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近年來，我國交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)速度更快、數(shù)量更多、路橋更長，交通更便捷……港珠澳跨海工程、南盤江特大橋、青藏鐵路等一批具有代表性的現(xiàn)代鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)紛紛創(chuàng)造世界之最。所有這些都與材料科學(xué)與工程技術(shù)分不開，其中，最突出的當(dāng)屬混凝土。

為什么受傷的總是混凝土？

什么是混凝土？人們首先認(rèn)識的是由砂石、水和水泥拌和的混合物，以及用其制成梁、板、墻、柱、樁、墩、管、筒、拱、殼、大塊體等結(jié)構(gòu)構(gòu)件與部件灰色冷冰冰的人工石。其實，后者才是混凝土的最終產(chǎn)品，而前者只是一種拌和物，并不是產(chǎn)品。就好比把小麥磨成粉，用水混合揉成面團(tuán)，并不能稱之為饅頭、面條或其他產(chǎn)品。重提這個道理，是因為近年來筆者看到網(wǎng)絡(luò)上經(jīng)常有人吐槽：為什么“受傷的總是混凝土？”這里說的“受傷”者實際上只是生產(chǎn)混凝土拌和物的人。

現(xiàn)在，混凝土拌和物對工程的要求比過去有了更寬的適應(yīng)性，運到工地大都沒有被拒收。但是，打完的混凝土經(jīng)常出現(xiàn)裂縫、顏色不對、強(qiáng)度不夠、表面出現(xiàn)麻坑、砂線等，一旦出現(xiàn)這些問題，就糾紛不止：施工方抱怨混凝土用陰陽配合比；混凝土拌和物供應(yīng)商抱怨施工方亂加水、不好好振搗、不養(yǎng)護(hù)；混凝土人抱怨水泥太細(xì)，后期強(qiáng)度不增長，摻和料摻不進(jìn)，水泥人抱怨買家要求水泥早期、后期強(qiáng)度都高；要求水化熱低而強(qiáng)度高……所以，網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)了“現(xiàn)在技術(shù)水平高了，混凝土倒做不好了，究竟是進(jìn)步了還是退步了？”的質(zhì)疑。筆者認(rèn)為實際情況說是“走三步、退兩步”。

隨著改革開放的持續(xù)推進(jìn)，起步較晚的中國混凝土取得了飛速發(fā)展。我國混凝土前輩黃大能先生幾十年前就有個愿望：在中國推行預(yù)拌混凝土。黃先生的這個愿望如今得以實現(xiàn)。然而，任何舉措都有得必有失：當(dāng)出現(xiàn)一種傾向時，必然會隱含著另一種傾向，當(dāng)前的預(yù)拌混凝土確實存在一些問題。

隨著我國機(jī)械制造和電子工業(yè)的發(fā)展，適應(yīng)預(yù)拌混凝土發(fā)展的計量、攪拌、運輸?shù)裙に嚧蟠筮M(jìn)步，高效減水劑的普遍使用和發(fā)展改變了混凝土的一切：高強(qiáng)、高流態(tài)、高程泵送、狹窄空間澆筑等。一方面，拌和物勻質(zhì)性提高，施工方便，因振搗不善而造成的缺陷得以避免，建設(shè)速度大大加快。另一方面，從總體上看，從業(yè)人員的素質(zhì)低，質(zhì)量管理和控制水平差，以致于混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量事故和裂縫比過去出現(xiàn)得更多，因質(zhì)量引發(fā)的供需雙方的糾紛也更多了。

港珠澳跨海工程東人工島的清水混凝土建造物

除了這些問題，還存在不少隱患，比如混凝土配合比的報告大部分失真；混凝土拌和料運到工地后，加水現(xiàn)象普遍；10年前混凝土的骨料都用水洗，現(xiàn)在一部分砂子含泥量高達(dá)7%等。由此看來，不是進(jìn)步不進(jìn)步的問題，而是有得必有失。

