雜議混凝土（7）——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（下）

丁抗生

（建筑材料工業技術情報研究所，北京 100024）

三

談論減水劑的應用對使用水灰比定則的影響，可以有廣義和狹義的兩個范疇。廣義地說，主要是高效減水劑的應用才造就出現代混凝土，把傳統的水泥混凝土改變成現代的水泥基混凝土；相應地使傳統的配合比設計規程及其基石 A 定則 B 公式被動搖，不說完全被顛覆的話，也必須有脫胎換骨的變革；變革若是消極被動的，漸進的修修補補，則難免左支右拙，顧此失彼；變革若是鳳凰磐涅式的，全面創新，一步登天，又耽于臆想，不切實際；如何組織實施規程的變革，確實是需要集思廣益、謀定而動、積極作為，而正確的認識是正確施為的基礎，認識模糊、浮于表面、誤陷迷思、步入歧徑則迷途難返。

是減水劑的應用造就了大量摻用摻合料的現實，是減水劑與摻合料并用，再加用或不加用其他外加劑，實現了混凝土各種性能的大幅度變化和提升，開發出了各種具有不同高超性能的混凝土品種。混凝土品種、性能有大幅度變化的內在原因，當然是混凝土的水化硬化機制的相應變化，而這些變化對“使用水灰比定則”沒有影響、不起反應？那是不可能的。揀幾個所共知的實例來說吧。現在實現混凝土的高強度不是難事，但強度越高，對粗集料的品質性能要求也越高起來了，石子的巖石屬性會影響強度結果，必須加以考慮。在規程的強度公式中，回歸系數 αa、αb只有碎石和卵石的區分，則顯然不能反映這種實際情況。規程規定強度公式用于混凝土強度等級小于 C60 時，承認高強度混凝土范疇 A 定則 B 公式難以施用，不是有人想象的“減水劑的作用是，使得混凝土在更低的水膠比條件下能夠密實、均勻及具有適當的施工性能（坍落度），以更好地創造水灰比定則的適用條件”，減水劑是起到了所說的作用，水灰（膠）比定則則未必適用了。對于 C80～C100 的強度，水灰比定則或尚可“參考”，但也同時要“參考”使定則失效的因素，你說這定則算有效算失效？！

再說，傳統混凝土其實是做不出穩定可用的“大流動性”混凝土的，現在依靠減水劑和摻合料，大流動性成了主流。在流動性超出塑性混凝土范疇時，A 定則 B 公式還能“正常應用”嗎？正如有人指出的，水灰比一定時，混凝土強度隨坍落度的大幅度增加會有所降低，坍落度 50～180mm范圍內變化時，強度降低幅度還不大，但在 180～240mm 范圍內變化時，強度降幅明顯變大。不管能用什么機制（理由）來解釋這種規律性的現象，流動性大幅度變化會使 A 定則 B 公式失準是客觀存在的，這在成立 A 定則 B 公式時就是已知的，所以有坍落度范圍的限定，只因過去長期沒有流動性超出塑性混凝土的存在，這界限被忽視了。當前大流動性混凝土成為主流，規程制訂者沒有掌握必要的相關認知來正確策應這種變化，放任濫用“需水量定則”作無限的“推定”計算，對 A 定則 B 公式的適用性受到影響與否緘口不談。但事實就是事實，遵循規程設計出的大流動性混凝土，不但強度會比 A 定則 B 公式算出的值有走低趨勢，而且早期開裂現象嚴重，表明不但 A 定則 B 公式的應用引起質疑，整個規程的效用都是應該質疑的。

還有，如《混凝土學》教材所言，集灰比是影響混凝土強度的因素之一，一般認為是個次要因素，但在集灰比遠離常規時，影響則不可忽略，如附圖所示。

附圖集灰比對混凝土強度的影響

現代混凝土減水劑的應用可極大地改善工作性，克服成型密實的困難，集灰比可以提高不少，而泵送混凝土、自流平混凝土，則有可能極大降低集灰比；所以，集灰比對強度的影響也會凸顯出來，造成 A 定則 B 公式顯得失準。上述大流動性混凝土出現的強度降低和開裂問題，與集灰比降低確有干系。

