1、当代水泥和混凝土 的关系及发展趋势,廉慧珍 清华大学土木工程系 ,当代混凝土技术特点 我国目前预拌混凝土存在的问题 当代混凝土对水泥的要求 矿物掺和料由谁掺好？ 水泥混凝土工业生产关系现状及发展趋势 田田 田田 田田 田田 田田 ,混凝土是什么？,混凝土是用最简单的工艺制作的最复杂的体系 工艺必须简单否则不能成为最大宗的土木工程材料： 原材料来源广泛 制作工艺简单混合、搅拌、成型 比其他结构材料（钢材、木材）耐久 体系必然复杂：,原材料不能提纯，成分波动 微结构形成的环境和时间的依赖性对温度、湿度的敏感性；水化不断进行造成动态的微结构。因此造成性能的不确定性 性能随微结构的发展而发展,而微结构
2、具有不同层次(宏观层次、亚微观层次、微观层次)的多相(固相、液相、气相)的非均质性(依配合比不同而离散) 微结构的不确知性水泥水化形成复杂的凝胶，在目前技术水平下难以测定。,因此： 混凝土属于混沌体系（非线性体系），具有“蝴蝶效应”事物发展的结果对初始条件具有极为敏感的依赖性.初始条件极小的偏差将会引起结果的巨大差异。 越是简单的工艺，越有管理和控制的难度； 工业化、集约化是社会生产发展的趋势，促使了现代混凝土的发展。,当代混凝土技术是时代的产物,当代混凝土特点及其产生的原因 生产建设的需要推动材料和技术的发展 科学技术的发展提供条件 混凝土结构发展史上的里程碑 相邻学科的发展 人类对自然界认
3、识过程的曲折会使产品和用户相关行业相互误导；不断学习，才能与时俱进,混凝土结构发展史上的里程碑,1850年法国人取得钢筋混凝土专利 ，1928年法国的E.Freyssinet发明预应力锚具是混凝土结构技术的两次飞跃 就混凝土材料来说，1918年美国的D.Abrams提出著名的水灰比定则，使混凝土的配制有了依据；1962年和1963年日本和联邦德国分别合成出萘磺酸盐系和三聚氰胺系的高效减水剂，改变了混凝土传统配制技术。这堪称混凝土材料技术的两个里程碑,当前我国混凝土存在的问题,劳动力素质、管理水平与质量要求的矛盾 混凝土配合比设计存在的问题影响质量及其控制 对骨料作用认识不足，对骨料质量重视程度
4、不足，因而严重影响混凝土质量 对矿物掺和料认识和使用的误区,什么是当代混凝土？,工业化生产预拌混凝土是当代混凝土的特征： 减小了强度对水泥的依赖性 流变性能更加突出 严酷环境的工程增加，使耐久性要求日益突现 在水泥水化热增大、强度提高的同时，结构尺度增大，改变了大体积混凝土的概念,当代混凝土的特点,当代混凝土是以高效减水剂大规模使用和矿物掺和料的使用为特征，与时代特点有关。 使用混凝土强度范围很宽，从C20(极少量C15)到C80(极少） 混凝土和水泥强度之间不再有固定的线性关系，32.5的水泥可以配制C60的混凝土，却配不出C20混凝土,当代混凝土技术和性能特点,原材料： 高强度的水泥细度细
5、、水化热大、含碱 量大、抗裂性差、维持长期性能的能力差 高活性的掺和料自收缩和水化热大 多种多样的外加剂 配合比： 较低的水胶比 较大的水泥用量(浆骨比较大） 性能：强度水平提高，流动性大 生产：预拌，泵送,水泥什么品质对混凝土最重要？,应当改变强度第一，甚至强度维一的传统观念； 第一重要的是匀质性和性能和体积的稳定性 混凝土结构的耐久性比强度更重要，而与混凝土结构耐久性关系最密切的就是水泥，只保证高强度的水泥并不一定利于混凝土结构耐久性 当代混凝土需要开裂敏感性低的水泥,水泥强度和混凝土强度的关系,什么是水泥和混凝土的强度任何水泥基材料的强度主要取决于水灰比 按现有标准的水泥强度检验水灰比：
