配制高性能混凝土的技術原則

邵品榮，黃光輝

（1. 金冠建材（深圳）有限公司，廣東　深圳　518116；2. 貴州畢節磐石建材有限公司，貴州　畢節　551603）

配制高性能混凝土的技術原則

邵品榮1，黃光輝2

（1. 金冠建材（深圳）有限公司，廣東深圳518116；2. 貴州畢節磐石建材有限公司，貴州畢節551603）

何謂高性能混凝土，業內有許多不同的解讀和看法。但混凝土的施工性、設計強度的保證和耐久性是公認的三項評估高性能混凝土的技術要素。以往的觀念，混凝土配合比的設計常常以強度為唯一指標，而忽視了施工性和耐久性指標。強度是重要的，必須達到。但如果施工性不好（包括混凝土和易性、粘聚性、保水性、可泵性等）就會影響混凝土的密實度，出現裂縫而影響混凝土的耐久性。根據混凝土原材料——水泥、摻合料、減水劑、水的特性，本文就設計和配制高性能混凝土時運用“二多二少”原則的實踐結果與同行分享經驗。

綠色建材；高性能混凝土（HPC）；“二多二少”原則

0　前言

根據住建部和工信部的文件，高性能混凝土作為重要的綠色建材，對提高工程質量、降低工程全壽命周期的綜合成本，以及發展循環經濟、促進技術進步、推廣混凝土行業的結構調整具有重大意義。為此，商品混凝土企業配制和生產高性能混凝土將成為混凝土發展的方向。

商品混凝土企業目前正面臨減產能的大環境。要在這個大環境下不被淘汰就必須要從改善供應側（服務客戶、控制成本、技術創新）著手。大浪淘沙中部分企業一定會被淘汰，也會有優秀企業脫穎而出。

混凝土企業要生存首先是看其能否在減價競爭（甚至是零利潤）中通過升級轉型、技術創新、提高混凝土質量、降本增效實現盈利，在市場競爭中生存和發展。另一面，企業還必須通過“應社會發展要求企業提供綠色建材”這一關，也就是商品混凝土企業必須轉型生產高性能混凝土，以符合社會對綠色發展的需要。

高性能混凝土的廣泛應用和推廣需要正確的理念和科學的發展技術支持作為支撐。住建部和工信部多次發文要求混凝土企業發展高性能混凝土（簡稱 HPC），就是要求混凝土在設計和生產中體現強度和耐久性并重，混凝土有良好的拌合物施工性能。而選用優質原材料、優化混凝土配合比、綠色和預拌生產、精細化施工、科學驗收，則是從原材料優化技術到綠色生產技術一體化的技術。

下文就 HPC 的評價、配制和生產的討論只是拋磚引玉，希望業界重視，共同為商品混凝土行業的市場發展和綠色建材概念的推廣作出貢獻。

1　原材料的評估和選擇

混凝土原材料的評估和選擇是為優選原材料、優化配合比、生產綠色建材服務。

1.1水泥

水泥是為混凝土提供強度不可或缺的必要成分，但同時也為混凝土帶來負面的作用：如水化熱、收縮。水泥生產中使用石膏不當、選用摻合料不當、水泥礦物中的 C3A 成分過高、水泥磨細度太大等都會給混凝土的耐久性和施工性帶來負面的影響。所以選擇水泥不應只看價格，還必須注重品質。而且在設計混凝土配合比時，應該考慮在滿足設計強度和足夠富余系數情況下盡量少用水泥，從而減少水泥對混凝土耐久性和施工性的負面影響。

1.2水

水是提供混凝土施工性能必不可少的原材料，也是影響強度和耐久性的主要源頭。如何能在保證施工性的前提下，盡量減少混凝土單位用水量，是配制生產 HPC 所必需的重要準則。

1.3減水劑

減水劑在商品混凝土中的作用越來越凸顯。木質素系減水劑是利用造紙廢液生產的，是廢物利用的環保產品。因其減水率只有8%～14% 被稱為普通減水劑。

70年代，在我國研發和生產多核體萘磺酸鈉，減水率達到18%～20% 以上，稱為高效減水劑。但由于生產過程排放造成的污染（特別是甲醛的釋放），大中城市已基本禁止生產，逐漸被第三代聚羧酸系高性能減水劑所取代。

快速發展的聚羧酸減水劑是環保型的產品。因其減水性特別好，大量推廣已成大勢所趨。聚羧酸系減水劑具有減水率高、適應性好等優點。但是，一般聚羧酸對砂石含粉、泥量以及摻量和用水量特別敏感（這些因素都會造成混凝土施工性的劣化）因此給聚羧酸減水劑的快速推廣造成了一定的影響。近年已有減水劑生產企業針對以上敏感性問題研制了高性能新型多功能聚羧酸減水劑，并已成功應用于混凝土生產中。