圖1 傳統(tǒng)30MPa混凝土強(qiáng)度發(fā)展

圖2 初期強(qiáng)度越高，發(fā)展余地越小

水泥和混凝土的強(qiáng)度越來越高好不好？

20世紀(jì)70年代水泥最高標(biāo)號是500#，相當(dāng)于現(xiàn)在強(qiáng)度等級的32.5；現(xiàn)在52.5的水泥從強(qiáng)度來說相當(dāng)于20年前的625#水泥。但是，過去規(guī)定水泥的儲存期為三個月，而今不再提儲存期，因為儲存期不到一個月后，52.5水泥的強(qiáng)度就會和42.5水泥的強(qiáng)度相差無幾，而且用戶反映“不好用了”。

有了高效減水劑，實現(xiàn)混凝土的高強(qiáng)已經(jīng)不是難事，混凝土得以應(yīng)用到高層和大跨結(jié)構(gòu)。人們對高強(qiáng)混凝土覺得還不夠過癮，崇拜和追求“超高強(qiáng)”“特超高強(qiáng)”?；炷?天甚至3天，強(qiáng)度就能達(dá)到28天設(shè)計強(qiáng)度值的100%，但是后期強(qiáng)度不增長了，開裂敏感性增大了，對缺陷的自愈能力下降了，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性又將如何保證？

如圖1所示，傳統(tǒng)的混凝土強(qiáng)度正常發(fā)展規(guī)律：相對于28天的100%，3天約30%；7天約60%。如圖2所示，C50以上的混凝土強(qiáng)度3天就可達(dá)約70%，14天可達(dá)90%；如果混凝土7天強(qiáng)度就達(dá)到100%，則到了28天就增長得很少，甚至幾乎不增長；如果3天就達(dá)到100%，則7天還能長一點，28天就基本不長了，甚至?xí)箍s。

美國威斯康辛大學(xué)從1910年開始了50年水泥凈漿、砂漿和混凝土的實驗計劃，澆筑了室內(nèi)和室外混凝土，分別于1910年、1923年和1937年3個不同時間成型了5000多個試件，并于1975年發(fā)表了這些試件觀測50年的結(jié)果：1923年用透氣法高細(xì)度配制的水泥混凝土28天強(qiáng)度為21兆帕，25年強(qiáng)度達(dá)到52兆帕；1937年用當(dāng)時的快硬水泥配制的混凝土28天強(qiáng)度為35兆帕，5年達(dá)到53兆帕，10年后強(qiáng)度開始倒縮，25年強(qiáng)度就倒縮至45兆帕，比水化慢的混凝土25年的強(qiáng)度還低。當(dāng)時的快硬水泥與當(dāng)今美國的I型水泥和II型水泥礦物組成與細(xì)度相當(dāng)（硅酸三鈣C3S的含量為57%，勃氏比表面積為每千克380平方米，我國的常用水泥也如此）。

凡是提高早期強(qiáng)度的措施對混凝土后期性能都會有損害，這已是國內(nèi)外專家的共識。前國際材料與結(jié)構(gòu)研究實驗聯(lián)合會主席、德國混凝土專家Rupert Springenschmid（魯珀特·施普林根施米德）證明：控制混凝土12小時抗壓強(qiáng)度不超過6兆帕，就可以避免混凝土的早期開裂。我國混凝土專家黃士元經(jīng)過試驗得出結(jié)論：可用混凝土24小時抗壓強(qiáng)度不超過12兆帕來控制混凝土的早期開裂，如圖3所示。

圖3 混凝土初期和早期抗壓強(qiáng)度和開裂敏感性的關(guān)系

高強(qiáng)度是為了減小構(gòu)件斷面，例如高度一定的混凝土柱子，強(qiáng)度越高，柱子可做得越細(xì)，但是，柱子的高度與其最小斷面尺寸的比例還受“壓桿穩(wěn)定”問題的限制（如圖4所示）。對一定高度的柱子來說，有最小斷面的要求，也就是說，對強(qiáng)度的要求是有限的。