以上事例，是些性能大幅改變，內在機制偏移，某些影響因素由原來“隱性存在”、可以忽略，變得“影響彰顯”、必須正視的明顯變故情況，容易受到注視。其實無須彰顯性能的大幅變化會給 A 定則 B 公式帶來麻煩，只要明確了摻合料和外加劑（減水劑）的使用，明確了由傳統水泥混凝土向現代水泥基混凝土的機制轉變，A 定則 B 公式的存在和應用就已全然生變，名實兩異了。這不， JGJ55—2011規程，把以前的水灰比 W/C 改成了水膠比 W/B。水灰比強度公式 W/C＝(αa?ce)/(?cu,0＋αaαb?ce)，變成了水膠比強度公式W/B＝(a?b)/(?cu,0＋αaαb?b)。并相應提出了膠凝材料膠砂強度 ?b與水泥膠砂強度 ?ce的計算式 ?b＝γ?γs?ce。這些是把 A 定則 B公式的技術內涵全給變更了，“依然不變”的只是線性公式的形式，對此，是應該清醒地認識領會的。

筆者前面的論述中已經提到，對 JGJ55—2011 規程中水膠比強度公式和膠材膠砂強度算式的提出都感到似乎論證不足、考慮欠周、有些貿然。這次討論中，梁文泉、鄧興才各引用實例，較詳細地論述了按規程公式計算強度與實測結果偏離甚大，明顯失準，認為或因未能考慮減水劑的影響所致，周志濤、李田也表達了類似認識。筆者認同規程對減水劑作用認識不足，對其影響所及未能給出反映的意見。但對如何能反映減水劑的影響，應該在強度公式中反映還是在膠材強度算式中反映等問題，筆者尚未形成清晰的認識，提不出建設性的意見來，暫時還只能是“質疑派”。

不過，不論強度公式和膠材強度算式在考慮外加劑（減水劑）作用后會如何變化，它們都是現代混凝土的重要基本計算公式。筆者在前面的論述中已經說過，這里要重復強調，這兩個公式與以前的水灰比強度公式技術意義有很大差異。水灰比公式實際上是水灰比單變量的一元線性方程式，通過改變水灰比來調控強度，形成傳統混凝土的設計和生產模式。水膠比強度公式及膠材強度算式，則現實地提供了水膠比和膠材強度這兩個決定混凝土強度的可變量，相當于二元聯立方程式，就此，不僅可以通過改變水膠比來調控強度，還可以現實可行地改變膠凝材料組成和性能來調控強度，這有可能形成現代混凝土新的設計和生產模式。當然，若用改變膠材組成來改變強度，規程的膠材強度算式是不足取用的，好在商品混凝土企業不難通過系統實驗，精準把握使用材料的膠材組成與其膠砂強度 ?b的函數關系，或者在既定的水膠比和膠材組成與混凝土強度之間的對應關系。若問這樣做法有何意義？不妨設想從混凝土的組成結構和基本性能考慮，多半會存在最佳膠材漿體體積、最佳水膠比之類的規律、守則，既然可靈活變動 ?b來實現 ?cu,0，就無須讓 W/B作為主動變量，為了 ?cu,0變化無常了。

另外，減水劑的應用徹底結束了靠用水量調控混凝土流動性（工作性）的模式，消除了鍛煉周納出的所謂“需水性定則”存在和使用的實用意義，雖然 JGJ55—2011 規程中5.2“用水量和外加劑用量”一節還在做紙上文章，實際設計和生產中都是憑經驗和試驗處置的。當前的實際問題是用水量在與流動性（工作性）脫鉤后該如何選用有些“進退失據”，需要用新認識、新思路、新章法來解決。這和上述水膠比選用問題相關聯，還有其他基本面上的問題，需要統籌全局的創新思維作全盤處理。

