【高性能和高抗渗能分割吗】提高硬化混凝土质量的新观点(下)

4、降低水泥用量是混凝土技术发展的必然趋势，但混凝土的胶凝材料用量应该适宜，不应偏低。

随着熟料质量和水泥等级的提高，混凝土中的水泥用量在逐渐降低。这是符合保护生态和发展低碳经济的可持续发展方向的。水泥和混凝土都是自然资源消耗量很大的建筑材料。

有资料报道，烧制水泥的石灰石储量只够水泥工业生产使用40~50年。随着石灰石资源的逐渐减少，低水泥用量是混凝土技术发展的必然趋势。但是，要提高硬化混凝土的质量就必须实现混凝土的高抗渗，混凝土的胶凝材料用量就不宜偏低。

大掺量掺合料混凝土胶凝材料的总体活性较低，生成的水化产物总量较少，如果胶凝材料用量偏低，可能会同时存在充水空间过大和水化产物总量不足的问题。这将导致混凝土抗渗性能变差，耐久性降低。

适宜的胶凝材料用量对提高硬化混凝土的质量十分重要。适宜的胶凝材料用量是为了使混凝土的充水空间足够小，胶凝材料能够产生足够填充充水空间的水化产物，满足高抗渗必须满足的基本条件。

只要混凝土容易实现高抗渗，我们就说胶凝材料的用量是适宜的。适宜的胶凝材料用量与混凝土的坍落度和砂率等因素有关。坍落度大，砂率大，适宜的胶凝材料用量也大，反之则少。从高抗渗提高耐久性的角度来说，低胶凝材料用量只适宜用于低砂率、低坍落度的混凝土。

例如，300kg/m3的胶凝材料用量，对于干硬性和半干硬性的道路混凝土来说是适宜的，但对于大流动度的泵送混凝土来说就不是适宜的了。我们曾把泵送混凝土胶凝材料用量为380~450kg/m3的范围看作是适宜的[9]（当时C40以下的低强度混凝土主要使用P·O32.5水泥），是因为用量不小于下限时，混凝土比较容易实现高抗渗，其上限则是从经济性考虑；

把350kg/m3以下的胶凝材料用量看作偏低，是因为随着用量的降低，高抗渗将逐渐变得困难。泵送混凝土的胶凝材料用量偏低，不但硬化混凝土的抗渗性能变差，拌合物的泵送施工性能也将变差，混凝土生产和施工中抗质量波动的能力也将变差。随着技术的进步和建筑效率的提高，泵送施工和大流动度的混凝土应用越来越广泛。低胶凝材料用量混凝土的抗渗性和耐久性问题，应引起关注。

过分强调配合比的经济性以及低胶凝材料用量对混凝土的抗裂作用，在认识上是个误区，我们为此付出的代价是沉重的。

长期以来，我国“混凝土材料设计仅是满足强度达标和坚持节约资金。混凝土超强和后期强度增长部分，被讥为浪费，都必须用大水灰比”。我国坝工混凝土的水胶比，大坝外部为0.6~0.7，内部为0.7~0.8；美国则为0.4~0.45和0.5~0.55。

美国的胡佛大坝运作了50年依然如新，被各国坝工专家一致认定为长寿坝；而我国上世纪五六十年代相继建成的皖西五大名坝，曾为我国坝工专家引以为骄傲，运作40年以后，已积劳成疾，陷入危境。其中的佛子岭大坝于1954年建成不久，即发现坝体产生多处裂缝。

混凝土的抗渗性能和抗碳化性能取决于水化产物生成密度的大小，即混凝土的致密程度。一般而言，复合胶凝材料用量越大，水化产物总量越大；水胶比越小，充水空间越小。由此水化产物的生成密度越大，混凝土越致密。

只有适宜的胶凝材料用量，才能保证混凝土一定的致密度。作者对胶凝材料用量不同的大掺量掺合料混凝土的抗碳化性能进行了研究，结果表明，混凝土的抗渗性高，其抗碳化能力就强。

有试验结果表明：水泥用量虽然只有123kg/m3，但因为胶凝材料用量较高，水胶比较小，混凝土的充水空间很小；掺合料的活性较高，可以产生足够的水化产物将充水空间完全填充密实。

