不應取消“高性能混凝土”的名稱

王永逵

（上海奇齊科技開發實業有限公司，上海 201600）

不應取消“高性能混凝土”的名稱

王永逵

（上海奇齊科技開發實業有限公司，上海 201600）

高性能混凝土是混凝土技術的歷史發展，是以耐久性設計為主的一種混凝土，其定義嚴謹、內涵豐富。優質混凝土的名稱取代不了高性能混凝土。筆者曾提出此名詞的源頭，以辯證唯物論的認識論去全面解讀高性能混凝土，認為不應取消“高性能混凝土”的名稱。

高性能混凝土；勻質性；耐久性

0 前言

《商品混凝土》雜志 2013 年 7 期, 刊登了戴老的“建議取消‘高性能混凝土’的名稱”一文，認真學習幾遍后，覺得這是一個值得深入討論的問題。無意與人爭事非，只因為他苦苦探索 20 余年，也總該把想要說的話講出來，正誤與否都是有益的。

1 問題由來

在我國的混凝土科技中，“高性能混凝土” 這一名詞最早見于 80 年代末 90 年代初，吳中偉、廉慧珍教授等人較早介紹了國內外近百年來水泥和水泥基材料，總的發展趨向是不斷提高強度，而忽視其它性能帶來的諸多問題，以及隨著科技和生產發展，需要解決各種重大混凝土結構，如高層、超高層、跨海大橋、海底隧道、海上釆油平臺、核反應堆等嚴酷環境條件下的工程問題，耐久性問題愈來愈尖銳，因忽視耐久性造成的損失，難以數計。而發達國家早在 70 年代末到 80 年代，就已經針對此問題對“高性能混凝土”（以下簡稱 HPC）的研究和工程應用進行了大量工作，超塑化劑和礦物細粉料都得到了成功應用，并取得可觀的技術、經濟效益。在上述背景下，美國國家標準局技術研究所（NIST）與美國混凝土協會（ACI），在 1990 年 5 月為此專門召開了會議。對“高性能混凝土”正式命名并定義。此理念一經提出，在世界范圍內迅速受到各國政府的高度重視，紛紛撥款開展此項目的研發和工程應用。我國在那個奮力挽回荒廢時光的年代，該理念一經引入立刻引起我國有關政府部門和廣大混凝土界科技人士的高度關注，其關注程度前所未有。1999 年吳中偉、廉慧珍著《高性能混凝土》一書的出版，更是為學習和推廣應用高性能混凝土提供了較為系統的參考資料。早在 1996 年前鐵道部也為此在北方交通大學召開了專題會議，吳老應邀抱病參加了這次會議，并做了水泥基膠凝材料和可持續發展的報告，對鐵路系統的新建工程產生了深遠的影響。會后前鐵道部撥款依照鐵路規劃設專題進行了深入研究，并對推廣 HPC 制定了具體規定。可以說沒有當時的投入和研究，就沒有今天讓世界矚目的青藏鐵路、高鐵、高速和遍及各大城市的地鐵及高架工程。還有近年來的杭州灣跨海大橋、東海大橋、渤海灣大橋、上海大廈、東方明珠、及被稱為“逆天工程”的雅西高速等等。上述成就哪一個不是在 HPC 理念的指導和推動下取得的？ 20 余年來，有很大一批科技人員為 HPC 付岀了辛勤勞動和汗水，HPC 還成為許多研究院和高校博士生研究的重點課題，有關專著和論文更是何止萬計！工程技術上也有了長足進步，大大縮小了我國混凝土技術與發達國家的差距，在某些方面，如干旱、高寒、高海拔、鹽堿、永久凍土等環境的混凝土工程施工，已達到或超過國際先進水平。

