【导读】混凝土用水泥质量的嬗变之迷是《漫谈混凝土质量控制》系列文章之一，主要从四个方面说明水泥质量嬗变本质，解释了现代混凝土28d以后强度增长缓慢，早期水化放热量较多等现象。最后从高性能混凝土推广应用视角将为水泥工业提供全新的发展机遇。
韦庆东撰写的“砼言砼语”系列文章将陆续从本微信公众号发布，欢迎分享和转发，共同关注和探讨混凝土行业热点问题，传播正能量。
一、前言-质量控制及意义
根据2000版GB/T 19000-ISO9000族标准的相关内容：质量是指一组固有特性满足要求的程度。质量控制是指为达到质量要求所采取的作业技术和活动。它是为了通过监视质量形成过程，消除质量环上所有阶段引起不合格或不满意效果的因素，以达到质量要求，获取经济效益，而采用的各种质量作业技术和活动。
混凝土质量控制是指为达到设计、生产、施工和应用所需要的混凝土质量要求，所采取的各类作业技术和活动。很多先进的混凝土生产企业，采用ISO9001：2000质量管理体系和ISO14001：2004环境管理体系以及OHSAS18000职业健康安全管理体系。通过编制《质量手册》、《质量管理体系程序文件》、《作业指导书》等管理文件，建立混凝土生产、销售的质量、环保和职业健康安全管理体系。从产品的设计开发，原材料的采购和检验，生产过程的控制，出厂检验，产品交付和售后服务等各个方面都制定了文件化的工作程序。明确了管理者的职责和权限，制订了岗位责任制，使各岗位都有明确的工作程序和质量要求，确保了质量体系的持续有效。
图5.2-2 典型的混凝土强度质量控制图
混凝土作为我国用量最大的建筑材料，控制其质量，达到更好的耐久性能和更长的服役寿命，是可持续发展的必然要求。通过混凝土质量控制可实现节约资源、能源、保护环境和可持续发展。以配合比设计控制为例，不仅可以降低水泥用量，减少因水泥生产带来的碳排放、资源、能源消耗等问题，而且可以大量消纳工业固体废弃物，如粉煤灰、矿粉和钢渣等。减轻工业化和城市化发展对资源、能源、环境和社会形成的巨大压力。利用粉煤灰、矿粉等材料生产的各种高性能混凝土，体现了和谐和可持续发展的新理念，具有巨大的社会效益。
因此，对于混凝土质量控制来说，如果从技术角度来考虑，进行混凝土质量控制必须充分了解混凝土各种原材料性能，对其各种性能的综合利用而配制满足性能要求的混凝土。原材料必须符合工程应用要求；新拌混凝土的工作性能满足设计、生产、运输、施工及抹面要求；硬化混凝土的强度、耐久性满足结构设计和服役环境要求等。对于管理制度的规范化和产品质量的标准化而言，规范化的管理可以实现企业的高效运转，树立企业形象，并保证规模化生产的产品质量；标准化的产品质量，可以节约过程质量控制成本，更有利于产品应用和市场推广。
现行标准《混凝土质量控制标准》GB50164-2011主要从混凝土技术规程角度出发，规定混凝土原材料质量控制、混凝土性能要求、配合比控制、生产控制水平要求、生产与施工质量控制、混凝土质量检验和验收等内容。后面我们可以一起探讨影响混凝土质量的若干技术问题。
二、水泥变化的四大特征
水泥是影响混凝土质量的最重要因素之一。当前混凝土生产用水泥存在一些常人难以理解的问题，例如28d龄期以后强度不增长，早期水化热高，早期开裂显著等问题。尽管混凝土质量控制影响因素较多，但是如果我们从水泥工业的发展背景来看，从20世纪20年代以来，尽管水泥外貌并没有显著变化，但是水泥的矿物组份和强度等性能随着水泥工业的现代化进程而发生了巨大变化，这些变化均对于今天的混凝土质量控制产生了重要影响。A. M. Neville 在《Properties ofconcrete》（Fourth Edition）一书中指出水泥变化可概括如下四点：
1）、C3S含量大幅增长，C2S含量则相应降低
以英国为例，C3S含量从1960年的47%左右加到20世纪70年代的54%左右，而C2S含量则相应降低，从而一直保持硅酸钙总量为70－71%左右。在法国，从20世纪60年代中期到1989，硅酸盐水泥的C3S平均含量从42%增加到58.4%，而C2S含量则同时从28%降低到13%。
2）、早期水泥胶砂强度增加