1.4摻合料

摻合料包括礦粉、粉煤灰、硅粉、爐渣粉、鋼渣粉、磨細石灰石粉等。礦粉、粉煤灰和硅粉是最成熟的產品。摻合料對混凝土是非常重要的原料。不僅可以直接降低混凝土的成本，而且可以提高混凝土的耐久性和施工性及混凝土后期強度。特別是增加礦粉摻量，對提高混凝土抗蝕性和減少電通量是十分有效的措施。

但是不少磨細廠在粉磨時（特別磨細粉煤灰）摻入很多不明物料，造成產品劣化，致使混凝土品質下降。所以粉煤灰和礦粉要選擇好的，礦粉最好選擇活性在 S95以上的。

1.5地方材料 （砂子、石子）

混凝土中砂子和石子占了75% 的重量。因為受到運輸價格和計算碳排放的限制只能就近選擇。砂子受地域限制，變化甚大。在江河的上游，砂子偏粗（細度模數3.0～3.6），含泥量極少。用此類砂生產混凝土會造成混凝土漿體包裹性不好、泌水、石子沉底、泵送困難等。江河的下游，砂子太細（細度模數1.3～1.8）、含泥量高，使用時又會造成混凝土中單位用水量高、水泥量也高。使用聚羧酸減水劑特別敏感，導致混凝土質量波動。其他也有使用石粉、山砂等等，質量也不穩定。

石子也需要就近取材。有些商品混凝土企業取用的石子存在針片狀多、含泥量高等質量問題，這些應盡可能避免。

2　如何改善商品混凝土企業的供應側

在整體降產能的環境下，哪些企業將會被淘汰呢？要從市場面和改革面雙重來分析。

從市場面看，商品混凝土企業必須降本增效，用優質優價獲取成功；從改革面來講，商品混凝土企業要走綠色環保之路，除了除塵淋水、污水處理、生產廢渣達到零排放外，還需要走上綠色建材的道路：要節能減排、要核算碳排、要生產高性能混凝土。

所以無論從市場面和改革面，商品混凝土企業要生存就必須依靠改革的方向、市場的力量、技術創新的動力，走上綠色發展、循環發展和可持續發展的道路。很明顯，外加劑和混凝土的技術創新將成為推廣綠色建材、高性能混凝土的主要載體。

住建部和工信部發文，今年將有5個省市成為推廣高性能混凝土的先鋒。如何生產高性能混凝土？怎樣的混凝土才算高性能混凝土？本文將羅列6個商品混凝土企業與外加劑新技術的創新配制，并用以生產高性能混凝土的探索。

3　如何評價高性能混凝土？如何配制和生產高性能混凝土？

高性能混凝土（HPC）的設計生產體現了強度和耐久性并重：優質原材料、優化配合比、綠色生產、良好的拌合物施工性、精細化施工、科學驗收。本文認為，高性能混凝土應該從施工性、滿足設計強度和耐久性三個要素來評價，還要考慮到這三個要素的關聯性。

要改變強度越高越好的觀念（強度必須達到設計和規程的要求就可以了）。耐久性是影響結構物壽命、影響經濟效益和社會效益極為重要的指標，也是綠色可持續發展的要求。施工性（包括坍落度、擴展度、和易性、砂漿包裹性、可泵性、坍落度損失等）是保證混凝土均質性、精細施工的綜合性指標，也是可以杜絕混凝土劣化傾向出現的重要指標。

配制和生產高性能混凝土，在設計混凝土配合比時應該考慮“二多二少”的原則，也就是要多摻優質的高性能減水劑，多用優質的礦物摻合料，少用水泥，少用水。因為優質的高性能減水劑是實現高性能混凝土的重要組成，在改善混凝土性能方面起著決定性的作用。低水膠比的混凝土可以提升強度，并全面改善和提高混凝土各種性能（提高耐久性，改善和易性、粘聚性和保水性等施工性能）。多用摻合料可以降低水化溫度、推進提高后期強度、改善混凝土內部結構、提高密實性、抗腐蝕能力和改善混凝土抗裂性能。水和水泥要少用，是因為大幅減少混凝土單位用水量可以提高混凝土密實性，改善混凝土耐久性。水泥既是提高混凝土強度的主要原料，但同時又產生了水化熱、收縮等負面作用嚴重影響混凝土的耐久性。所以要在保持強度的前提下盡量少用水泥。

