雜議混凝土（6）——評說“減水劑的應用對使用水灰比定則的影響”的討論中的若干認識（中）

丁抗生

（建筑材料工業技術情報研究所，北京 100024）

（4）傳統混凝土與其配合比設計規程生死與共。以上對傳統混凝土的配合比設計規程其技術依據的軟肋進行了揭示，其實，最嚴厲的批判是要認識到它只與傳統混凝土相匹配，它與現代混凝土則遠不相匹配，現代混凝土總體上不需要也不可能受它的束縛，不需要遵循和沿用它。這種認識，就是要求變革規程的基本認識，是很容易理解的。

傳統四組分的混凝土，其最大、最基本的特點就是簡單少變化。它的實用性狀，在現場澆注混凝土的場合，就是塑性混凝土，塑性的變化范圍有限，但大體上適應現場澆注的工藝（十分原始、簡陋）條件，這種工作性性能由水泥漿體量及其稠度、以及砂石的組合情況和用量決定；憑藉著 A 定則—B 公式，混凝土的強度可由變更水灰比作有限范圍的變動；正常施工強度較高的塑性混凝土，其耐久性一般是天然良好的。在工廠化生產構件制品，以及筑壩修路造機場等大型工程，得以采用強制成型和濕熱處理等特殊工藝裝備和措施，而可使用半干硬性混凝土、水工混凝土之類，降低工作性，提高強度。

這些就是傳統混凝土的現實，它缺乏能造成性能變化的內在因素，它的四組分配合比只能有三個變數，在相對很局限的范圍內作些變動，最終必然只能形成這樣的生產和應用格局：通過調控水灰比來調控混凝土強度；水灰比既定則水泥漿體稠度亦既定，調控漿體流動性的唯有漿體體量的因素了，這也就是調控用水量（以及水泥量）；最后一個變數是砂石的組合關系，通常是選定出優化的砂率，輔助完成對混凝土工作性的調控。在這里，混凝土的耐久性沒有可能被專門應對處理，只能因為與強度、和易性有些關聯而被捎帶著設置了。

傳統混凝土的配合比設計規程是完全符合這種格局的需要而編制出來的具體實施辦法的文件，不追究規程所收納的內容是否完備妥當，規程正是傳統混凝土的現實的寫照，它充分、確切地反映了傳統混凝土的現實，也只是傳統混凝土的現實，沒有什么超越這種現實的演繹內容的存在空間。它與傳統混凝土完全匹配，也只與傳統混凝土相匹配，它與現代混凝土是兩重現實天地，不需要也不可能相匹配的。

有人承認現代混凝土與傳統混凝土在材料組成和性能表現上有很大變化，但卻說依據的基本理論是一脈相承的，配合比設計最主要的理論依據是多孔材料的孔隙率理論，水灰比定則仍然成立云云，一言以蔽之，傳統混凝土與現代混凝土之間沒有截然的界限，傳統的設計理念—依據—規程對現代混凝土仍然有效。筆者不客氣地說，這是邏輯紊亂的臆想之論，有點能忽悠人，但不正確。下面筆者來略作闡述。

誠然，多孔材料是大命題、大范疇，傳統混凝土是可歸入其內的小命題，特定局部的小范疇。多孔材料的孔隙率與強度成負相關關系，傳統混凝土則有 A 定則—B 公式的負線性關系，這都合乎邏輯。但不能說傳統混凝土有水灰比定則，多孔材料就都該有，同屬多孔混凝土材料的鋁酸鹽水泥混凝土就不符水灰比定則，其強度與灰水比或是某種負相關關系，但絕非負線性關系。那么從傳統混凝土變化、擴展到范疇大為延展的現代混凝土，水灰比定則能隨之外延嗎？按邏輯說，回答是否定的。

事實上，或許在現代混凝土的寬廣范疇中，能存在特定的一個小范疇，相當或近似于傳統混凝土的一個小范疇，其中能成立水灰比定則，但從現代混凝土的全局來看，不會這樣。不要忘了，就在傳統混凝土的范疇內，水灰比定則也是有嚴格限定的“定義閾”的，哪能“擅越雷池”。誰要宣稱水灰比定則對現代混凝土“仍然有效”，想當然不行，邏輯推論是逆向也不行，只有憑藉試驗數據分析統計，重走一趟Abrams-Bolomy 的研究之路，正確揭示現代混凝土范疇內的有關規律性，給予具體、切實的論證來，虛張聲勢不可能弄假成真。