還有現代混凝土改變著規程中一條重要但似乎平常的規則，那就是在通常也就是 5.0 到 10.0、16.0、20.0、31.5、40.0mm 的石子顆粒級配范圍內，應力求選用最大公稱粒徑盡可能大些的連續級配，理由主要是這樣會使石子堆積的孔隙率最小。構成規程的用水量表和砂率選用表都是按石子最大公稱粒徑厘定出來的，可見這條規則也是非同小可的。但是，碰上現代混凝土的高強混凝土和泵送混凝土、自密實混凝土，其他更強硬的理由立馬就打破了這條規則，向減小石子最大粒徑的方向走去，原來的那些陳說也就緘口噤聲了。這種變化，固然是特殊的“機制”使然，表現現代混凝土顛覆舊規程的規定、定式，則彰顯無遺。

綜上所述，水灰比定則被實質性地改動，具有全新的內涵，用法也必定要有創新；需水性定則以及其他規則的作用在有限范疇內尚可留存，在更廣大范疇已名存實亡；舊設計規程其實完全無力指導（更別說是規范）摻合料和外加劑（減水劑）正確有效的使用，因為它不具備統籌規劃現代混凝土的組成、結構和性能關系的科學認識和合理策劃的新思維體系；沿用舊規程的老套路弄出來的，就是目前廣被詬病的、易開裂的大流動性混凝土之類的商品混凝土產品，這是皮相上采用了摻合料和外加劑（減水劑），但骨子里遵守傳統混凝土的法則設計出的產品，出現性能不良問題是容易理解的。

總之，減水劑造就出現代混凝土的技術現實。現代混凝土與傳統混凝土處在不同的技術層次上，現代混凝土對傳統混凝土的技術體系現狀有全面的突破和改變，不只是具體事項上的參差抵牾，更是技術層次上的全盤變革，從這個角度看，減水劑顛覆了傳統混凝土。筆者認為，這就是廣義地看待減水劑的應用對使用水灰比定則的影響的課題所應該持有的開闊的認識。

四

狹義地看待減水劑的應用對使用水灰比定則的影響，那就是注目于在水膠比定則的強度公式中是否和如何引入反應減水劑的作用的函數關系。這次討論中不少人是直奔這個狹義話題而言，意見顯然分為兩種，一種意見認為無須設置反應減水劑作用的專門的“參數”，另一種意見認為必須有所設置，但如何設置？設置成什么樣子？則未有詳論。這里孰是孰非？！

筆者 8 年前在幾個商品混凝土企業以及外加劑企業工作數年，使用全計算法做混凝土配比的系列化和系統性的設計，效果甚好。但是，從實踐中發現了與減水劑（超塑化劑、泵送劑）使用有關的兩大偏差需要克服。當時通過系列化及補充實驗解決了生產應用問題，但限于研究試驗條件，強度偏差問題雖確定為存在，但并未能給予妥善的“解決”，直到如今。

全計算法有經驗公式，計算超塑化劑摻量與混凝土坍落度增幅的對應關系，其思路與規程推定用水量再按減水率折減的方法基本相同，異曲同工。但計算結果經常出現偏差，經試驗研究查明，偏差原因主要來自兩個方面，一是各企業所用碎石通常都不符合規程要求，使規程 75～90mm “標準”坍落度的需水量查表值與實際值經常嚴重偏離，二是各企業所用超塑化劑的減水效率系數值失準，這些基本數值的失控當然使公式計算結果偏差。不過，這兩種偏差原因在既定的企業大致是既定的，有系統誤差的性質，用兩三組平行的對比試驗解聯立方程式，就可以把基準數據的“真值”求解出來，再帶入公式中，公式就能算得較準確了。另外，憑經驗由偏差的坍落度測試結果調整超塑化劑摻量，也是很切實有效的。像用試驗的方法確定合適的砂率一樣，用試驗調整的方法確定實現坍落度要求的超塑化劑摻量，筆者是認可的。全計算法超塑化劑摻量計算的問題如上述就算解決了。

