn)業(yè)特別是高性能混凝土產(chǎn)業(yè)有沒有影響？當代混凝土結(jié)構(gòu)的普遍裂縫現(xiàn)象與水泥質(zhì)量到底是怎么樣的關(guān)系？中國水泥混凝土工業(yè)的強國之路在哪里？這些問題都值得我們建材人去深入探討。

  1  明確62.5等級以上水泥沒有必要規(guī)模化生產(chǎn)

  我國東部、中部大中小城市商品預(yù)拌混凝土的普及率已經(jīng)很高，使用的水泥品種主要為P.O42.5等級；高標號商品混凝土及預(yù)制構(gòu)件混凝土C50-C120等級，主要使用52.5等級水泥。從混凝土科學(xué)的角度和混凝土減水劑的角度看，42.5等級和52.5等級的水泥已經(jīng)足夠滿足國家建設(shè)的需要，目前世界上在具體工程上已經(jīng)實現(xiàn)應(yīng)用的混凝土標號為C10-C120。2014年，上海建工材料公司成功將C100高強高性能混凝土泵送至上海中心大廈620米新高度，創(chuàng)造了混凝土超高泵送新的世界紀錄。同時，中國建筑總公司廣州東塔項目部也聯(lián)合混凝土專家在東塔實驗泵送了C120的超高強度綠色多功能混凝土，成功將這種混凝土從首層泵送至東塔塔頂510米的高度；2015年7月，中建一局聯(lián)合三一重工、清華大學(xué)建材研究所等單位依托深圳平安金融中心成功試驗了C100高強高性能混凝土可泵送至1000米的高度，這些都標志著上海建工和中國建筑總公司乃至中國的混凝土技術(shù)已經(jīng)達到國際一流水平。無論C100還是C120高性能混凝土，使用52.5等級水泥足夠可以勝任，另外還有混凝土摻合料（粉煤灰、礦渣微粉及硅灰）和高效高性能的減水劑（萘系和脂肪族減水劑的減水率可達15%-25%；氨基磺酸鹽減水劑減水率可達25%-30%；聚羧酸減水劑的減水率可以達到30%-35%）起重要作用，水泥只是水泥基混凝土的一個重要原料。62.5等級以上水泥有名無大的市場，是必然的客觀事實。但為了水泥標準的先進性，建議保留62.5等級水泥品種。

  2  32.5等級水泥的去與留

  2.1 32.5等級水泥市場在哪里

  32.5等級水泥的市場：農(nóng)村和中小規(guī)模鄉(xiāng)鎮(zhèn)房屋及道路的建設(shè)，生產(chǎn)C10-C40等級的現(xiàn)場攪拌混凝土和現(xiàn)場攪拌抹面砂漿和砌筑砂漿；城市用建筑砂漿，包括預(yù)拌砂漿或干混砂漿；城市或農(nóng)村小規(guī)模的裝飾裝修用水泥。

  大中小城市商品預(yù)拌混凝土攪拌站，當然可以使用32.5級水泥來生產(chǎn)C10-C30混凝土，但是在市場經(jīng)濟高度行業(yè)競爭的今天，企業(yè)家都是需要算經(jīng)濟帳的。全國各地原材料包括水泥、砂（河砂及機制砂）、碎石、粉煤灰、礦粉及混凝土外加劑等原料價格差異較大，同一標號混凝土單方成本差異也較大，務(wù)必需要使用當?shù)厣a(chǎn)的42.5級和32.5級水泥同條件試驗混凝土性能并比較單方混凝土生產(chǎn)成本，根據(jù)性價比和混凝土施工性能來確定最佳配合比。同一標號C10-C30混凝土，有的區(qū)域使用32.5等級水泥更經(jīng)濟，有的區(qū)域使用42.5等級水泥可能更經(jīng)濟，即使相差2元/m³的原材料成本也很可觀。使用32.5級水泥生產(chǎn)C10-C30商品混凝土，由于該水泥混合材較多而成份復(fù)雜，其與混凝土外加劑的適應(yīng)性問題更難調(diào)整，給商品混凝土生產(chǎn)企業(yè)帶來生產(chǎn)質(zhì)量控制難度的增大和成本上升。一般說來，根據(jù)單方混凝土中膠凝材料的多寡，針對C30-C50混凝土，使用42.5等級水泥生產(chǎn)的混凝土單方成本更具有優(yōu)勢；針對C50-C100混凝土，使用52.5等級水泥生產(chǎn)的混凝土單方成本更具有優(yōu)勢。經(jīng)過多地調(diào)研，目前國內(nèi)市場上商品混凝土生產(chǎn)企業(yè)很少使用32.5等級水泥來生產(chǎn)商品混凝土。為加快推廣應(yīng)用高性能混凝土，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部和工業(yè)和信息化部聯(lián)合發(fā)文（建標[2014]117號）“住房城鄉(xiāng)建設(shè)部工業(yè)和信息化部關(guān)于推廣應(yīng)用高性能混凝土的若干意見”，文件要求：“十三五”末，C35及以上強度等級的混凝土占預(yù)拌混凝土總量50%以上。這就意謂著32.5等級的水泥今后更沒有在商品混凝土行業(yè)存在大量利用的可能性。