至于本來就有杜撰意味的所謂需水性定則，在現代混凝土范疇內肯定該銷聲匿跡。砂石的組合使用技術則可能被繼續沿用，更可能向砂石一體化的方向深入發展變化。總之，傳統混凝土與其配合比設計規程是生死與共的關系，這種規程與現代混凝土并不搭介、不相匹配，現代混凝土必將擺脫對傳統規程“蕭規陳隨”的錯亂局面，創建出契合現代混凝土現實情況的新規程來。

（5）現代混凝土需要形成創新的格局。換角度繼續討論。在材料組成和性能表現上有很大變化，現代混凝土與傳統混凝土是截然不同的。由于增加了摻合料和外加劑這兩大類組分，能極大影響和改變混凝土的各種性能，使混凝土許多性能的拓展有了現實可能性，摻合料和外加劑的應用簡單方便，也就是配料控制，易于調控，成為混凝土性能的新的有效調控因素。

傳統混凝土缺乏性能調控因素，弄得只能用水灰比來調控強度，用用水量調控漿體流動性，輔以砂石組合的調控實現工作性，就只能勉為其難地做到這種程度，別的性能都是順其自然，無可奈何，所謂考慮耐久性，只是因為強度與和易性與耐久性有些關聯，稍帶著被照應了，哪有針對性的設計應對？這是筆者反復揭示的事實，傳統混凝土的現實格局。

摻合料和外加劑的應用才有了充分有效的現實可行性來徹底改變這種格局。改變格局的最關鍵因素是高效減水劑的應用，它比用水量更加有效地影響著水泥漿體的流動性能，得以用來對水灰比和用水量兩個方面都實施調控，也就是把漿體的質和量都能控制住。而摻合料的使用得以實現靈活變動膠凝材料的組成和性能，從而改變混凝土的諸多相應性能，例如可降低膠材的水化熱，這對大體積混凝土是很重要的，其他諸如此類的情況還有不少。

最應受關注的是這里提供了通過調控膠凝材料配料實現混凝土強度控制的新的、切實可行的途徑和辦法。教科書上一直在說，水泥強度和水灰比是決定混凝土強度的主要因素，但是過去似乎只有水灰比可用來調控強度，水泥強度是不變的；現在則膠材（水泥）強度變得靈活可調控，應該認真考慮如何利用這種新情況，合理變革混凝土強度調控的格式。

正如人所言，水灰比通過孔隙率與強度相關聯，孔隙狀況與抗滲性等耐久性能也是相關聯的，這些情況讓人會有疑問：改變水灰比（孔隙狀況）對其他諸多性能是否也影響甚大而不盡可取？！是否該統籌兼顧工作性、強度和耐久性等必備性能來考慮水灰比的控制？！是否還該一如既往地把水灰比用作調控強度的先決的、主動的手段，或者予以改變？！這種問題久已客觀存在，逐漸被認識和重視，應彰顯地擺上桌面，尋求解答。當然，一時恐難有正確答案，但已無可回避地要正視它，解答它需要有勇有謀的、全面深刻的創新思維！這也就是構建與現代混凝土的成功實踐相應的生產應用模式，用來實現名至實歸的高性能混凝土的規范化的方式方法，正確反映現代混凝土成功實踐技術內涵的設計規程等的命題及解答。

現代混凝土是蘊含著充分的可動用因素，可以實現當年高性能混凝土的愿想的。許多成功開發和應用的混凝土新品種都證實了這點。但在當前我國混凝土的生產應用中，確實存在著偏差和問題，主要是普通建筑用混凝土早期開裂現象嚴重又普遍。究其原因，除了粗制濫造、野蠻施工達到質量事故程度的主因之外，從技術層面來檢討，也確實存在混凝土配合比設計未必恰當的問題，主要是在過度追求混凝土的流動性時對抗裂性能等失控。應當指出，除了有些陽奉陰違的例外情況之外，這些開裂的混凝土可都是遵照《普通混凝土配合比設計規程》設計出來的，設計方案要受到當地質監機構按該規程核查的。普遍出現同樣的質量事故，可以和應該認定，這些開裂的混凝土并不是按正確的技術設計才能實現的“高性能混凝土”，而只是按《普通混凝土配合比設計規程》設計出來的大流動性混凝土。規程原本是傳統塑性和半干硬性混凝土適用的，加了兩條采用摻合料和外加劑的算法，就用來設計現代混凝土的新品種，技術理念和依據、作法都一如其舊、無甚革新，這也真夠勉為其難的了，只可惜效果不佳，終究搗弄不出性能優良的產品來。