6、0.5 当前用量最大的混凝土水灰比：0.5 不仅相同强度的水泥能配出不同强度的混凝土，而且不同强度的水泥能配出相同强度的混凝土 不必盲目追求水泥的高强，32.5的水泥能配制出C60混凝土,在相同水灰比下，混凝土强度和水泥强度仍然有关，高强度水泥可用于象C80、C100这样的高强的混凝土，但是用量很少； 高强混凝土不一定耐久；像任何事物一样，高强混凝土也是有利也有弊； 工程对混凝土强度的要求是有限的 目前配制C80、C100的混凝土并不困难，难的却是是配不出合格的C20混凝土,外加剂与掺和料使用技术发展改变了对水泥强度和混凝土强度的关系的认识 如何看待混合材料水泥/复合水泥的强度 矿物掺和料对混
7、凝土强度的贡献随水灰比的减小而增大的幅度大于水泥对强度的贡献随水灰比减小而增大的幅度，因此掺用掺和料的混凝土必须降低水胶比,当代混凝土对水泥的要求,具有低的开裂敏感性、良好的匀质性、有利于混凝土结构长期性能的发展，无损害混凝土结构耐久性的成分 尽可能低的需水量 质检合格的水泥未必能满足混凝土的需要，相同品种和强度的水泥可能会在混凝土中有不同的表现 最重要的是产品的匀质性，因此希望控制指标的上下限,粉煤灰体积比为1 1的不同水胶比浆体中 粉煤灰和水泥在不同龄期时对强度的贡献,7天粉煤灰,7天水泥,28天粉煤灰,28天水泥,90天粉煤灰,90天水泥,365天水泥,365天粉煤灰,强度粉煤灰掺量水胶
8、比关系,不同厂家生产的相同品种、相同强度硅酸盐水泥在混凝土中的不同表现,7天开裂 14天开裂 两个大厂的52.5硅酸盐水泥，w/c0.3 成型温度18；24h后拆模并在室外负温下放置,覃老师的环收缩实验,什么是好的水泥？,Lemish 和Elwell 1996年在对依阿华州劣化的公路路面钻芯取样的一项研究中,也发现1014年强度倒缩而得出结论：混凝土性能良好和强度增长慢有关。,采用快硬水泥的混凝土10年后强度倒缩；1937年按特快硬水泥生产的水泥与现今水泥的平均水平很相似。,混凝土高强的利和弊,利： 在相同荷载作用下，减小构件断面、减少用钢量，适用于高耸、大跨、重载等结构 增加构件刚度 弊：高
9、强不一定耐久: 强度越高，抗拉与抗压强度比越小，构件延性比小；水灰比低，自收缩大；水泥用量大，温升大；早期弹性模量大，徐变小，收缩应力大；因此早期开裂倾向大；,强度和开裂的关系,混凝土抗拉强度和抗压强度比值 随抗压强度的提高而下降,当前混凝土早期开裂的根本原因及其后果,拉应变增加,水灰比(水胶比)降低水泥强度提高混合材料活性提高(用水量)浆骨比增加,水化温升提高,温度收缩应变增加,自收缩增加,早期弹性模量提高，徐变减小,拉应力增加,约束,早期开裂倾向增加,大气环境作用,耐久性下降,早期强度大幅度提高的要求,超过抗拉强度,柱子的主要可能破坏形式,受拉破坏,失稳破坏,受剪破坏,水泥的现状对混凝土质
10、量影响,几十年来水泥工业的发展方向主要是降低能耗和提高强度，但如今却在增加粉磨的能耗 Bolomy公式 ：R28ARc(c/w-B)，造成误导 1920年代，欧美国家水泥中C3S约为35%，如今达5070%；水泥细度从220m2/kg到现今的340600m2/kg 我国1970年代水泥(GB175-63)最高标号是硬练强度500，相当于GB175-77的425、现行标准32.5的强度等级；常用水泥是400#，按现行标准只有27.5。,检测的水灰比增大，对3天强度的规定未变，实际提高了早期强度，而高早期强度并不是普适必要的； 单纯追求强度，使水泥厂采取使用助磨剂磨细、掺用 “增强剂”等，增加了开
