從高性能混凝土的技術需求談中國水泥產(chǎn)品結構調整

張偉，劉丹，李亮

（1. 臨沂大學建筑學院，山東 臨沂 276005；2. 山東臨大規(guī)劃建筑設計有限公司，山東 臨沂 276005）

從高性能混凝土的技術需求談中國水泥產(chǎn)品結構調整

張偉1，劉丹1，李亮2

（1. 臨沂大學建筑學院，山東 臨沂 276005；2. 山東臨大規(guī)劃建筑設計有限公司，山東 臨沂 276005）

本文論述了水泥產(chǎn)品結構調整的方向——42.5、52.5 等級水泥應是中國水泥產(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；國內混凝土科研與應用技術水平已經(jīng)很高，關鍵是如何管控好混凝土的施工與養(yǎng)護質量。并闡述了高性能混凝土需要的水泥所應具備的基本性能及中國水泥混凝土工業(yè)的強國之路。

水泥強度等級；水泥品質；混凝土裂縫；結構調整

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，轉向以創(chuàng)新提升、提高資源能源利用率、提高品種質量和效益為發(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)合會喬龍德會長近期在西北地區(qū)水泥市場高層論壇會上強調[1]，對取消 32.5 水泥的工作分為調整稅率、擴大范圍和取消標準三步實施，即第一步把 P·C32.5 的稅收補貼調整到 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、住建部同意的基礎上，從標準上取消 32.5等級水泥。目前，依據(jù) GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》，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、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復合硅酸鹽水泥六個品種。據(jù)筆者預計，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？當代混凝土結構的普遍裂縫現(xiàn)象與水泥質量到底是怎么樣的關系？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 等級水泥和 72.5 等級水泥沒有必要規(guī)?；a(chǎn)

我國東部、中部大中小城市商品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；高強度等級商品混凝土及預制構件混凝土 C50～C120 等級，主要使用 52.5等級水泥。從混凝土科學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)足夠滿足國家建設的需要，目前世界上在具體工程上已經(jīng)實現(xiàn)應用的混凝土強度等級為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 等級水泥有名而無大實，是必然的客觀事實，更不必說 72.5 等級水泥產(chǎn)品。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

2.132.5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)的建設，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，同一強度等級混凝土單方成本差異也較大，務必需要使用當?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。同一強度等級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且成份復雜，其與混凝土外加劑的適應性問題更難調整，給商品混凝土生產(chǎn)企業(yè)帶來生產(chǎn)質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)過多地調研，目前國內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。為加快推廣應用高性能混凝土，住房和城鄉(xiāng)建設部和工業(yè)和信息化部聯(lián)合發(fā)文（建標 [2014]117 號）《住房城鄉(xiāng)建設部工業(yè)和信息化部關于推廣應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商品混凝土總量 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，市場如何應對

農(nóng)村和中小規(guī)模鄉(xiāng)鎮(zhèn)的建設，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，操作技術上不存在問題。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，很難評價利弊。目前，市場上有袋裝裝飾裝修干混砂漿出售。

2.3建議 32.5 等級水泥可以轉為普通砂漿（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。 GB/T1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》、GB/T18046—2008《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》、JGJ/T 318—2014《石灰石粉在混凝土中應用技術規(guī)程》、GB/T 26751—2011《用于水泥和混凝土中的?；姞t磷渣粉》GB/T 20491—2006《用于水泥和混凝土中的鋼渣粉》、YB/T 4230—2010《用于水泥和混凝土中的鋰渣粉》等國家或行業(yè)標準為混凝土摻合料工業(yè)提供了機遇，混凝土摻合料實際上已經(jīng)是資源型產(chǎn)業(yè)，前途光明。必須明確，用量龐大、應用技術相對成熟的粉煤灰、高爐礦渣已經(jīng)是稀缺資源，而不應該歸屬工業(yè)廢渣。

4　現(xiàn)代混凝土的普遍裂縫現(xiàn)象與水泥質量的關系

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，同時混凝土的開裂現(xiàn)象也普遍地增加，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，中國土木工程建設需要的混凝土強度等級從 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。水泥強度等級提高是市場的需要，提高水泥強度等級意味著熟料 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收縮是其本身特性，水泥細度變細會導致水泥基漿體在早期塑性階段收縮加大、水化反應加速、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眉夹g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鍵還是要依靠人的因素[4]。全國有上百名混凝土科學家，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：關鍵的關鍵還是混凝土的施工管控和養(yǎng)護沒有得到足夠的重視，高素質高度責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，結構耐久。

新建筑施工方法：商品混凝土，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：混凝土科研與應用技術進步很快，關鍵是混凝土的施工管控與養(yǎng)護作業(yè)跟不上，建筑工人素質跟不上，責任心缺乏。需要強調，普通型泵送混凝土入模板施工的最佳坍落度為 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；混凝土墻板的裂縫，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。

提高鋼筋混凝土結構耐久性的關鍵是減少結構混凝土裂縫，減少混凝土裂縫的關鍵是在混凝土施工和養(yǎng)護上多下功夫，提高工人責任心比什么都重要?；炷敛豢赡苁鞘赖牟牧希瑥脑牧系脚浜媳仍O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構的耐久性。

5　高性能混凝土需要什么樣的水泥

20多年來，隨著商品混凝土產(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、核電站工程等領域得到了廣泛的應用。高性能混凝土需要的水泥所應具備的基本性能應如下：

（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）水泥助磨劑摻量要小，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）水泥強度等級應在 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)高性能混凝土時摻入，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)，目前國內還有 3000 家左右的水泥生產(chǎn)企業(yè)，面臨轉型和升級的重要任務。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 以下的各類干法窯要制定淘汰時間表。國家質監(jiān)和環(huán)境保護部門嚴格執(zhí)法，堅決執(zhí)行最新頒布的 GB 4915—2013《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》、GB 30485—2013《水泥窯協(xié)同處置固體廢棄物污染控制標準》和 GB 16780—2012《水泥單位產(chǎn)品能源消耗限額》標準，堅決關停淘汰一批落后產(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的捕捉、收集、凈化、回收利用；加大力度研究建筑廢棄物的回收利用、特種水泥研究及應用、特種混凝土研究及工程應用、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)，理應是環(huán)境友好型企業(yè)，不僅不應造成環(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、環(huán)保突出、高效節(jié)能到綠色發(fā)展等領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—商品混凝土—預制建筑構件—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。

[1] http://www.concrete365.com/news/content/7970372098809. html．中國水泥協(xié)會，2015.06.01．

[2] 張大康．對半個世紀水泥質量發(fā)展道路的反思Ⅰ[J]．水泥，2015(05): 5-10．

[3] 建設部標準定額司，工信部原材料司編．高性能混凝土應用技術指南[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2015．

[4] 張偉，徐世君，崔玉理．混凝土裂縫控制的關鍵因素是人[J]．商品混凝土，2014(07): 8-10．

［通訊地址］山東臨沂市蘭山區(qū)雙嶺路中段，臨沂大學建筑學院 206 室（276005）

張偉（1972—），男。武漢理工大學材料學院工學學士，南京工業(yè)大學材料學院工學博士，高級工程師?！渡唐坊炷痢冯s志編委，《水泥助磨劑與混凝土外加劑》雜志編委。臨沂大學建筑學院副教授。主要專業(yè)方向：水泥化學，高性能混凝土，水泥助磨劑，混凝土外加劑，商品預拌砂漿等領域，累計發(fā)表建材類科技論文 40 余篇，獲國家發(fā)明專利 10 余項。