淺談混凝土技術的現狀和發展
2005-06-16 00:00
摘 要：混凝土是當代最主要建筑材料， 我國混凝土攪拌站建設與國外相比尚屬起步階段， 雖然有些地區發展較快， 但就全國而言， 預拌混凝土的發展是不平衡的， 在其發展的同時， 暴露出不少問題。目前， 高性能混凝(HPC) 發展迅速， 其先進性使混凝土的應用范圍得到擴大， 使混凝土的社會經濟效益不斷增長， 在我國當前條件下HPC 可采用下列原材料： 水泥、集料、活性細摻料、外加劑， 在原材料的現狀和發展方面應有明確認識， 加以重視。HPC 復合化將為提高混凝土的性能， 取得多方面效益開闊新途徑。
關鍵詞：混凝土技術，現狀，發展
混凝土是當代最大宗的人造材料， 也是最主要建筑材料。目前， 世界水泥年產量已超過12 億t， 我國在數量上占居首位， 其產量約為世界總產量的三分之一。混凝土年使用量雖未見準確的統計資料， 但如以水泥產量推測， 估計在我國混凝土年使用量可達6 億m3 以上， 其工程量之多， 社會與經濟意義之大， 是人所共知的。針對我國今后發展的需要， 本文擬在三個方面予以論述。
1 預拌混凝土的現狀與發展
混凝土的集中攪拌是建筑工程生產管理方面一項意義重大的改革。預拌混凝土應用量比重的大小，標志著一個國家的混凝土生產工業化程度的高低。國外實踐表明， 采用預拌混凝土之后， 一般可提高勞動率200 %～ 250 % ， 節約水泥10 %～ 15 % ， 降低生產成本5 % 左右， 還具有保證質量、節約施工用地、實現文明施工等方面的優越性。世界上第一座預拌混凝土工廠出現在德國， 建造于1903 年， 以后受到各國的重視， 得到迅速發展。到20 世紀80 年代初， 統計結果表明， 在經濟發達的國家里， 預拌混凝土的供應量， 已達到全部混凝土生產量的60 %～ 80%。
在我國混凝土攪拌站始建于80 年代初的上海、常州兩城市。20 年來，由于建設規模逐步擴大， 尤其是北京和東南沿海地區一些城市建設的高速發展，各級建設行政主管部門采取了一些扶植政策和措施，使城市的預拌混凝土產量每年以12 %～ 15 %幅度遞增。上海、北京、廣州、大連、常州等城市應用預拌混凝土量已達到該城市混凝土總用量的80 %以上，接近經濟發達國家的水平。但是，預拌混凝土的發展是不平衡的，就全國而言，預拌混凝土占現澆混凝土量的比重還不到30 % ，有的地方甚至還沒有預拌混凝土站，與經濟發達國家相比，我國預拌混凝土尚屬起步階段。而且我國已建成的預拌混凝土站，多屬建筑企業或企業集團管理，而經濟發達國家預拌混凝土已成為獨立的新興行業， 有許多專業公司專門生產和供應預拌混凝土。
在預拌混凝土行業迅速發展的同時，也暴露出不少需要重視的問題。如： 混凝土定價不合理以及混凝土供需雙方配合不密切， 出現供大于求而導致降低價格出售，因而無法保證預拌混凝土的質量。這樣惡性循環不利于預拌混凝土的長遠發展。
為了保證預拌混凝土的健康發展，必須注意以下幾點：
1) 加強預拌混凝土廠的合理規劃和布置，預拌混凝土的生產規模應與當地的建筑和市場需求相匹配， 避免盲目發展，過度集中。
2) 有計劃的組織在職人員培訓，提高人員素質及企業的技術和管理水平，加強有關標準的宣傳貫徹力度。
3) 規范市場，加強有關部門的監督，使供需雙方必須遵守合同， 增強合同的法律效力; 并制定出合理的預拌混凝土價格體系。使預拌混凝土能在正常的競爭條件下得到發展。
2 高性能混凝土的現狀和發展
為了弄清當前混凝土在不同用途中存在的缺點和薄弱環節，美國于80 年代曾對很多土建工程單位進行了廣泛的調查。從調查結果可知， 在眾所關注的抗壓強度以外，亟待改進提高的混凝土性能， 依次為體積穩定性、抗滲性、流動性、抗折(拉) 強度、護筋性、線膨脹系數等， 當然還須降低成本。上述各種性能歸納起來就是強度、工作性和耐久性3 大類， 這正符合十幾年來幾個發達國家正在研究開發中的高性能混凝土(HPC)。
HPC 的誕生與發展是近代工程發展的需要。例如高層、大跨度、大荷載、特殊使用條件和嚴酷的環境(如海上石油鉆采平臺、海底隧道等) 以及對建設速度、經濟、節能等有更高要求; 同時也由于混凝土技術的提高使HPC 成為可行。HPC 的先進性使混凝土的應用范圍得到擴大， 使混凝土的社會經濟效益得到不斷增長。
發展HPC 的主要途徑有：
1) 高性能的原材料以及與之相適應的工藝。2)復合化： 混凝土本身是水泥基復合材料。HPC 必須有活性細摻料和外加劑特別是高效減水劑的加入，常常不僅需要二者同摻， 有時還必須同時采用幾種外加劑以取得要求的性能， 充分發揮復合化的作用，將是HPC 取得更大效益的努力方向。