引入 HPC 的概念 20 余年來，經過學習、研究和工程實踐，我國的混凝土科技界現在回過頭來認真總結思考，提出一些對混凝土技術發展應用中存在的問題來討論，是大好事、是十分必要的。在這近 20 年，也是筆者上從高校有關教學崗位退休，有幸到商品混凝土的一線直接從事技術工作，并被我個人視為從事教學、科研的繼續和接受實踐檢驗的機會，算是退而不休吧。吳中偉、廉慧珍教授著《高性能混凝土》隨我輾轉各地，是我學習參考最多的科技書之一，從中受益匪淺，在遇到工程疑難問題時常能從中得到啟發，常學常新。在筆者的心目中，《高性能混凝土》是一本優秀科技書，是我遇到需要解決混凝土工程疑難問題的燈塔，是我的秘笈寶典，吳老是我深深懷念的人。（High Performance Concrete）譯為“高性能混凝土”一詞是適宜的。現就個人對這一問題從學習、應用后的體會提出來供討論，希望能借此起到聆聽指教的作用。

2 筆者對“高性能混凝土”一詞的解讀

有關“高性能混凝土”一詞的定義，不同國家、不同工程應用部門和不同的混凝土科技工作者有不同表述，雖然多數都能以耐久性為基礎，但由于在思維方法上的不同，還是有一定差別的，有個別提法甚至完全違背 HPC 原意。現在重新討論這一問題，應該從提出“高性能混凝土”一詞的源頭是怎么定義的去研討，應該以辯證唯物論的認識論去全面研討高性能混凝土，不能就混凝土研討混凝土。在《高性能混凝土》一書中，兩作者首先引用的是美國國家標準的技術研究所（NIST）與美國混凝土協會（ACI）1990 年 5 月召開的會上提出的：“高性能混凝土是具有某些性能要求的勻質混凝土，必須采用嚴格的施工工藝，采用優質材料配制的，便于澆搗，不離析，力學性能穩定，早期強度高，具有韌性和體積穩定性等性能的耐久性混凝土，特別適用于高層建筑、橋梁以及暴露在嚴酷環境中的建筑結構”[1]。該著作的作者之一廉慧珍教授又在 2010 年補充介紹了美國 ACI 技術活動委員會 1999 年 2 月對 HPC 再次提出的定義[2]：“高性能混凝土是符合特殊性能組合和勻質性要求的混凝土，采用傳統的原材料和一般的拌合、澆筑與養護方法，未必能生產出這種混凝土”。對上述有關“高性能混凝土” 兩次定義解讀是：

（1）兩次定義沒有質的區別，但略有差異。后一個更為簡練，只用前定義不到一半的字，去掉了力學性能穩定、早期強度高、具有韌性和體積穩定性等不需要在定義中表述的內容，使要強調的內容更突出，定義更富內涵。是否一定要早期強度高、韌性等，可在設計時擬合“特殊性能組合”中去斟酌取舍，如低發熱、抗氯鹽、抗沖刷、抗輻射、抗干旱、耐磨、早強、高寒、體積穩定性、耐磨等等都可為“特殊性能組合”考慮擬合的內容。這一內容的取舍，與具體工程所在的環境和結構設計服務的年限內，所需擔負的功能有直接關系。用“特殊性能組合”省去了前一定義的一半的文字，使 HPC 的定義更簡潔、合理、富有內涵，實在是畫龍點睛之筆。共同點都是針對用于特定的重大和嚴酷環境條件和“特殊性能組合”的混凝土工程結構，而不是指一般混凝土結構的普通混凝土。“高性能”正是相對于“普通”而存在，它們組成一對“對立統一的矛盾”，沒有“普通” 就談不上“高性能” 的存在。辯證唯物主義的認識論告訴我們，一事物與它事物的區別在于矛盾的特殊性。只有強度等級，少量有 P6、P8 的抗滲要求，設計壽命只有 30～50 年一般工業民用建筑，談不上是具有“特殊性能組合”的重大混凝土結構。筆者在商品混凝土公司從事技術工作近二十年中，很少遇到必需提供 HPC 解決的工程合同，需要用 HPC 解決的工程項目并不多。許多大、中城市的高層建筑，質檢中心也從未要求用 HPC，在甲、乙雙方經營活動都講究經濟效益的前提下，誰還為高性能而高性能呢？況且，目前我國絕大部分混凝土公司也不具備 HPC 的檢測條件，脫離實際過分強調HPC，不是空喊嗎？