11、裂敏感性和不利于混凝土长期性能稳定性和耐久性的成分； 有的厂家缺乏诚信第一的市场经济观念，造成混凝土配合比设计的困难； 购销双方缺少合同观念,水泥现状对当代混凝土的不适应问题,片面追求强度而使比表面积太大、早期强度太高而长期增长率低甚至倒缩、实际强度浮动幅度太大； 太细的水泥降低与外加剂的相容性、增加混凝土需水量，不利于混凝土长期性能的发展 不控制含碱量、氯离子含量，不检测开裂敏感性、无法提供在当代混凝土中与外加剂的相容性 水泥出厂温度太高，造成混凝土浇筑温度过高，温度应力增大，混凝土凝结时间不正常，早期开裂问题普遍,水泥影响混凝土结构质量的主要因素,水化热及其释放速率矿物组成和细度、水泥温度
12、需水量细度、含碱量开裂敏感性矿物组成、细度、水泥温度、含碱量水泥与外加剂的相容性矿物组成、细度、石膏形态和含量、含碱量性能稳定性和耐久性细度、含碱量、氯离子含量产品匀质性生产控制和原材料剂产品均化,水泥主要矿物水化热发展,熟料矿物的收缩率,碱和C4AF对收缩的影响,水泥含碱量和C3A对收缩的影响,水泥与减水剂的相容性问题,C3A 含量和 SO3 的匹配一般水泥中石膏的优化条件：W/C=0.5, 现代混凝土使用高效减水剂, W/C0.40，SO3不足； 混凝土中掺入矿物掺和料， SO3被稀释。 细度和颗粒级配最佳组成: 530m 90%, 10m 10% 只考虑细度的结果：水泥越细，细颗粒越多，
13、需水量越大，混凝土坍落度损失越大。,熟料中SO3与含碱量的匹配,不同水泥试样流变性能的测定：,SD与水泥流变性能关系的验证实例,琉璃河水泥，熟料中 SO3=1.2%Na2O=0.4%K2O=1.5%计算SD=混凝土W/C=0.305，掺入高效减水剂1.5%，坍落度初始为200mm，半小时后为160mm，1小时后为75mm，损失达60%,C3A含量不同的水泥配制高强混凝土的实例,其他，如石膏的形态、C3A 的形态,不同形态的石膏溶解速率和溶解度不同：,生石膏和硬石膏溶解速率对比,石膏对坍落度损失的影响,C3A、R2O、SO3的关系,水泥中不同细度颗粒对强度的作用,水泥细度与其抗压强度的关系,比表
14、面积为3014cm2,饱和点为0.8%, 坍落度不损失掺量为1.6%,雍阳外加剂厂试验,水泥细度为3982cm2,饱和点为1.2%, 坍落度无损失掺量为1.82%,雍阳外加剂厂试验,比表面积为4445cm2,饱和点为1.6%, 找不到坍落度无损失点,雍阳外加剂厂试验,水泥细度对砂浆抗拉强度的影响,水泥细度和开裂敏感性的关系,用收缩开裂环检测水泥的开裂敏感性, 从成型到开裂经过的时间越短，抗裂性越差,抗冻性随水泥比表面积增大而下降,水泥细度对水泥浆土和混凝土开裂的影响,矿物掺和料由谁来掺好？,由混凝土掺对混凝土的利弊 当前商品混凝土存在的问题 掺用矿物掺和料不是假冒伪劣，而是为提高在严酷环境混凝
15、土结构耐久性必须的措施；即使粉煤灰价格比水泥价格高，为了耐久性也要用 混和材水泥销售不好的原因是检测方法的问题 用提高高强矿物的比例和水泥比表面积来提高水泥强度的路线已经走到头，水泥厂不要放弃混合材水泥，要各自己留有发展的空间。,当前商品混凝土存在什么问题？,掺入组分太多，管理水平对当代混凝土技术适应性较差，上错料的问题时有发生； 搅拌机搅拌时间太短，混凝土的多组分无预均化工序，存在拌和物匀质性的问题 使用大掺量矿物掺和料的混凝土SO3不足，致使混凝土早期强度、凝结慢、收缩大，与减水剂相容性差。采取提高比表面积的措施以提高矿渣活性，使混凝土降低温升的效果差，自收缩增大，开裂敏感性增加，早期强度