真正的問題出在強度上。當初，對減水劑的使用效果，筆者也是相信通行的觀點的，即如《土木工程材料》教材所言：“減水劑的使用效果：（1）維持用水量和水灰比不變的條件下，可增大混凝土拌合物的流動性；（2）在維持拌合物流動性和水泥用量不變的條件下，可減少用水量，從而降低了水灰比，可提高混凝土強度；（3）顯著改善了混凝土的孔結構，提高了密實度，從而可提高混凝土的耐久性；（4）保持流動性及水灰比不變的條件下，在減少用水量的同時，相應減少了水泥用量，即節約了水泥。此外，減水劑的加入還有減少混凝土拌合物泌水、離析現象；延緩拌合物的凝結時間和降低水化放熱速度等效果”。當時，也曾想過，在同一減水劑的作用機理下，割裂成減水、增坍、增強、節約水泥的不同效果說事，似乎有點形而上學，但沒有深想下去。反倒是誤會了如此說法中減水劑降低水灰比提高強度的語意，理解成了減水劑需要或只能通過降低水灰比才能體現增強作用，從這次討論中可以看出，大多數人恐怕迄今仍然秉持著這種理解。

在全計算法的強度設計中，應該承認，也沒有認識到減水劑（超塑化劑）“獨立具有”增強作用，也是以為要借助于降低水灰比來提高強度的，所以從 JGJ55—2000 規程中照搬其水灰比強度公式來借用，未考慮還須引入采用減水劑（超塑化劑）的“修正”項。這和當前 JGJ55—2011 的認識并無區別，都有片面性的錯誤。不過，由于筆者從不認同超摻系數的做法，不去計算膠材的強度，而直接訴諸試驗結果，又是利用計算法模版進行系列化和系統化的設計試配，所以，倒也無礙于取得使用的生產設計方案，雖然有時也懷疑“系統性偏差”甚大有何緣故，也都從別的方面去找原因了。

直到有次在某企業，為了選用性價比高的超塑化劑，進行了一系列對比試驗，用同一個未摻塑化劑的基準混凝土配合比，分別摻加不同廠家、品牌的超塑化劑，調整摻量使混凝土達到相同的初始坍落度，測定試樣坍落度，測定試樣坍落度經時損失和強度結果。結果發現，所用十多種超塑化劑，不但增坍和保坍性能有差別，抗壓強度結果也有很大差異，與 C30 基準混凝土強度相比，除包含引氣成分的超塑化劑使強度大體持平外，各種超塑化劑都使強度有不同程度的提高。有種減水劑型的保坍性能較差，卻使強度明顯增長三個強度等級還多點，使筆者大受震撼。其它幾種各廠產品，使強度增長一、二個強度等級不等。重復進行類似試驗，擴大變動摻量（水灰比不變，坍落度有變）的試驗，一再證實上述情況的存在。

總結實驗結果，筆者的意見是：

（1）只要超塑化劑摻用到一定的量以上，就會明顯影響混凝土的強度，而不論水灰比有無改變。由于超塑化劑都是復合型的或復配成的（萘系高效減水劑本身就是萘磺酸鹽甲醛縮合物和 Na2SO4并存的，加緩凝劑等復配的超塑化劑更是復合的劑型），對強度的影響可以有很大差異，減水成分、早強成分（Na2SO4、三乙醇胺等等）有明顯增強效果，緩凝成分、引氣成分則會降低強度、減少主體成分的增強幅度。

（2）增強效應與超塑化劑的摻用量也有正相關關系，但有上限，似乎與超塑化劑的有效用量范圍是同一機理。對比而言，超塑化劑的品種差異對混凝土的增強效應是首位的，摻量增減的增強效應是第二位的。

（3）減水劑的增強效應從機制上說主要是改善混凝土的孔結構，提高密實度。水灰比是通過孔隙率與強度相瓜葛。使用超塑化劑時若降低水灰比，那是疊加上了降低孔隙率而增強的因素，是額外的增強效果，由于水灰比的變化范圍不小，額外的增強效果也有可能更突顯些。