筆者贊同高性能并非都一定要高強度，C30、C25、C20是有可能達到和滿足高性能的要求。這是由于強度是以標準條件下 28 天的抗壓強度為依據，大摻量礦物細粉料的混凝土，C30、C25、C20 滿足高性能要求是有可能的。但不顧客觀條件把 HPC 按主觀意志強行納入到普通工程中，是混淆矛盾，濫用概念，結果必然是問題多多，連自已也繞進了“死胡同”。并把本來是普通工程混凝土結構施工遇到的種種問題，當成 HPC 進行總結報導，使不少讀者把本來屬于普通混凝土的問題，也誤當 HPC 問題了，這實際上是一種誤導。帶來的只能是“霧里看花”、“ 瞎子摸象”，令人愈來愈糊涂了。

（2）正確擬定“特殊性能組合”是應用 HPC 的重要一步。就是說你要設計的混凝土是否是具有非一般的性能？這是每一個從事混凝土技術工作者必須從認識上解決的第一步。如同中醫看病，講究“辯證論治”。出處方前必須先通過“望、聞、問、切”的診斷，弄清病癥的“虛、實、寒、熱”后才可提出可靠的治療方案。同為“腎虛”，但有陰虛、陽虛的不同，處方是不同的。中醫強調的是‘一人－方’， HPC 也是有很強的個性化。不能就混凝土談混凝土，混凝土離不開具體工程和施工，這就是 HPC 的辯證唯物論。每一項重大工程項目，其所需要的“特殊性能組合” 都是有差別的，沒有一個可通用的配方。HPC 的耐久性也是泛指，對具體工程，要根據其所在的地理環境，在設計服務的年限內具體承擔的設計功能，去具體工程具體分析。如海洋鉆井平臺，抗海水氯鹽侵蝕、抗海浪沖刷、高抗滲透等是必須重點具備的特殊性能。就是海洋鉆井平臺，南海和黃海也不完全相同。黃海海域的鉆井平臺，混凝土結構必須考慮抗凍害，而南海海域就可不必。對結構復雜的洞庫混凝土工程，因地下空間限制操作不便，大流動自密實和抗滲漏是必需的重要性能；高海拔、高寒、晝夜溫差大路面和機場跑道的混凝土工程需要擬合的特殊性能應該是：抗沖擊、耐磨性、抗冷熱變形能力，以及低溫早強、和低氣壓下施工的方便等有關性能。顯然這一工程特點下的 HPC，其工作度不能大，是低塑性、干硬混凝土的適用場合，而且施工要盡可能的機械化，減輕體力勞動，是工廠化干拌混凝土（又稱“方便面混凝土”）適用的場合。同樣，預制構件混凝土、體育場看臺、路面、斜屋頂和自行車賽場跑道等的混凝土都不需要大坍落度。大坍落度不是 HPC 的標志。坍落度大小要根據工程需要，以有利于方便施工和密實成型為依據。對穿過煤層的隧道襯砌，必須具有防瓦斯涌入的氣密性等等。

HPC 可稱為一種混凝土品種。是指具有特殊性能組合的，能滿足混凝土結構在設計服務年限內，能安全承擔設計賦予的功能為主的那一類混凝土。它可以包括符合這一定義的商品混凝土、干硬混凝土、氣密性混凝土、海工混凝土或自拌混凝土等。“優質混凝土”一詞也不能取代 HPC，因為其本身缺乏嚴格的定義，沒有 HPC 那樣全面、完整、豐富的內涵。