（說到這里，筆者要另外說兩句。關于高性能混凝土的定義上的歧義，不外乎三點。一是指具體的新品種，還是多品種的共名，抑或只是種理念。二是在特定的性能上達到高水準就算，還是在多項基本性能要求上綜合體現出“高”度來。三是究竟對材料和工藝有無特殊要求。筆者最關注第三點，認為“采用常規材料和常規工藝生產制造”的說法含糊其辭，引起誤解，才造成盲目實踐的危害。因為這種說法，商品混凝土企業才會用《普通混凝土配合比設計規程》來設計生產泵送混凝土等“高性能混凝土”，濫觴全國，延續至今。）

當前普遍性易開裂的大流動性混凝土的事實，無可推諉地證實用《普通混凝土配合比設計規程》不可能正確駕馭現代混凝土的多元化的技術調控因素，實現優質新品種現代混凝土的生產。這是從失敗中得出的教訓，告誡人們：現代混凝土急切需要符合自己技術特質的生產技術模式以及相應的設計規程。這種規程尚付缺如，但它正潛存于現代混凝土的大量成功的實踐之中，只待能把它萃取出來。回顧本世紀初幾年間，筆者在商砼企業做混凝土配合比設計，一直不按規程，而用陳建奎的全計算法，守住了兩條底線：重視石子搭配使用、優化其級配狀況，控制膠材漿體體積 ≤350L，通常≤330L，這樣正常生產和施工的混凝土很少開裂。這兩條經驗或許也是集成現代混凝土的新規程的點滴素材。

《普通混凝土配合比設計規程》前兩年再度修訂，承認了由水泥向膠材的轉變，似有開悟，但仍堅守以兩個定則為依據的傳統混凝土的技術理念模式不變，缺乏深切認識摻合料和外加劑導致混凝土由水泥的變為水泥基的，相應水化機制和進程、結果都有實質性的變化，需要重新審視包括兩個定則在內的對混凝土變化機制與性狀表現的規律性的認知，重新建構統籌實現混凝土各項主要性能要求的路線圖及各項具體實施辦法的方案，制訂出新思維的設計規程來指導混凝土的生產和應用，煥新現代混凝土的現實表現。舊規程看待摻合料只是節省水泥的廉價替代物，還怕用了降低強度，想出了“超摻系數”的辦法來補救，弄得數據紊亂不堪，顯示出十足的表面和片面性，可謂“愚不可及”。冬烘先生們不愿正視摻合料的復雜性，它并不是水泥，它作為膠材組成成分的強度貢獻和水泥有不同機制不應混同，在需水性能和狀態穩定性方面它呈現出“微細集料”的性質與水泥也是從機制到結果表現全然不同的，想把摻合料簡單化地當作水泥，把膠凝材料完全等同于水泥，用個水膠比定則及相應強度公式就把摻合料的應用問題給“解決”了，實在太“想當然”。對 2011 年的新版舊規程，給出了混凝土強度等級小于C60 時的水膠比強度公式，又給出了膠凝材料強度 fb=rfrsfce的算式，這兩個公式成立和適用的條件以及準確性，是應該探討的，應用這兩個公式能否有不同于既往的新創意，亦值得研究。

舊規程對待減水劑的應用更是簡單、表面、片面化，對流動性和大流動性混凝土，也硬要施用“需水量定則”，“推定”出虛擬的“需水量”來，再用減水劑的減水率把推定的需水量降下來。冬烘先生們對需水量定則就那么信奉，無限制地搬用？對減水劑的巨大作用就只著眼于這么個用法？實在讓人無語。這是比用“超摻系數”對付摻合料更“濫”的對付外加劑（減水劑）的作法，沒有實際意義。也難怪當前按這種規程設計出的流動性和大流動性混凝土普遍容易開裂了。要想生產不開裂的大流動性現代混凝土，不能指望而且需要拋棄《普通混凝土配合比設計規程》的無效指導，需要抓緊制訂適合現代混凝土用的新設計規程，能真正指導摻合料和外加劑的正確使用，先草擬個臨時用法條例也成。

以上幾段評議，由談水灰比定則變成談配合比設計規程了，兩者原本緊密關聯，倒也不算跑題。對《普通混凝土配合比設計規程》這翻新的舊皇歷，曾說過要給予揭示和批判，這次大致說了個梗概，遲早總是要說的。說得重復且有些空泛，那是因為有些看法筆者尚朦朧難寫，如果展開爭論或討論，就具體事項一一道來，是可以清楚明晰的。

