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    混凝土及水泥质量、结构、升级误区与剖析

    时间:2015-05-11 11:58来源:本站原创作者:18新利全新app安卓版建材点击:4456次
    核心提示:本文突出问题导向,剖析了产品质量及结构、转型升级认识误区、混合材加入方式,
    指岀了传统观念、从众思维对水泥及混凝土产业技术进步的影响,论述了当前水泥及混凝土工业若干热点问题如水泥产业链延伸、转型、融合、困惑与对策。

      经济新常态下,传统的水泥及砼产业如何转型升级,赢得“新机遇”?其产品质量及结构升级存在哪些认识误区与片面导向?如何厘清及科学表达其发展方向?当前形势下,应注重用新视角把脉经济,以新思路拓展新局。
      本文突出问题导向,剖析了产品质量及结构、转型升级认识误区、混合材加入方式,
    指岀了传统观念、从众思维对水泥及混凝土产业技术进步的影响,论述了当前水泥及混凝土工业若干热点问题如水泥产业链延伸、转型、融合、困惑与对策。
      作者结合行业实际情况及存在的突岀问题,综述了国内权威专家的观点、论述,期望对引导水泥、砼行业转型升级及健康发展,
    提升产业竞争力及运行质量具有启示意义。
      现代混凝土以高效减水剂等外加剂及掺和料的普遍使用为特征,正在由此而经历一场深刻的变革,极大地改变并提升了混凝土的技术与性能,改变了混凝土和水泥单一的依从关系,得以掺入大量矿物掺和料(水泥厂称混合材),外加剂及掺和料已成为配制高性能混凝土必不可缺的重要组分,而不仅仅是降低成本,而是进入了现代混凝土时代。水泥只能做为原材料用于混凝土,是不可能脱离混凝土而单独存在的产品。离开砼谈水泥产品质量、应用、结构和转型升级就没任何意义!水泥和混凝土一直分属于两个行业,存在严重的隔离现象,两产业(相互)之间的矛盾、问题日益凸显,加上受传统观念、从众思维的影响,也导致产生了许多认识误区和对发展问题的困惑,所存在的一些片面理解、导向甚至是错误观点和行动,已严重阻碍了水泥及砼产业的健康发展,并严重影响工程质量,还造成能源、资源的浪费和对环境的破坏,亟待澄清、纠正与厘清,以科学引导水泥及砼行业健康有序发展。

      正确理解高性能混凝土与提高水泥的适用性
      提高我国水泥产品及标准的适用性、开放包容性,正确理解高性能混凝土的理念与生产应用技术措施,对推广高性能混凝土有很大作用与意义。
      众多权威专家反复强调指岀:高性能混凝土是以耐久性作为设计的主要指标,主要针对耐久性而言的,而不是强度。然而不容忽视的是,国内不少从业者对高性能混凝土的认识和应用仍然存在不少误区,其中,最为突出的就是将高强度与高性能混凝土画上等号或者把高强度作为高性能混凝土必不可少的一部分,而事实却并非如此。我国标准CECS207-2006《高性能混凝土应用技术规程》及住建部工信部建标[2014]117号文等规范将高性能混凝土定义为:采用常规材料和工艺生产,具有混凝土结构所要求高耐久性、高工作性和高体积稳定性,满足建设工程特定要求。主要特征“三高”并没有高强度;美国ACI定义为:高性能混凝土是符合特殊性能组合和匀质性要求的混凝土。并不是一个混凝土的品种,而是强调混凝土的“性能”或者质量、状态、水平,不同的工程要求不同的强调重点,即特殊性能组合。
      推广高性能混凝土将极大地促进预拌混凝土产业转型升级与差异化发展,其中矿物掺和料应用技术是推广高性能混凝土的重要措施之一,将有效提升混凝土质量,延长建筑使用寿命,又可降低生产成本,并具有减排、利废、节能等巨大社会效益。
      美国水泥标准ASTMC1157--2011《水泥标准性能规范》对水泥组分、化学成分和细度没有任何规定、限制,只对性能进行规定,增设了耐久性及其它选择性指标,将通用硅酸盐水泥分为6个品种。只有普通型(GU)、高抗硫酸盐型(HS)、低热型(LH型)规定了28天强度指标,分别仅为28、25和21MPa。其中LH型7、28天强度指标分别为11、21MPa(由于目前国内未对中美近几年水泥实物样品进行系统比对分析,经向水泥标准研制单位权威专家征询,分别约相当于我国检测方法强度值14.8、28.5MPa)。其它三品种即早强型(HE型)、中热型(MH)、中抗硫型(HS),则只规定1天或3天、7天强度,没有规定28天强度要求,其中MH型3天、7天抗压强度指标分别为5、11MPa,且使用0.5的水胶比。这样宽松而实事求是的要求,为大掺量应用混合材、改善混凝土后期性能及耐久性提供了很大的余地。ASTMC1157直接而简洁地体现了水泥标准的本质和功能,较好地克服了标准滞后性的缺点,能够开放性地包容材料和技术发展。20多年来该标准已修订多次,除部分公路工程外,已在北美广泛接受和采用,并成为大多数工程结构规范釆纳的水泥标准。该标准代表了国际水泥产品标准的发展方向,将会有越来越多的国家借鉴釆用,尤其对目前我国水泥及混凝土工业有很大的启示、借鉴意义。标准本身不是法律,所有国际标准都是推荐性的,只有供需双方协商采用并在合同中注明,才具法律效力。市场需求是引导制定标准的最主要依据之一,产品类标准主要作用与目的:提高产品及服务的适用性,增强可操作性和有效性,促进技术进步、公平贸易与合理利用资源。因此,提高我国水泥产品及标准的适用性、开放包容性对推广高性能混凝土有很大作用与意义。