（3）“勻質性”是 HPC 前后兩次定義中均被強調的性能，是 HPC 的技術保證。混凝土材料是密度、粒徑差別很大，多種無機、有機相結合的復合材料。要達到勻質性要求，硬化前不分層、離析、泌水，硬化后各部位性能均勻，差別不能大，是有一定難度的。勻質性對耐久性、強度、經濟性等多種性能，均有極其重要的直接關系。混凝土無論是強度或因受侵蝕引起的功能失效，都是由局部破壞而導致整體破壞。完全可以理解，美國 ACI 前后兩次定義都把勻質性作為 HPC 基本要求的深刻含義，實在是定義中的畫龍點睛之筆。依據木桶效應，決定其裝水的多少，不是最高的木板，也不是木板高度的平均值，而是由最低的木板高度決定其裝水容積。目前我國商品混凝土現狀，由于低劣的砂石條件，勻質性普遍很差，絕大多數達不到應有的勻質性要求。結構驗收時，強度雖能滿足合同要求，但回彈檢收常常通不過。如一結構為 C30 混凝土，標準養護強度值達 39.5MPa，回彈平均值達 37.0MPa。按 JGJ/T23—2001《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》，當構件測區不少于 10 個時或批量檢測時，回彈推定強度值 fcu,min應按下式確定：fcu,min＝mfcu－1.645σ式中：

mfcu——回彈強度平均值，MPa；

σ——為強度標準差，用 10 個測區的回彈強度均方差 S 代替。如混凝土強度回彈平均值達 37.0MPa，實測 S＝4.60MPa，取σ≈S，取σ＝5.0 MPa。

則：fcu,min＝37.0－1.645×5.0＝37.0－8.23＝28.8MPa＜30MPa。

因推定強度低于設計強度，判不合格。C30 混凝土能達到 37.0MPa，應該是很不錯了，但因勻質性太差，而功虧一簣，豈不遺憾。

只有勻質性的混凝土，才能用有限的資源確保混凝土結構的可靠性，避免浪費，更有效地利用資源，實現可持續性發展。

（3）“優質原材料”，是勻質性和生產 HPC 必要的物質基礎。有了優質原材料，如何用好是 HPC 配合比設計的任務。首先明確工程的性質是否屬于 HPC 的重大工程，并正確擬定它的“特殊性能組合” 是選好用好原材料的第一步。其次，充分了解和認識各種原材料的技術性能及其對混凝土技術性能的影響，是設計好配合比的基礎。不了解工程性質，不對原材料的技術性能測試，不了解其技術性能對混凝土技術性能的影響，是設計不好配合比的。在現場常見一個配合比幾個月不變，從 C20～C50 用水量基本不變，外加劑摻量基本不變，只知道增減水泥用量的都有。這樣必然是別說HPC，就是普通混凝土也會事故不斷的。合格試驗室主任的培訓任務還十分艱巨。目前商品混凝土市場除國家重點工程稍好外，一般工程使用的砂石合格率不到 80%，水泥過細、強度保證率過低及礦物摻合料品質失控、外加劑良莠混雜等問題，如不加控制檢驗是制不成高性能混凝土的。部分城市正在施工中的橋梁、高架等工程出現的種種質量問題，技術上的根本原因就在于此，遺憾的是并未引起有關設計部門和監管部門的注意，實在令人痛心。對一般工程因原材料等出現的種種質量問題，不是 HPC 的過，卻歸罪于高性能混凝土，豈不是天大的誤解。