下面例舉了六個商品混凝土企業如何使用多功能聚羧酸減水劑的案例，探索利用“二多二少”的原則，配制和生產高性能混凝土。

表1中所列編號1～4分別是 C25、C30、 C35和 C40四種不同強度等級的混凝土配合比。

表1　金冠建材和湖南加美樂素公司在某工地上的使用情況

節省水泥用量40～60kg，單位用水量也減少20kg 以上，施工性能（坍落度和擴展度）得到明顯改善，避免了工人在工地上加水造成的混凝土品質劣化。

表2中的數據是使用多功能聚羧酸減水劑的效果。PCA-2是抗泥型多功能母液1:4加水配制。因為當地砂石含泥量較高，使用抗泥型母液可以得到更加穩定的效果。全部每立方米節省56kg 水泥，達到降本增效、節能減排的預期目標。混凝土單位用水量減少20～25kg，減少了混凝土收縮和水化熱，混凝土密實度也提高了。有利于改善耐久性。

表2　杭州南方水泥瑞鑫混凝土泵公司 C30、C35、和 C40混凝土的試配情況

表3所示是 C30和 C40采用一般聚羧酸減水劑（試配1和3）與采用 F98B 多功能聚羧酸母液和1:4水稀釋（試配2和4）的試驗對比。明顯看到（試配2）比（試配1）在C30混凝土中，減少單位用水量10kg，水泥用量減少30kg；在 C40混凝土中，（試配4）比（試配3）單位用水量減少12kg，減少水泥用量30kg。達到降本增效的目的，同時向用“二多二少”配合比配制用高性能混凝土的方向邁進一步。

表3　江西南昌東鑫混凝土有限公司的試配情況

表4試驗結果顯示水泥用量減少30kg，單位用水量減少10kg?，F正在做進一步大量試驗。

表4　廣東東莞駿宇混凝土有限公司的試配情況

表5原配比1中，已采用較好的聚羧酸減水劑。水泥用量已屬較低的水平。但試驗結果顯示，水泥用量又減少15kg。達到進一步降本增效、減水、減水泥的效果。

表5　廣東東莞鴻基偉業混凝土有限公司的試配情況

表6中（試驗1、2）和（試驗3、4）為不同時段所做的對比試驗。結果顯示，每立方米減少單位用水量23kg 和減少水泥用量35kg。試驗將污染性較大的萘系減水劑換成較環保的聚羧酸減水劑，使用更先進的混凝土配合比，向綠色建材生產跨進了一大步。

表6　廣東東莞駿業混凝土有限公司的試配情況

4　結束語

（1）HPC 混凝土作為重要綠色建材，其推廣和應用可提高工程質量，提高結構物耐久性，促進技術進步，發展循環經濟。

（2）HPC 應體現強度和耐久性并重?；炷辆G色和預拌生產需要混凝土具有良好的拌合物施工性能，有利于精細化施工。所以，簡單的來說可以用施工性、滿足設計強度和耐久性三個要素來評定 HPC。

行業內有些認為高強度等級混凝土就是高性能混凝土，水泥用量高就可以保證強度，就是高性能混凝土，有些地區甚至限定每立方混凝土最低水泥用量等這些觀念是需要改變了。

（3）在設計、配制和生產 HPC 時，可以通過（在保證達到設計強度的前提下）減少水泥用量，減少單位用水量，使用優質減水劑和摻合料，實現全面改善混凝土的和易性、粘聚性和保水性等施工性能；提高混凝土的密實度和耐久性；增加強度保證。

混凝土的水泥用量大幅減少，不僅減少了水泥水化熱、收縮等的負面作用，還做到了節能減排；而多用優質的高性能減水劑，在改善混凝土各種性能方面起決定性的作用；由于減水率高，可以大幅降低混凝土單位用水量；另外，多用優質的礦物摻合料可以降低水化溫度，推進混凝土后期強度，減少裂縫，改善混凝土內部結構，提高密實度；提高抗腐蝕性；提高耐久性。

（4）要改善供應側。商品混凝土企業要降本增效、要生產綠色建材、生產 HPC。這兩條路是必須同時進行，缺一不可的。

文中試配結果初步展示了以高性能減水劑的技術創新作為商品混凝土企業降本增效、發展綠色建材、生產 HPC 的載體，有可行之處。值得進一步的討論和研究。

［單位地址］廣東省深圳市龍崗區坪地街道六聯社區鶴坑村松年路10號（100831）

邵品榮，金冠建材（深圳）有限公司總工。