      关于水泥、砼强度与使用混合材的传统思维及片面认识
      片面认为纯硅水泥是好的,掺加混合材的水泥是不好的;仍有不少业内人土、水泥厂技术人员主观地认为或主张高性能及高强砼通过采用高标号水泥加集料而不掺掺和料直接配制等等。由于受一些传统观念、从众思维的影响,目前业内对有关水泥、砼强度的概念与混合材的使用,仍存在很多认识误区,并根深蒂固,对水泥及混凝土技术进步产生了很大负面影响。
      中国建材联合会副会长、中国混凝土与水泥协会会长、著名水泥混凝土专家徐永模指岀:混凝土的原材料是多元材料组分,水泥是混凝土的一个原材料组分,即胶凝材料,混凝土性能取决于组分的均化程度,其绿色制造技术的重点也是均化。在粉体均化方面要解决搅拌站分散且小规模生产方式与水泥厂大规模集中生产供应的矛盾,矿粉、固废种类多,成分波动与水泥产品标准化要求的矛盾,混凝土以性能要求为导向的设计和个性化柔性生产方式与水泥产品的矛盾较小。
      著名混凝土学者、清华大学教授廉慧珍为推进水泥产业链延伸、混凝土产业融合和技术进步,以及推动行业转变陈旧、错误认识与错误导向,撰写了大量文章、报告,做了大量工作,廉教授专门以“思维方法和观念的转变比技术更重要”为题论述的报吿就有6篇,在其中之二《传统思维和从众思维对混凝土技术进步的影响》中指出:目前对混凝土技术进步影响或阻碍最大的传统思维或者说误区是“强度第一(甚至唯一)”,以强度高低作为水泥和混凝土“好”、“差”之分,误认为抗压强度高的混凝土,其性能就好;早强高的水泥或砼是好的,高强度或高性能混凝土必须用高强度(标号)水泥,建议取消低级别水泥;纯的水泥混凝土是真货,掺用掺和料的是假冒伪劣的;纯硅酸盐水泥和普通水泥是正品,其他是次等品。
      廉慧珍教授反复强调:“单纯以强度评价水泥和混凝土的‘好’、‘坏’是传统思维造成的误区,应当把将这种传统观念加以纠正,即水泥强度的高限比低限还重要,抗裂性比强度更重要,最重要的是质量均匀。好的混凝土是具有满足工程特定要求的各项性能并具有最大的匀质性,体积稳定而不开裂。”
      该报吿进一步论述:目前已将矿物掺和料称为“辅助性胶凝材料”,现在或将来即使粉煤灰价格比水泥价格高,也必须用,国内外部分地区或少量工程目前已使其成为事实。又如,现国内很多地区矿粉比水泥熟料价格高,但为调节水泥及砼性能,水泥厂与搅拌站也须掺用矿粉。掺和料能补偿硅酸盐水泥的劣势,如降低砼升温、提高抗化学腐蚀的能力和后期强度,尤其是粉煤灰抗裂性能好。我们应排斥假冒伪劣产品,正确使用掺和料能极大改善砼性能及耐久性,混凝土如不用掺和料其耐久性的问题将难以保证。现代混凝土以高效外加剂及矿物掺和料的普遍使用为特征,正在由此而经历着一场深刻的科学变革,改变了混凝土的一切,得以掺入大量矿物掺和料而不影响强度。
      高效外加剂和矿物掺和料的应用与发展是现代混凝土中最突出的成就。减水剂是实现高性能混凝土生产的重要组成,在改善混凝土的性能方面起着决定性的作用,低水胶比可以大幅提升混凝土强度。矿物掺和料的应用意义不再仅是节约水泥的经济意义和利用废弃物的环保意义,其更重要的是全面提高混凝土的各项性能,提高混凝土的耐久性;改善混凝土的和易性、粘聚性和保水性;降低混凝土水化温度;增进后期强度;改善混凝土内部结构,提高密实度和抗腐蚀能力;提高混凝土的抗裂能力等。
      目前国内搅拌站配制的砼其水硬性胶凝材料实质是经二次配料工序制备的,岀厂水泥标号或表观强度,也是由熟料掺混合材、石膏配制的。如水泥与砼产业融合或条件具备,部分区域两产业分工协作良好,最终的砼中水泥组分当然可在水泥厂配制,在这种情况下,不充分考虑应用条件而过分追求或强调岀厂配制水泥高强高标号化是另一个误区。