水泥胶砂强度的变化是固定水胶比的7d强度显著增长，28d强度也是如此。而在28d龄期之外缺乏显著的强度增长。混凝土立方体强度要达到32.5MPa，在1970年需要0.50的水灰比，而1984年则需要0.57的水灰比。假定工作性能保持一致，即保持混凝土的每立方米用水量为相同的175kg/m3，则水泥用量从350kg/m3降低到307kg/m3。采用更高水胶比和更低水泥用量导致混凝土具有更高渗透性，从而更易被碳化或被侵蚀物质渗透，一般具有更低的耐久性。与使用“旧”水泥的混凝土相比，快速获得早期强度也意味更早获得足够的拆模强度，这样就停止了早期有效养护。从而使混凝土性能不能得到长期改善。
3）、水泥胶砂28d强度与7d强度之比降低
由于C3S含量与C2S含量之比变大，受其水化速度影响，前28d龄期的水泥胶砂强度快速增长，导致28d强度与7d强度之比降低。在低水胶比时，水泥胶砂28d强度与7d强度比值更低。结果之一导致现代水泥含有更多的碱。在1923年，使用高C2S含量、低细度的水泥配制混凝土，其抗压强度与龄期的对数成线性关系达到25或50年。在1937年，使用低C2S含量、高细度的水泥配制混凝土，其抗压强度与龄期的对数成线性关系大约为10年，近年来，随着关系更短。从图3可以看出这种变化趋势。
图3 1916年－1990年不同龄期水泥强度的变化（水胶比0.53混凝土标准圆柱体强度)
4）、水泥细度不断提高
与过去相比，由于现在水泥工业采用新型生产设备，特别是新型粉磨设备的不断更新进步，使得水泥比表面积（细度）稳步提高。应当指出，提高水泥比表面积和降低生产成本之间一直存在博弈问题。提高水泥比表面积可以提高早期水化速度和强度，进而提高水泥售价，但是过度粉磨而令生产成本提高。因此，水泥生产商更热衷于充分利用生产设备技术更新，找到两者平衡关系。此外，掺加助磨剂也是提高水泥细度的常用生产方式。
从上面可以看，今日之水泥与100年前水泥并不相同。现有很多高强水泥可采用高C3S、低C2S，高细度的方式实现早期高强目标。尽管使用“高强水泥”可以降低规定强度的水泥用量、加快拆模、加速工程进度而使建设总承包方获取丰厚利益，但是高水胶比和低水泥用量容易导致混凝土的渗透性较高，一般耐久性较差。过高早期强度和过早放弃模板的有效养护同样对工程质量产生安全隐患。
三、还有3个问题
1）水泥强度保证率
在《混凝土 微观结构、性能和材料》中，梅塔指出经济有效的质量控制系统必须基于统计学方法，以适应现代化的预拌混凝土生产。实现这个目标必须基于下述法则：一是收集数据时随机取样，二是采用钟形正态分布曲线，如下图5.2-1A所示。在统计学上利用控制图进行质量控制，它用图表示某一个连续测试方案中所得的结果。当绘制的曲线接近或者超过图中的上限或下限时，就表明应该采取相应的措施了。
图5.2-1 混凝土强度正态分布图
对于水泥强度控制来讲，同样要采取统计学方法来控制质量。对于规模较小的水泥生产企业，仅仅控制42.5级水泥胶砂强度大于42.5MPa，标准差波动较大，最高强度值偏低，显然背离的数理统计原则。因此，混凝土生产用水泥必须选用强度保证率高的生产厂家，以控制质量波动造成的风险。
2）高性能混凝土所用水泥
从前面可知，目前水泥市场是典型的卖方市场，混凝土生产商被动使用水泥。有必要从混凝土工程应用角度出发，向水泥生产商提出更合理的技术性能指标，从根源上来解决混凝土性能改善问题。避免被动式使用水泥生产商提出的单一水泥产品，造成混凝土耐久性不足等问题。
住房城乡建设部发布和工业化信息部联合发布的《高性能混凝土应用技术指南》规定：硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的比表面积不宜大于350m2/kg；矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥以筛余表示，80μm方孔筛筛余不大于10%或45μm方孔筛筛余不大于30%。
3）水泥成份复杂化
近年来，水泥窑协调处理生活垃圾和城市污泥的相关技术日渐成熟。对于解决城市综合症，建设美好城市生活直到重大作用。然而，生活垃圾来源复杂，煅烧灰成份也变动较大，如何既保证水泥产量，又利用混凝土生产，但是是避免水泥和外加剂相容性变差，是值得关注的问题。
小结：水泥变化是渐进式的，必须充分了解其成份变化和性能指标的发展规律，结合工程特点，才可以充分发挥水泥混凝土的整体优势。
作者声明:本文所用标准资料均存在已修订可能,请查阅最新版本资料.
联系客服