  2.2 取消32.5強度等級的水泥，市場如何應(yīng)對

  農(nóng)村和中小規(guī)模鄉(xiāng)鎮(zhèn)的建設(shè)，生產(chǎn)C10-C40等級的現(xiàn)場攪拌混凝土和現(xiàn)場攪拌抹面砂漿和砌筑砂漿，42.5等級水泥代替32.5等級水泥的結(jié)果是，要么適當減少水泥用量，要么提高了混凝土的強度等級，農(nóng)村房屋壽命延長，更加堅固，特別是對地震多發(fā)地區(qū)更加有利。城市砂漿，包括預(yù)拌砂漿或干混砂漿的市場，使用42.5等級水泥代替32.5等級水泥，水泥用量可降低，但摻合料（粉煤灰或石粉）用量增加，技術(shù)上操作不存在問題。城市或農(nóng)村小規(guī)模的裝飾裝修，42.5等級水泥代替了32.5等級水泥，利弊均有。JG/T486-2015《混凝土用復(fù)合摻合料》建筑工業(yè)行業(yè)產(chǎn)品標準自2016年4月1日起在全國實施，更是為大中小型水泥粉磨站企業(yè)提供了難得的發(fā)展機遇，混凝土用復(fù)合摻合料也可供應(yīng)給農(nóng)村城建市場。

  2.3 建議32.5等級水泥可以轉(zhuǎn)為普通砂漿（抹面砂漿和砌筑砂漿）專用水泥

  如果國家層面一定要取消32.5等級水泥，筆者建議：可以把32.5等級水泥轉(zhuǎn)變成普通砂漿專用水泥在市場上存在，既然是普通砂漿專用水泥，就必須專用于生產(chǎn)普通砂漿。把普通砂漿專用水泥列為特種水泥品種。這樣，普通砂漿專用水泥仍然可以大量消納低品位工業(yè)廢渣，讓它繼續(xù)為環(huán)保產(chǎn)業(yè)做貢獻。

  3  混凝土摻合料工業(yè)的興起

  高性能混凝土最主要的特點之一是混凝土摻合料成為必需組分。用于水泥和混凝土中的粉煤灰GB/T1596-2005、用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉GB/T18046-2008、石灰石粉在混凝土中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程JGJ/T 318-2014、用于水泥和混凝土中的?；姞t磷渣粉GB/T 26751-2011、用于水泥和混凝土中的鋼渣粉GB/T 20491-2006、 用于水泥和混凝土中的鋰渣粉YB/T 4230-2010及混凝土用復(fù)合摻合料JG/T486-2015等國家或行業(yè)標準為混凝土摻合料工業(yè)提供了機遇，混凝土摻合料的生產(chǎn)，仍然是建材工業(yè)中的大中小水泥粉磨站來生產(chǎn)，來供應(yīng)市場。混凝土摻合料實際上已經(jīng)是資源型產(chǎn)業(yè)，前途光明。