      科学客观看待混凝土及水泥产品结构现状
      国内42.5及以上水泥比例几乎与预拌砼比例等同,若追求提高42.5及以上水泥出厂比例,重点应是发展预拌混凝土。
      2013年,我国混凝土总量约达80亿立方米,预拌混凝土产量仅占30%左右。江苏省预拌混凝土供应量连续8年位居全国第一,2013年全省C10~C30强度等级的混凝土占总供应量的71.8%,其中用量最大的C30混凝土占53.6%,C35砼及以上占28.2%(其中绝大部分是C35砼)。
      国内高强混凝土如C50及以上实际应用占比很少,从我国目前总体情况来看,最大量的商品混凝土在C30左右。不同地区对混凝土标号的“偏好”取决于当地建筑的层高,有些地区最多是平均C25,有些则是C30最多或者个别市区C35稍多。因此,目前推广应用高性能砼,一方面要全面提高结构工程用混凝土等级。另外,如何把普通型号混凝土(C25~C35)高性能化是重点,对社会的贡献会更大、更迫切。混凝土产品结构调整的一个重要内容或方向是解决同质化问题,差异化发展战略是指混凝土企业以国家产业发展战略和市场发展趋势为导向,以提高混凝土结构工程耐久性为目标,以提高混凝土工程质量为重点,满足建设工程提供高、中、低端结构构件质量要求,向市场提供生产差异化、技术含量高、附加值高的混凝土拌和物。
      2013年全囯水泥产量24.14亿吨,其中32.5水泥约占67%,42.5普通及复合水泥约占30%,52.5级及特种水泥约占3.0%。以湖南省为例,2013年水泥产量1.13亿吨,水泥产品结构及质量等级与全国平均水平接近,但砌筑水泥等强度低级别水泥产量极少,以至在统计部门的公告中甚至无产量数,国内整体情况也差不多,此乃我国水泥生产消费极不合理的状况。
      比尔·盖茨最近在个人博客上,为了让大家对中国在21世纪对水泥消耗的“狼吞虎咽”有一个直观认识,他做了一个令人震撼的对比。2011~2013年,中国消耗了66亿吨水泥,超过美国在整个20世纪的消耗量。但是看看美国在1901~2000年建造了哪些工程:各种摩天大楼、洲际公路、胡佛水坝等等,其消耗的水泥总共只有45亿吨。
      近年来,欧、美、日水泥工业显著减少了普通波特兰水泥产量,降低水泥产品中熟料的比例,目前欧洲波特兰复合水泥约占总产量的65%。
      我国人口基数大,人均收入远低于发达国家,但人均年消耗水泥1.775吨(按可比水泥产量计,折算成42.5普通水泥,人均年消耗水泥也达1.61吨),远超过发达国家高速发展时期人均年消耗700公斤左右的水平,除了大规模建设因素外,不科学、不合理地使用造成浪费是主要原因之一。
      发展预拌砼则取决于国家经济社会发展水平、体制、劳动生产率、政策与应用规范、措施等。不少地区为什么32.5水泥比42.5水泥售价高?如湖南省株洲某企业一日产5000吨线,其销售产品中占40%的32.5水泥总利润比占60%的42.5水泥还要高。市场需求与应用条件是决定生产企业产品结构最主要的因素。因此,我国水泥高标号化出厂是渐进式的,仅靠水泥企业努力其作用甚小,目前其结果只是将更多的部分混合材转移到搅拌站添加而已,从而将该效益由水泥厂转移到搅拌站,关于该问题及其具体原因本文有一节详细分析。

      水泥厂和搅拌站掺加掺和料现状及其对比分析
      砼搅拌站使用42.5级水泥配制C25~C40砼需再掺20%~60%混合材粉。
      目前国内砼其掺和料组分由两部分构成或掺入,即水泥岀厂前作为混合材与熟料共同粉磨中或分别粉磨后在水泥配制掺加一部分,国内目前42.5级水泥其混合材实际平均掺入量约15%(不含缓凝剂),32.5级水泥平均掺入量约34%左右,配制砼时再掺入一部分,目前使用复合或普通(P.O42.5、P.C32.5)配制每立方C25~C40砼普遍掺加80~160公斤左右矿粉、粉煤灰、石灰石粉等掺和料(混合材粉),约占水泥总质量的20%~60%。掺和料与水泥组分统称胶凝材料,以改善砼施工性能和耐久性,又可以降低成本等。若配制C50、C60高性能砼,为改善砼性能和耐久性也必须掺加掺和料。
      清华大学阎培渝教授指岀:使用量最大的C30普通混凝土其胶凝材料中水泥熟料占比在0.5以下,其他是掺和料即混合材,不同强度的水泥很容易通过调整砼配比来制备不同标号的砼。国际能源机构和水泥工业可持续发展促进委员会拟定的《2050世界水泥工业发展技术路线图》中,提出了水泥发展最重要的方向是由生产普通波特兰水泥转向生产混合水泥,其重点是研究采用具有水硬性或胶凝性潜质的各种混合材,替代部分熟料。

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