（4）對施工工藝提出嚴格的要求，并特別明確指出采取一般的澆筑與養護方法，未必能生產出這種混凝土。混凝土對其工程來說只是一種原材料，常言“三分材料，七分工藝”，沒有施工的配合，僅靠混凝土未必能做出優質的工程。這一要求與唯物辯證法的認識論是一致的。唯物辯證法告訴我們，事物之間聯系和發展具有普遍性和多樣性，每一種事物都是和其它事物聯系而存在的。商品混凝土發展 30 多年來，爭論最大、論文討論最多的莫過于“裂縫”了，這似乎是商品混凝土的不治之癥。HPC 在我國研發、推廣 20 多年來，許多專家、教授對混凝土裂縫產生的機理和預防對策進行了深入研究。大量工程實踐證明，無論是大體積或薄形混凝土結構工程，只要有施工工藝的配合，做到宏觀上無裂縫施工是完全可能的。筆者有緣應邀在 2013 年 6 月份去河南某混凝土公司參觀學習，見他們接受一個 10 多公里鄉鎮道路的路面碎裂的修復任務。6 月份的天氣已很嚴熱，水分蒸發量較大，只在原碎裂路面上重鋪 15cm 的商品混凝土，如施工措施不到位，“貼一層皮” 很難保障不出現裂縫。但他們采用薄膜覆蓋、園盤抹平機在澆筑后，前后不停的抹壓，修復后的 10多km 鄉鎮道路竟無一裂縫，可見施工工藝的重要。常見有些技術問題，知識分子寫文章爭論不休，工人一榔頭就敲好了。

（5）HPC 是以確保耐久性為主的，這是與普通混凝土質的區別所在。耐久性是有層次的，耐久性 100 年、200 年和500 年應有不同檢測指標，其大小并不一定隨強度的增加而提高。混凝土耐久性與其本身的抗滲性和內在的不穩定化學成分，以及與結構所在的環境介質有關。在具有化學侵蝕的環境介質中，其本身抗滲能力又不足以抵抗，必然導致結構的破壞失效。即使有化學侵蝕和內在的不穩定化學成分，只要有足夠的抗滲透能力，“拒敵于國門之外”，耐久性仍認為是可靠的。抗滲透性采用比水分子直徑更小的抗氯離子滲透能力來檢驗是有道理。現 HPC 檢驗的三種方法：60V 直流電6h 的通電量法、交流電阻法及氯離子擴散速度法，都是基于這一指導思想，雖有道理，但存在爭議，并顯得操作復雜，推廣有難度，不好普及，有待進一步研究。曾有人建議能否用抗水滲透能力 ≥P30 替代？如能替代，抗滲儀比較普及，按 GB/T50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》較易掌握，對推廣 HPC 要有利得多。

3 “高性能混凝土”引入 20 余年來對推動我國混凝土進步有重大貢獻

我國的 HPC 引入 20 余年來，通過眾多專家學者的著書、試驗研究、生產實踐等一系列努力，混凝土科技隊伍對耐久性機理認識及解決這一問題的手段有了很大進步。摻用礦物細粉料的作用，不再是單純的降低成本，更為重要的是其對改善混凝土和易性和耐久性有不可取代的作用。在這之前人們多是關心強度，現在混凝土對和易性、耐久性，比以往任何時候更受到關注。同時，HPC 的推廣也促進了減水劑的發展等，都應給予肯定。HPC 在我國引進、研發和應用的這 20 來年，是我國有關科技隊伍共同奮斗的歷史。歷史功績是不可抹殺的。可以說這 20 余年的混凝土技術進步，勝過以往的 100 年，并將在我國混凝土技術發展史上，留下濃墨重彩的一筆。

4 結束語

今天不是 HPC 的終結，也不應取消“高性能混凝土”的名稱，進一步端正對 HPC 的認識，逐步解決推廣 HPC 中的種種問題，用辯證思維的方法去認識混凝土技術，為我國的經濟發展更好地服務。HPC 本身也是在發展中的青壯年期，今天的“高”，必然會被明天新的“高”代替，仍可認為是正在不斷發展中的 21 世紀混凝土。至于下一世紀是什么混凝土？讓后人去說吧！

以上筆者的個人見解，可能有片面或謬誤之處，敬請指教。

［通訊地址］上海松江區上海奇齊科技開發實業有限公司總工程師。（201600）

王永逵，男，前蘭州鐵道學院土木系建材教研室主任、副教授。