  4  現(xiàn)代混凝土的普遍裂縫現(xiàn)象與水泥質(zhì)量的關(guān)系

  張大康高級工程師^[2]認為：中國半個世紀以來，水泥熟料中C3S含量在增加、水泥強度在增加、水泥細度變細、堿含量增加，同時混凝土的開裂也普遍的增加，混凝土耐久性下降。工程實踐中，特別是當代混凝土產(chǎn)生裂縫的原因很多，有變形引起的裂縫，如溫度變化、收縮、膨脹、不均勻沉陷等原因引起的裂縫；有外載作用引起的裂縫；有施工馬虎、養(yǎng)護措施不當和化學(xué)作用引起的裂縫等等，本文不再贅述。近20多年來，中國土木工程建設(shè)需要的混凝土標號從C20-C40等級提高到了C30-C100等級，中國的摩天大樓數(shù)量將穩(wěn)居世界第一。水泥標號提高是市場的需要，提高水泥標號意味著熟料C3S含量相對增加、水泥早期強度增加、水泥磨得相對更細。水泥是水泥基混凝土的一個重要原材料，并對混凝土抗壓強度起主要作用，水泥基漿體在硬化過程中的化學(xué)收縮是其本身特性，水泥細度變細會導(dǎo)致水泥基漿體在早期塑性階段收縮加大、水化反應(yīng)加速、早期水化熱增大，因此，混凝土裂縫概率增加是必然?！陡咝阅芑炷翍?yīng)用技術(shù)指南》指出[3]：硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥的比表面積不宜大于350m²/Kg。盡管如此，人類依然可以發(fā)揮主觀能動性，控制混凝土裂縫的關(guān)鍵還是要依靠人的因素^[4]。全國有上百名混凝土科學(xué)家，有數(shù)萬名混凝土專業(yè)工程師，全世界混凝土科研及應(yīng)用論文已經(jīng)發(fā)表數(shù)十萬篇，但是混凝土裂縫問題依然十分普遍。筆者認為：關(guān)鍵的關(guān)鍵還是混凝土的施工管控和養(yǎng)護沒有得到足夠的重視，高素質(zhì)高度責(zé)任心的混凝土工人變得越來越屈指可數(shù)。這里列舉出新舊混凝土施工方法的對比。

  舊建筑施工方法：混凝土現(xiàn)場攪拌，人工半機械化搬運，混凝土砂率相對低，混凝土坍落度較小，一般入模坍落度30-90mm，施工仔細認真，混凝土很少有裂縫，結(jié)構(gòu)耐久。

  新建筑施工方法：商品預(yù)拌混凝土，機械化運輸，混凝土泵送施工，混凝土砂率高，水泥基漿體豐富，混凝土坍落度大，一般入模坍落度160-220mm，施工快，混凝土抹面工序操作馬虎，養(yǎng)護差，裂縫多，混凝土裂縫現(xiàn)象已經(jīng)司空見慣。

  問題的癥結(jié)：混凝土科研與應(yīng)用技術(shù)進步很快，關(guān)鍵是混凝土的施工管控與養(yǎng)護作業(yè)跟不上，建筑工人素質(zhì)跟不上，責(zé)任心缺乏。需要強調(diào)，普通型泵送混凝土入模板施工的黃金坍落度為140-160mm，如鋼筋特別密集，可減小碎石粒徑，適當增加坍落度到180-200mm。入模坍落度從140mm到220mm，特別是混凝土的現(xiàn)澆墻板，混凝土收縮裂縫出現(xiàn)的概率可從30%提高到90%?；炷撩鎸拥牧芽p，通過混凝土終凝前多次抹面、及時塑料布覆蓋、終凝后的保濕養(yǎng)護充分，完全可以大幅度降低混凝土開裂的概率?；炷翂Π宓牧芽p，可以通過降低入模坍落度，混凝土中加入聚丙烯纖維，降低施工速度，加強振搗，及早澆水保濕養(yǎng)護等辦法來降低開裂概率。

  提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的關(guān)鍵是減少結(jié)構(gòu)混凝土裂縫，減少混凝土裂縫的關(guān)鍵是在混凝土施工和養(yǎng)護上多下功夫，提高工人責(zé)任心比什么都重要。混凝土不可能是十全十美的材料，從原材料到配合比設(shè)計，從攪拌運輸?shù)奖盟褪┕?，從振搗抹面作業(yè)到保濕養(yǎng)護，每一步都要操心、用心、精心，才可以切實減少混凝土開裂，最后再通過混凝土的裂縫修補措施，從而提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

  中央城市工作會議提出力爭10年左右的時間“裝配式建筑占新建建筑比例達到30%”，裝配式建筑是指把傳統(tǒng)建造方式中的大量現(xiàn)場作業(yè)工作轉(zhuǎn)移到工廠進行，在工廠加工制作好建筑用構(gòu)件和配件（如樓板、墻板、樓梯、陽臺等），運輸?shù)浇ㄖ┕がF(xiàn)場，通過可靠的連接方式在現(xiàn)場裝配安裝而成的建筑。大力發(fā)展裝配式建筑，為混凝土預(yù)制構(gòu)件企業(yè)的發(fā)展提供良好的機遇，混凝土構(gòu)件工廠化預(yù)制，更是要求混凝土要盡量早強高強快凝，加快模板周轉(zhuǎn)周期，也要求我們水泥產(chǎn)品一定要在42.5等級以上，由于這種施工方式的混凝土坍落度相對較小，也有利于減少混凝土構(gòu)件裂縫概率。