回過頭來再談水灰比定則。

3 水灰比定則的理論背景

這次討論中也有仁兄不以生產和試驗案例結果為然，大談水灰比定則以多孔材料的孔隙率理論為背景，認證其永遠正確、繼續有效，不受使用摻合料和減水劑等的干擾。至于具體的理論內涵，大多只空泛地提到“以孔隙率為媒介建立起水灰比與強度的負相關關系”，但也有人具體地說“水灰比定則的實質是混凝土中的水分在水化或者揮發以后在混凝土中留下孔洞，減少了混凝土的有效承載面積，表現出了強度的降低。……”是否還有更具體、深入的闡釋？尚且未聞，只能權當沒有。

之所以教材中要藏頭藏尾地表達 A 定則—B 公式與孔隙率理論相契合的論斷，是因為孔隙率理論被深入進行的研究所非議、被淘汰了。對水泥水化機制—水化物狀況—水的存在形態—凝膠和水泥石的孔隙結構等系統性、全過程的深入全面、詳實精細的研究，一直是水泥化學追索的主題，并取得令人信服的豐富認知，從孔隙機制來認證強度機理的理論，勢所必然地集成和進化出上世紀中期 T.C.Powers 的膠空比理論，原來“多孔材料的強度理論認為，水泥石的強度發展取決于孔隙率。”至此則“更準確地說決定于水化生成物充滿原始充水空間的程度”，“顯然，膠空比的物理意義較水灰比更為明確”。這樣，新陳代謝下來，孔隙率理論就走向消泯，膠空比理論成為人們真正認可的混凝土強度理論。而“水灰比”對應于“原始充水”狀況，水灰比定則只能與孔隙率理論相互對應，它不能和膠空比理論融洽一致，不能取得真正翔實可憑藉的理論依據，這是很尷尬難辦的事，所以教材上才要慎言，力求作淡化的處理。

教材畢竟忠實于科學。各種教材在介紹混凝土強度理論時，都與 T.C.Powers 的孔隙理論并列介紹脆性材料斷裂理論，包括 Griffith 與 F.H.Wittmann 等人的界面能理論，以及 A.Ф.Полак 的結晶接觸點理論等。而且都明確說出這些理論對孔隙率理論的進一步非議來。《土木工程材料》教材，在前面剛引述的“……建立……孔隙率……與強度之間的關系，像鮑羅米的……關系式，……它在……配合比設計中起著理論指導作用。”這段話之后，緊接著就說：“但按照斷裂力學的觀點看，決定斷裂強度的是某處存在的臨界寬度的裂縫，它和孔隙的形狀和尺寸有關，而不是總的孔隙率。因此，用斷裂力學的基本觀念來研究混凝土的強度，是一個新的方向。……”立馬就對孔隙率理論和有關公式來了個否定。其他教材也都是如此論說，“應該指出，孔隙率對強度的影響是一個比較籠統的概念，沒有考慮到水泥石組分結構的特點。同時，在水泥石中，有不同的孔或微裂縫，其中有些孔或裂縫比其他孔對斷裂過程更活躍，因此孔隙率這一個指標太籠統。”這里是從膠空比理論和斷裂理論共同對孔隙率理論作出否定。

綜上所述，教材早就明確，水灰比定則只能依托被淘汰的多孔材料的孔隙率理論作解說，而不能從研究深入發展所建立的膠空比理論和斷裂力學理論中求得進一步的論證解說，反面是要受新理論的質疑和非議的。這次討論中，有些人居然祭出孔隙率理論作法寶，用來庇護水灰比定則不受諸般邪祟侵襲，永保平安，這真叫人不知該作如何看待為好？！或許如上文所述，大家一同重溫教材有關內容并取得共識，是明正視聽的唯一辦法。