圖4 壓桿穩(wěn)定問題示意

業(yè)界反映的水泥現(xiàn)在“不好用”，應(yīng)當(dāng)說主要是用戶誤導(dǎo)的結(jié)果。由于提高混凝土強(qiáng)度的要求，100多年來水泥的發(fā)展目標(biāo)除了降低能耗之外，主要就是追求強(qiáng)度。從煅燒工藝上提高熟料強(qiáng)度已取得成效，但是畢竟有限，當(dāng)前水泥強(qiáng)度的提高還離不開粉磨得過細(xì)和五花八門的助磨劑、增強(qiáng)劑。于是，在為混凝土提高強(qiáng)度的同時，也帶來了損害耐久性的隱患。所以，從用戶這里轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)觀念是關(guān)鍵。

綜上所述，混凝土的發(fā)展有利有弊、有得有失，我們應(yīng)當(dāng)看見并盡量避免或減少弊和失，取得更大的進(jìn)步，盡量避免進(jìn)一步退兩步。

混凝土行業(yè)的出路在哪里？

進(jìn)入“第四次工業(yè)革命”時代，材料科學(xué)與工程技術(shù)的發(fā)展應(yīng)向標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、綠色化、智能化等高質(zhì)量方向邁進(jìn)?；炷列袠I(yè)也應(yīng)如此。

標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化

每一步達(dá)到現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求。在英國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的前言中有一句聲明：“遵照英國標(biāo)準(zhǔn)不能免除其法律責(zé)任”。也就是說工程技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)以自己的專業(yè)知識和經(jīng)驗根據(jù)工程具體情況采用高于標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范要求的指標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的指標(biāo)都是最低要求。規(guī)范要求平板型混凝土構(gòu)件(如道面、場坪、大體積基礎(chǔ))在保濕到接近初凝時搓抹2遍至3遍，某工程技術(shù)人員搓抹5遍至6遍，掌握的時機(jī)是“收水即抹，抹不動為止”。這就叫“好好做”。

由于原材料供應(yīng)的困難，行業(yè)感到混凝土拌和物配合比很難做，目前大多數(shù)情況是“有什么料就用什么料”，但很難保證工程質(zhì)量。市場規(guī)律是有人買就有人賣，也就是說，買方必須有要求。這一局面導(dǎo)致做混凝土的對原材料要求越來越低，為了低成本，寧可使用低質(zhì)量砂石，用增加膠凝材料用量和用水量的手段保證強(qiáng)度與施工性，實際上犧牲的是減少開裂敏感性的漿骨比。這就叫“不好好做”?，F(xiàn)在，混凝土業(yè)界都抱怨水泥顆粒太細(xì)、水化熱大、水化過快，不能保證混凝土后期強(qiáng)度。而水泥生產(chǎn)者“我行我素”，因為買方并不拒購。設(shè)想一下，如果買方全部堅持要求，賣方還能有恃無恐嗎？

智能化、綠色化

2017年，我國扣除損耗后所用的混凝土總量約為77億噸，堪稱“混凝土大國”。

混凝土因用量巨大而必須簡單，又因簡單而必然復(fù)雜；另一方面，因為簡單而地位低下，又因復(fù)雜而至今只達(dá)到了機(jī)械化的水平，連自動化都談不上。現(xiàn)在混凝土拌和物的輸送由獨輪小車發(fā)展到罐車；澆注由吊斗發(fā)展成泵送，剩下的最大難題是勞動強(qiáng)度很大的振搗。有人建議開發(fā)“懶漢混凝土”來解決勞動力問題，其結(jié)果必然增大硬化后的開裂敏感性，不利于混凝土結(jié)構(gòu)工程的耐久性?，F(xiàn)代工業(yè)制造越來越多地需要跨界甚至跨國、跨學(xué)科、跨部門進(jìn)行。進(jìn)入工業(yè)4.0時代，智能化是特點之一，制作出智能化的混凝土振搗棒應(yīng)該不是幻想。