  5  高性能混凝土需要什么樣的水泥

  20多年來，隨著預(yù)拌混凝土產(chǎn)業(yè)的興起，高性能混凝土在我國的工業(yè)與民用建筑、水利大壩、鐵路、高速公路橋梁、海洋工程、核電站工程等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。高性能混凝土需要的水泥所應(yīng)具備的基本性能應(yīng)如下：

  （1）水泥的標準稠度用水量盡量小，一般控制在25%-28%之間；

  （2）水泥品質(zhì)穩(wěn)定，強度波動小，水泥早后期強度增長穩(wěn)定；

  （3）水泥助磨劑摻量參照國外同類產(chǎn)品，一般控制在0.1%及以下，對混凝土外加劑的作用和影響小；

  （4）水泥標號應(yīng)在42.5等級、52.5等級；

  （5）不建議使用礦渣硅酸鹽水泥，特別是高爐礦渣作為混合材和熟料一起粉磨生產(chǎn)的礦渣水泥，由于其中礦渣粒度粗，造成混凝土容易泌水，嚴重時混凝土容易離析，不利于混凝土的施工和質(zhì)量。支持符合國家或行業(yè)標準的礦渣微粉做混凝土摻合料，在生產(chǎn)高性能混凝土?xí)r摻入，用以提高混凝土耐久性及降低混凝土成本；

  （6）水泥細度不宜超過350m²/Kg；

  （7）混合材品種及用量要滿足國家標準要求，水泥粉體顏色均勻穩(wěn)定。

  （8）部分高性能混凝土需要特種水泥，如核電站用水泥、海工用水泥、大壩用水泥及早強快硬的硫鋁酸鹽水泥等。

  6  中國水泥混凝土工業(yè)的強國之路

  水泥產(chǎn)業(yè)是典型的傳統(tǒng)制造業(yè)，目前國內(nèi)還有3000家左右的水泥生產(chǎn)企業(yè)，面臨轉(zhuǎn)型和升級的重要任務(wù)。落后就要被淘汰，強者才可以生存于市場，這是市場競爭的規(guī)律。當前水泥年產(chǎn)24億噸左右，行業(yè)大而不強，又面臨資源、能源、環(huán)境的巨大壓力。國家工信部作為行業(yè)主管部門，要鼓勵、支持大水泥集團公司加快企業(yè)兼并重組的步伐，除西藏及少數(shù)偏遠地區(qū)外，對于2500T/d以下的各類干法窯各地區(qū)要因地制宜制定淘汰時間表。國家質(zhì)監(jiān)和環(huán)境保護部門嚴格執(zhí)法，堅決執(zhí)行最新頒布的GB4915-2013《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》和GB16780-2012《水泥單位產(chǎn)品能源消耗限額》標準，堅決關(guān)停淘汰一批落后產(chǎn)能。水泥工業(yè)首先治理好粉塵污染問題，然后考慮廢氣的脫硝、脫硫，最后考慮CO₂的撲捉、收集、凈化、回收利用；加大力度研究建筑廢棄物的回收利用、特種水泥研究及應(yīng)用、特種混凝土研究及工程應(yīng)用、水泥窯熱能回收高效利用及混凝土修補材料等。水泥及混凝土工業(yè)，理應(yīng)是環(huán)境友好型企業(yè)，不僅不應(yīng)造成環(huán)境污染，通過處置消納工業(yè)廢渣、廢棄危險品、城市生活垃圾、污泥等社會公益行為，成為環(huán)保產(chǎn)業(yè)中的重要成員。希望我國有社會作為和影響力的大水泥集團公司加強自己企業(yè)的科技創(chuàng)新，從裝備一流、工藝先進、智能化控制、環(huán)保突出、高效節(jié)能到綠色發(fā)展等領(lǐng)域趕超世界先進水平。水泥工業(yè)通過科技創(chuàng)新、完善產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展（從礦山骨料-熟料基地-粉磨站-預(yù)拌商品混凝土-預(yù)制建筑混凝土構(gòu)件-綠色建筑），完全可以為人類環(huán)保事業(yè)作出更大的貢獻，我國的水泥及混凝土工業(yè)也完全可以實現(xiàn)強大之夢、綠色之夢。

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