其實，重溫教材的話，如果關注原理機制，應該在《混凝土學》之外再讀讀《膠凝材料學》教材，更多、更詳實地知道水泥水化硬化的機制、過程、狀況的全程演化情況，取得真實具體的認知，就會認識到一切因果關系都是具體形成的，又都是事物變化的內因（機制）和外因（條件）具體結合著共同作用的結果，對于水灰比定則這樣貫通始末、中間經歷復雜演變過程的因果關系，能有條件地在一定限定范圍內呈現出線性或近似線性關系的規律性來，筆者認為是難得的機緣巧合，是波特蘭水泥特有的本性、特有的水化機制在適當環境（條件）下生成的特例，沒有理由認為這是必然的、常規的、普適性的結果。如果能像 Powers 那樣循著水泥水化過程中的切實情況步步探查，環環相扣理清整個過程，最后能定量論證出原始水灰比與硬化后強度的對應關系是 A定則—B 公式的話，那也沒有膠空比理論了，水灰比定則也早就被人罩上“與理論機制完全符合不容置疑”的黃袍了。

對比不同膠凝材料，水化礦物性狀、其水化機制、水化條件、過程演進和結果性狀都各有不同的具體情況，最初用水量和最終強度之間存在因果關系的話，通常會是不同的曲線。像波特蘭水泥那樣呈現出 A 定則—B 公式，實屬罕見，雖然說不清個中原因，但可以認定是波特蘭水泥的礦物組成及其水化機制的獨特稟賦所致。混凝土中現在日益大量使用摻合料和減水劑為主的外加劑，摻合料有不同品質性能的粉煤灰、高爐礦渣粉、硅灰、磨細的巖石粉等，它們和水泥毫無實質上的共同之處，彼此之間也是屬性全然不同的，唯一共同之處是各以不同機制與水泥摻合到一起后成為水泥石的混雜成分構成水泥石，它們不能像水泥那樣自主水化產生水泥凝膠什么的，若有什么次生反應則是和水泥水化產物Ca(OH)2衍生出的、原非水泥所有的機制過程，總之，摻合料只會使得它們與波特蘭水泥摻合而成的膠凝材料偏離波特蘭水泥原來的水化性狀，及至當前現代混凝土大摻量使用多種摻合料的情況下，膠凝材料不知被改性得與純波特蘭水泥的水化特性相去幾何了，設想 A 定則—B 公式依然成立，依舊好用，真不知道有幾分客觀真實性？！筆者是大大疑惑的，希望有人能答疑解惑！

至于外加劑，如高效減水劑，則是直接改變水泥水化的機制和進程。像減水劑的吸附分散、解聚釋水機制，破壞了原來水泥漿的絮凝結構，把原來對應于毛細孔水的被束縛水釋放出來，成為游離水，加強潤濕和潤滑作用，這就完全改變了水泥水化初期水存在形態的格局，改變結合水、吸附水、游離水等的比例，相應也改變著以后水泥石的孔結構狀況。這明擺著是和強度機理的內涵說到一起了，有人卻硬要說這些都與 A 定則—B 公式無關，任你減水劑翻天覆地，我A 定則—B 公式依舊成立，這還是得到理論依據—模型機制所保障的，面對如此執拗的說法，是否感到有些荒唐？！

外加劑的門類很多，各具特色，各有一定的作用機制來影響和改變混凝土的目標性能，效果顯著。它們個個會對混凝土的常規機制有不同的干擾，如果能干擾到強度性能的，多半就會對水灰比定則帶來沖擊。就拿可能是對水泥水化機制干擾最小的引氣劑來說，其功能不在于改變強度，卻因引入氣泡會降低混凝土強度，這種強度降低是引氣劑獨立特行的結果，有它自己的因果規律，可以說與水灰比定則并行不悖，但對反映強度結果的強度公式還是出了難題的：如何表述引氣對強度的影響？！——剔出去另說或許最簡單省事，但若有人執拗地要理論此時的強度計算公式，那又將如何？！

好了，不多說了。總之，尋求理論依據，探索具體、詳實的原理機制、過程演化和結果狀況，真切地形成對混凝土生命鏈條的全面、完整的認知，正是我們研究問題、解決問題的必由之路，我們信奉科學探索。首先是求真務實，不要迷信于什么模型、理論、本構關系、終極真理、蝴蝶效應之類，那些是捕風捉影、虛張聲勢、忽悠理智，是玄學而非科學。

以上說了許多，都是為深入討論“減水劑的應用對使用水灰比定則的”的話題，廓清氛圍，排除一些外圍問題的阻滯，也提供一些引發思辨的題材。這些外圍問題在別處或許是核心議題很值得討論，但在這里顯然障礙著所議話題向具體、深入、細致的深層次發展，使討論“淺嘗輒止”，“半途而廢”、“有議無案”、“不了了之”，實際干擾作用甚大，不可忽視。

下面，筆者也對所議話題給個答案。