在我國當前條件下， HPC 可采用下列原材料：
a) 水泥。以42. 5# 或42. 5 R 硅酸鹽水泥為主，也可選用某些特種水泥如鐵鋁酸鹽水泥， 堿—礦渣水泥等， 但水泥用量過大或細度過細均不利于耐久性。
b) 集料。必須符合國家標準， 要求堅潔， 粒徑、粒形、級配和強度與工作性有關， 宜先經過試驗。工地必須改變不重視集料的壞習慣。
c) 活性細摻料。不僅為了節省水泥更重要的是為了滿足工作性(如易泵性) 與耐久性的要求。因此，優質活性細摻料如硅灰或粉煤灰、沸石粉以及磨細礦渣已成為HPC 的必需組分。二種細摻料復合作用， 有時能帶來很好的效果。
d) 外加劑。首先是高效減水劑， 是HPC 的必需組分。為的是大幅度減水以提高強度與耐久性。使HPC 有足夠的流動性、易泵性和填充性， 也使是泌水減到最小。摻加活性細摻料時必須摻加足夠的減水劑或高效減水劑；為了減少坍落度損失還必須摻加緩凝劑與引氣劑；為了早強，可摻加早強劑或采用早強減水劑；為了預防早期收縮可摻加適量膨脹劑。所以，外加劑的復合作用對HPC 滿足各種功能要求是十分重要的。
HPC 的復合化途徑除已用得很多的活性細摻料與高效減水劑的復合使用外，還有優質粉煤灰與磨細礦渣的復合，硅灰與粉煤灰或稻殼灰的復合，沸石粉與粉煤灰的復合等。加入多種外加劑的復合在國內也愈來愈普遍。
我國現在已有條件在不同用途上采用HPC。如世界跨度最長斜拉橋—楊浦大橋和亞洲最高的建筑—東方明珠電視塔， 以及龍羊峽、葛洲壩等水電站建設。只要我們掌握好混凝土的基本原理， 運用已有的經驗，經過試驗，重視質量， 我們完全有能力做好和用好不同用途的混凝土， 滿足各種工程和制品的要求。在此基礎上繼續改進提高、不斷創新， 在混凝土技術上、數量上和質量上走在世界前列。
此外，美英日等國近幾年在研究開發幾種特高性能水泥基新材料。其主要力學指標， 大大超過高強度混凝土，而可與陶瓷、鋁、鋼等相比擬。例如抗壓強度可達300M Pa，抗折強度可達150M Pa，彈性模量可達50 GPa。從這些新的發展，可以說明混凝土性能還有很大潛力，混凝土技術應用方面還有很大開發的余地， 有待我們去努力。
3 原材料的現狀和發展
1) 水泥。由于我國水泥工業發展太快，粗放型帶來了嚴重后果，其中經過認證可用于結構工程的不到三分之一，小水泥廠水泥性較差，且不穩定，通過提出“限制、淘汰、改造、提高”八字方針， 改變檢驗方法與ISO 接軌。增產42. 5# 水泥和某些特種水泥，來滿足工程需要。
水泥摻加混合材是正確的、必要的，對性能、經濟、環保均有利。礦渣由于細度不足，活性未充分利用，應研究超細磨， 將能夠節約更多水泥熟料，用作高性能混凝土。
其他如粉煤灰、磚灰、沸石巖、稻殼灰等活性細摻料均有利于混凝土性能的提高和經濟效益。現在國內正大力開發節能水泥、堿—礦渣水泥， 低需水量水泥等，也將取得巨大的社會、經濟與環境效益。
2) 集料。集料質量對混凝土的性能與經濟十分重要， 我國混凝土質量不高、不穩定， 影響工程質量與安全使用， 這與集料的現狀有一定的關系。我國除少數大工地與大城市外， 均以分散無計劃開采為主。
優良天然集料來源日蹙，資源浪費，環境破壞。因此必須重視集料的計劃生產加強質量控制與供應工作。否則要普遍提高混凝土工程質量與水平是不可能的。我國堿活性集料分布范圍較大， 水泥含堿量也高， 必須檢驗集料堿活性， 及早預防堿集料反應的破壞， 對于輕集料、人工集料， 再生集料以及海砂利用也應重視。
3) 外加劑。半個世紀以來，外加劑用得愈來愈普遍，我國在解放初即創造引氣劑與減水劑。到如今已發展到20 類幾百個品種的外加劑。主要有減水劑系列、泵送劑、速凝劑、早強劑、緩凝劑、防凍劑、膨脹劑、防水劑、阻銹劑、引氣劑、消泡劑、著色劑等等。
在混凝土應用中，減水劑尤為重要， 減水劑又分為普通型和高效型， 高效減水劑具有以下特性：
1) 減水率高，可減水18 %～ 20 %。
2) 減少坍落度損失。
3) 在保持強度恒定值時，則能節約水泥10 %以上。
4) 不含氯離子，對鋼筋無銹蝕作用。
外加劑在混凝土應用中，應根據對混凝土的要求， 選擇合適的外加劑， 外加劑使用中應注意摻量以及與水泥的匹配問題，必須先行試驗。
外加劑復合使用常取得良好效果，不僅二種以上外加劑復合， 還有外加劑與活性細摻料的復合， 以及細摻料之間的復合， 都將為提高混凝土性能， 取得多方面效益開闊新途徑。
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