從混凝土材料方面來說，預(yù)拌混凝土的生產(chǎn)也有待于智能化以避免人為的系統(tǒng)誤差。例如是否能以拌和物配合比設(shè)計和調(diào)整的智能化，代替目前的人工調(diào)整？是否能在線檢測砂石表面附著水量并及時自動調(diào)整拌和水量？是否能自動測定砂石表觀密度與飽和面干含水率？怎樣做到拌和物質(zhì)量的自檢等？

世界各國混凝土規(guī)范的技術(shù)不盡相同，歐美國家的相關(guān)規(guī)范編制過程較為復(fù)雜，且符合標(biāo)準(zhǔn)是執(zhí)行過程中的最低要求。

綠色化其實是個管理問題，包括攪拌站的排放和污染的防治及清潔生產(chǎn)。從多數(shù)攪拌站來看，首先要整治的是砂石的堆放。目前最多做到的是“料棚”，有頂無墻；好一點的是有頂有墻的庫；效果最好的用于分級堆放的密封倉，可謂鳳毛麟角。

集約化

向企業(yè)轉(zhuǎn)型的混凝土行業(yè)之所以“受傷的總是我”，主要原因是未形成規(guī)?；漠a(chǎn)業(yè)。水泥則不同，全國只有一個水泥協(xié)會，40年來形成了多家規(guī)模化的大集團(tuán)，現(xiàn)在水泥界雖然也有很多這樣那樣的問題，但是該行業(yè)前十家上市公司已經(jīng)起到了行業(yè)龍頭的作用。而混凝土行業(yè)則沒有“擰成一股繩”，要么被水泥企業(yè)收購，要么依附于建設(shè)集團(tuán)，混凝土攪拌站并沒有被當(dāng)成是整個工程系統(tǒng)中一個核心的車間來管理，賺錢壓力大，但技術(shù)提高不足。比如，某建設(shè)集團(tuán)在全國有100多個攪拌站，但是因“鞭長莫及”而得不到進(jìn)一步的成長和提高。水泥企業(yè)下屬的攪拌站多被當(dāng)成“銷售渠道”，對混凝土所需要的水泥的品質(zhì)沒有話語權(quán)。這樣的局面導(dǎo)致無法轉(zhuǎn)型升級，整天疲于應(yīng)付供貨，無暇提高科技含量、科技水平。

混凝土工程一體化、集約化的實現(xiàn)可以有不同的方式：第一種是水泥企業(yè)在生產(chǎn)線上增加“混凝土試配車間”和“攪拌車間”，由水泥廠和攪拌站共同負(fù)責(zé)，真正按混凝土需要生產(chǎn)、按規(guī)律檢測，再向下延伸到拌和物售后服務(wù)，協(xié)助成型工藝的質(zhì)量控制；第二種是建設(shè)部門管理攪拌站，直接參與工程質(zhì)量的管控，也可以由砂石或外加劑企業(yè)做混凝土。后面兩種的難度主要在于膠凝材料的來源。不管哪一種模式，都應(yīng)當(dāng)有管理和檢查的制度，有定期提高質(zhì)量的制度，要求并考核研究成果，力求做出自己的品牌。

多樣化

健康市場的標(biāo)志不是自由市場，而是有法制管理的、優(yōu)質(zhì)優(yōu)價、充分尊重用戶。商品多樣化，有人買就有人賣。土木工程不是朝陽產(chǎn)業(yè)，也不是夕陽產(chǎn)業(yè)，而是永恒的產(chǎn)業(yè)?；炷磷鳛橥聊井a(chǎn)業(yè)最大宗的材料亦當(dāng)如是，應(yīng)適應(yīng)市場的多樣化。

目前，雖然我國的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)高潮已近尾聲，但基本建設(shè)尚未飽和，比如農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)改造、邊遠(yuǎn)地區(qū)建設(shè)等，對于混凝土仍有大量需求，混凝土行業(yè)仍任重而道遠(yuǎn)。

（本文整理自《再談中國混凝土向何處去——有進(jìn)有退是正常發(fā)展的規(guī)律》一文，有刪減。）