筆者的上述意見，本應該用試驗數據來論證的，可惜當時的試驗總結報告丟失了，也沒能再做實驗，所以一直沒撰文論說。但這些試驗是很容易組織實施的，筆者希望一般商品混凝土企業的實驗室都做些試驗來驗證筆者所說事項的真偽。非常高興這次討論中鞏建飛在短文中給出了一組數據，說明：

（1）在水膠比及膠凝材料一定的前提下，摻外加劑混凝土強度比空白混凝土強度有所提高。

（2）在水膠比和膠凝材料一定的前提下，外加劑摻量在一定范圍內變化對摻外加劑混凝土強度影響較小。部分證實了筆者的論述。

說也湊巧，就在討論進行時，廈門建科院彭軍芝寄來了稿件《不同減水劑種類對混凝土收縮的影響研究》，該文發表在《商品混凝土》第 5 期 P19～21。該文試驗了第一、二、三代減水劑共 10 種樣品，混凝土固定水膠比 0.4，固定試驗配比（水泥∶粉煤灰∶水∶砂∶石=5.10∶0.90∶2.40∶11.25∶16.05），屬于正常材料的常規配合比，按規程進行混凝土性能測試，所得減水劑對混凝土工作性能和力學性能的影響結果匯總如下附表。

結果顯示，應用不同品種減水劑增大工作度，大致達到泵送坍落度水平，混凝土的 28d 抗壓強度參差不齊，最大與最小差別二個等級強度（10MPa）還多，3d 抗壓強度差別更懸殊，最大與最小相差一倍還多，達 20MPa。可惜該實驗缺了未摻減水劑的基準（空白）混凝土的性能測試數據，否則定能更多地驗證筆者的上述定性認識。筆者亟盼能有人進行系統性的對比試驗研究，來得出有關的定性和定量結論，試驗并不難做，但實驗方案要縝密、周全。

附表減水劑對混凝土工作性能和力學性能的影響

從這次討論中可知，雖然只有鞏建飛這樣明確提出了“在水膠比和膠材一定的前提下，減水劑的摻加就會明顯提高混凝土強度，而摻量的影響相對較小”的認識，與筆者的認識不謀而合，但其它一些人似乎也是“若有所知”的，因此，提出尚須在強度公式中引入反映減水劑影響的參數的意見。至于如何正確反映？有人認為可納入膠材強度中，即將膠材和減水劑組合，作為一種新型改性膠材來看待；有人認為可把減水劑所產生的強度值作為一個回歸系數在水灰比強度公式中運算，或者說水灰比和減水劑同時決定混凝土強度，是平行的二元化概念。這些設想都是有道理的，鑒于問題的復雜性，或許需要綜合性的處置方法，取決于必須開展系統性的試驗研究所獲得的規律性的認知。

筆者認為，實驗研究中必須處理好兩個關鍵性課題：其一是減水劑的作用和水灰比因素的作用，既是相互獨立又是可以疊加的，如何剖分或結合兩者的影響？！目前從原理機制到實驗數據都尚難提供明白無誤的設想來論斷，須縝密慎重；其二是減水劑的使用形態不同。超塑化劑、泵送劑等等，都是復合型產品，是減水劑作用、保坍劑作用、緩凝劑作用、增強劑作用、引氣劑等的不同組合，如何分別地和綜合地考慮有關成分和作用的影響，十分復雜又無可回避，只能通過精細組織的試驗研究，得出條分縷析的科學結論來，再酌情處理。

筆者強烈呼吁混凝土規程制訂部門盡快組織實施減水劑對混凝土強度影響的調查研究和試驗研究工作，呼吁混凝土學術界和工程界先來審視和討論這個課題的實際存在。

以上是筆者對“減水劑的應用對使用水灰比定則的影響”專題討論一些意見的評述，以及自己的一些見解。信口放言，難免錯訛。如有嚴重分歧意見。歡迎賜教筆者，據理指斥筆者信口雌黃，筆者必洗耳恭聽。如有認同意見，亦盼賜稿呼應，共同把學術探討和爭議推向深入。

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