16、低； 难以改变外加剂掺入方式，影响外加剂效率和拌和物质量；,搅拌时间和混凝土匀质性的关系,搅拌时间和混凝土强度变异系数关系,SO3对砂浆变形性能的影响,A,A=0.56, B=0.37,B,SO3对砂浆抗压强度的影响,SO3对砂浆抗折强度的影响,石膏掺量对掺减水剂的浆体需水量的影响,胶凝材料中矿物掺和料占50,矿渣细度对W/C=0.45浆体水化热,萘系减水剂掺法与坍落度经时损失的关系,高效减水剂掺入方式对浆体流变性能的影响, SPC在工厂中生产水泥时加入超塑化剂 SpAD在使用水泥加水前先加入超塑化剂 AD将超塑化剂溶于拌和水中, SPC在工厂中生产水泥时加入超塑化剂 SpAD在使用水泥加水前
17、先加入超塑化剂 AD将超塑化剂溶于拌和水中,行业隔离造成的问题,行业隔离问题已经不是一个技术问题，归根到底是利益的问题，而反过来却影响社会整体的生产力和人类的可持续发展 生产关系的革新具有革命性的意义 社会的和谐是人类共同的愿望,市场的铁率,用户是上帝，但是上帝往往未必知道他自己真正需要什么，要对用户进行培训。 优质优价 产品多样化，能满足各种特殊要求,赢得市场的有效路线是品牌效应，优质优价，产品生产者都应当对用户有质量的承诺 负责产品的售后服务，对产品的使用进行指导，提供使用指南或说明 充分重视人才的培养和继续教育，不断提高技术水平 了解并满足用户的实际需要 正确认识和执行产品标准：严格执行
18、国标是控 制产品匀质性和无害性的保证，但国标规定的 只是最低要求，高质量产品需要有更高的技术 含量,树立正确的合同意识,合同的目的不仅是保证交钱、交货，而首先是甲乙双方相互信任和支持的法律行为，是双方沟通和交流的过程 明确双方的责、权、利 甲方（用户）：对乙方提出要求和配合的承诺乙方（供货、服务方）：对甲方提供服务内容和保证质量的承诺以及对甲方配合的要求 契约双方共同遵照的相应规范和特殊技术措施 任何合同以外的变更都要经过洽商，并记录，作为合同的补充内容,购销合同内容 （除供货与付款的规定外）,用户对产品的技术要求和产品对用户的承诺 售方提供产品说明作为合同附件，产品说明主要内容为：水泥品种和
19、强度等级，熟料矿物组成，掺和料品种和比例，水泥的化学成分（烧失量、SO3含量、以Na2O当量计的碱含量、氯离子含量），石膏品种，水泥的标准稠度用水量、实测强度及检测期间标准差，水泥水化热、水泥出厂温度。,为什么不能 换一种思维方法来生产水泥？,由用户订货来生产和供应按混凝土的需要生产，既解决混凝土原材料预均化问题，又免除混凝土配料工序，提高管理效率 按混凝土的规律进行产品性能检测。国家标准是最低要求，只控制产品对国家与社会的安全性和产品匀质性,水泥混凝土生产关系现状和发展趋势,行业隔离最终影响的是工程质量 水泥厂办搅拌站：存在问题： 未能做到真正的一体化，仍然“两层皮” 未解决搅拌站掺掺和料的
20、弊端 管理水平不高，技术力量薄弱 搅拌站自办粉磨站：存在问题：供求关系的矛盾仍然会影响生产仍有均化不足的的问题,水泥和混凝土生产发展的趋势,水泥厂只生产熟料，由搅拌站自建水泥粉磨站，生产混凝土所需的胶凝材料，但也要有自己的标准供质量量控制用，并要增加均化措施；熟料出场须有产品标准；牺牲利润 水泥厂真正做到水泥混凝土一体化生产，按混凝土需要生产，按混凝土规律检测 多样化是未来市场的必然，无论是水泥厂，还是搅拌站，最终都要为工程服务，满足工程需要 未来水泥将不再是最终产品，而是中间产品,水泥混凝土生产方式的否定之否定规律,不仅技术要创新，生产关系也要创新；生产关系的守旧，必然会阻碍生产力的发展；生产关系的革新具有革命性的意义。 存在的不一定都合理 外国的不一定都先进 专家和权威不一定都正确,谢谢！,