混凝土的致密度很高，7d达到了P30级以上的高抗渗，混凝土136d的自然碳化深度为0。序号2和序号1一样采用完美湿养护，由于硬化期间不失水，混凝土的抗渗能力也很强，但是由于胶凝材料用量较低，混凝土的充水空间较大，水化产物的致密程度，或者说混凝土的抗渗透能力不及序号1，106d自然碳化深度为1.8mm。序号3的配合比与序号2相近，但序号3在硬化期间放任失水，存在大量连通的失水通道，抗渗性能很差，短短39d的自然碳化深度达到了6mm。

阎培渝教授的试验也表明，混凝土的抗渗透能力随胶凝材料用量的降低而降低。当胶凝材料从486kg/m3降至360kg/m3时，混凝土氯离子的迁移系数提高了一倍半（为原来的2.5倍）。

注：水泥品种为P·O42.5；掺合料掺量包括了水泥中20%的混合材；迁移系数为RCM——非稳态氯离子迁移系数；试件龄期和碳化龄期为d。

胶凝材料用量越低，高抗渗的一、三基本条件越不容易满足。应该转变以仅满足强度达标的经济性原则来评价配合比合理性的观念。

我们的国家规范和我们的高级专家都不宜过分强调配合比的经济性，因为这可能对行业做出误导。其实，容易实现高抗渗的适宜的胶凝材料用量与仅满足强度达标的低胶凝材料用量相比，所增加的材料成本在建筑总成本中所占的比例是很小的，但高抗渗提高建筑物耐久性的经济回报却是巨大的。

如果因小失大，我们今后还将为此付出沉重代价。混凝土搅拌站由于企业经营的利益驱使，是要强调配合比的经济性，但这种经济性原则必须建立在混凝土可以实现高抗渗的基础上。

如果混凝土偏离高抗渗太远，表明混凝土的充水空间太大，或水化产物总量太少，混凝土生产中和施工中抗质量波动的能力将变得很敏感，质量的风险加大，企业有可能付出的代价更大。注：水泥品种为P·O42.5；掺合料掺量包括了水泥中20%的混合材；迁移系数为RCM——非稳态氯离子迁移系数；试件龄期和碳化龄期为d。

值得指出的是，适宜的胶凝材料用量是使混凝土容易实现高抗渗，并不是说其配合比就一定合理；也不是说胶凝材料用量偏低其配合比就一定不合理。配合比合理不合理，应以完美湿养护条件下混凝土3~7d能否实现高抗渗进行判定。

5、混凝土的高性能与高抗渗是不可分割的。

高性能混凝土是现代混凝土技术发展的重要方向，混凝土都应该高性能化。对高性能混凝土的研究风靡国内外，见解甚多。但高性能混凝土必须有高的耐久性，这一认识则是一致的。

然而高性能混凝土在使用过程中也容易发生早期开裂，失去了高性能的特性，引起了人们的反思。作者阐述了混凝土的高性能与高抗渗的关系，认为高性能与高抗渗不可分割。高性能混凝土是容易实现高抗渗的，但如果混凝土浇筑成型以后拌合水损失，这部分混凝土的抗渗性能也会降低。失水通道产生内应力，迫使混凝土收缩而开裂。这反映出高性能混凝土也必须要实现高抗渗才能防裂，才能提高耐久性，才能得到最终的高性能。所以混凝土的高性能与高抗渗是不可分割的。

另一方面，容易实现高抗渗的混凝土，因为充水空间足够小，避免或大大减少了混凝土拌合物的泌水离析，提高了混凝土的匀质性和稳定性；适宜的胶凝材料用量保证了集料间一定的净浆层厚度，混凝土拌合物就具有良好的流动度和良好的流变特性，从而保证了混凝土的高工作性；有足够填充充水空间的水化产物，混凝土3~d实现了高抗渗，容易获得必要的早期强度。

高抗渗混凝土的这些特性使混凝土具有明显的高性能特征。高抗渗的混凝土，硬化以后“无裂缝”，“零缺陷”，硬化质量优良。这种混凝土内应力小，平衡度高，体系稳定，体积稳定，耐久性好。因此混凝土的高性能与高抗渗是不可分割的。

6、建立和保持混凝土的体系平衡，是提高硬化混凝土质量和耐久性的关键。

混凝土的理论研究应重视体系的平衡问题。混凝土早期裂缝的发生，中后期的开裂和破坏，都是体系的平衡失调、不平衡得到发展的结果。混凝土的体积稳定性问题，实际上是体系的稳定、体系的平衡问题。把握好混凝土生命过程各个阶段的体系平衡，就能够提高硬化混凝土的质量，提高耐久性。

运筹手机之中，决胜千里之外！