1、中 国 建 筑 材 料 科 学 研 究 总院 CBMA关于混凝土耐久性值得关注的问题关于混凝土耐久性值得关注的问题游宝坤游宝坤 陈旭峰陈旭峰中国建筑材料科学研究总院中国建筑材料科学研究总院中 国 建 筑 材 料 科 学 研 究 总院 CBMA一、前言一、前言近年来，作者参与北京奥运会国家体育场、中央电视台文化中近年来，作者参与北京奥运会国家体育场、中央电视台文化中心、奥林匹克国际会议中心、中国科技新馆、深圳华为科技中心、奥林匹克国际会议中心、中国科技新馆、深圳华为科技中心、华润大厦等重大工程的技术指导工作。也参与一些学术研心、华润大厦等重大工程的技术指导工作。也参与一些学术研讨会。随着高性能混
2、凝土和补偿收缩混凝土的推广应用，也出讨会。随着高性能混凝土和补偿收缩混凝土的推广应用，也出现一些不同观点，例如：现一些不同观点，例如：1钢筋混凝土结构的钢筋混凝土结构的HPC，掺合料最高掺量的界限是多少？，掺合料最高掺量的界限是多少？2是不是水胶比越小，混凝土的质量越好？是不是水胶比越小，混凝土的质量越好？3膨胀剂在结构裂缝控制中的有效性问题？膨胀剂在结构裂缝控制中的有效性问题？作者从水泥化学角度，提出一些看法，可供专家们讨论。作者从水泥化学角度，提出一些看法，可供专家们讨论。中 国 建 筑 材 料 科 学 研 究 总院 CBMA二、关于掺合料最大掺量与混凝土的耐久二、关于掺合料最大掺量与混凝
3、土的耐久性问题性问题吴中伟院士提出吴中伟院士提出“绿色混凝土绿色混凝土”新概念新概念1，即在有减水剂情况下，少用些水泥，多，即在有减水剂情况下，少用些水泥，多掺些活性掺合料，把掺些活性掺合料，把HPC扩展到普通混凝土扩展到普通混凝土高性化，这是十分正确。每立方米混凝土中高性化，这是十分正确。每立方米混凝土中少用些水泥熟料，可减少少用些水泥熟料，可减少CO2的排放量，对的排放量，对自然灾害的控制有全球意义。自然灾害的控制有全球意义。中 国 建 筑 材 料 科 学 研 究 总院 CBMA 矿物掺合料在水泥中的火山灰效应，主要矿物掺合料在水泥中的火山灰效应，主要是它们的活性是它们的活性SiO2和活性
4、和活性Al2O3在碱在碱硫硫酸盐激发下，形成水化硅酸盐钙酸盐激发下，形成水化硅酸盐钙CSH和水化铝酸钙和水化铝酸钙C2AH8，而碱激发主要来自，而碱激发主要来自水泥熟料中水泥熟料中C3S、C2S水化析出的水化析出的Ca(OH)2，所以，矿物掺合料要吃所以，矿物掺合料要吃“钙钙”才能形成水才能形成水化产物，对混凝土强度做出贡献。化产物，对混凝土强度做出贡献。中 国 建 筑 材 料 科 学 研 究 总院 CBMA有些学者提出在商品混凝土中，粉煤灰掺量可有些学者提出在商品混凝土中，粉煤灰掺量可提高到提高到4050%，早期强度低时，掺入碱性激发剂，早期强度低时，掺入碱性激发剂，可满足商品混凝土各种性能
5、，而且降低混凝土成本。可满足商品混凝土各种性能，而且降低混凝土成本。有些混凝土搅拌站的老板胆子顿增，为降低成本，有些混凝土搅拌站的老板胆子顿增，为降低成本，在商品混凝土中掺入粉煤灰和矿渣粉等掺入料达在商品混凝土中掺入粉煤灰和矿渣粉等掺入料达4050%，甚至到，甚至到60%。由于加入了高效减水剂，。由于加入了高效减水剂，水胶比水胶比0.4以下，以下，60d的抗压强度可达到设计标号，至的抗压强度可达到设计标号，至于耐久性问题，后人再说。这种倾向正在全国漫延，于耐久性问题，后人再说。这种倾向正在全国漫延，值得关注。值得关注。中 国 建 筑 材 料 科 学 研 究 总院 CBMA据调查，我国普通硅酸盐
6、水泥中混合材掺量严重超标，我国规定，混合材掺量规定为615%，而实际上在2030%。而美、日、欧洲等国规定硅酸盐水泥的混合材掺量为05%。有的学者介绍国外大掺量粉煤灰混凝土的实例，但是，尽管都是水泥，但质量差别很大。如照搬到国内，恐怕有问题了。中 国 建 筑 材 料 科 学 研 究 总院 CBMA在混凝土中，硅酸盐水泥熟料只占2545%，掺合料加上水泥中的混合材占5575%。我院在上世纪50年代，曾研究无熟料水泥和少熟料水泥（水泥熟料掺量1025%），在工程应用中发现该混凝土存在钢筋锈蚀和严重碳化，后禁止生产。近年出现号称取代水泥的凝石，实质是在细磨掺合料中加入活性激发剂一种无熟料水泥，其耐久
7、性受到唐明述院士等权威水泥专家的质疑、否定。这种违反水泥化学规律的所谓“发明”，只是昙花一现。在HPC中，由于掺入减水剂，使水胶比降低，掺入矿物掺合料后，混凝土的强度可以保证。但是，掺合料大量消耗Ca(OH)2，使碱度降低，是否导致混凝土丧失碱性缓冲能力，从而丧失钢筋防蚀作用这一问题，至今尚有争决。中 国 建 筑 材 料 科 学 研 究 总院 CBMA表表1 HPC混凝土的混凝土的Ca(OH)2浓度浓度(gL)中 国 建 筑 材 料 科 学 研 究 总院 CBMA图图 掺合料不同掺量与混凝土中掺合料不同掺量与混凝土中Ca(OH)2浓度关系浓度关系中 国 建 筑 材 料 科 学 研 究 总院 C
8、BMA对于无筋的大坝混凝土，不存在钢对于无筋的大坝混凝土，不存在钢筋锈蚀问题，掺合料掺量可达筋锈蚀问题，掺合料掺量可达7080%，但对于商品混凝土来说，大多用于钢筋但对于商品混凝土来说，大多用于钢筋混凝土结构，应根据不同结构，不同使混凝土结构，应根据不同结构，不同使用环境，严格规定掺合料的最高掺量，用环境，严格规定掺合料的最高掺量，才能保证混凝土结构的耐久性。才能保证混凝土结构的耐久性。中 国 建 筑 材 料 科 学 研 究 总院 CBMA覃维祖教授指出覃维祖教授指出6：粉煤灰代替水：粉煤灰代替水泥用量大了，由于起激发作用的氢氧化泥用量大了，由于起激发作用的氢氧化钙含量减少，使粉煤灰的水化条件
9、劣化，钙含量减少，使粉煤灰的水化条件劣化，所以，不同条件下存在一最佳粉煤灰量，所以，不同条件下存在一最佳粉煤灰量，并不是越大越好。并不是越大越好。中 国 建 筑 材 料 科 学 研 究 总院 CBMA我国即将修订的我国即将修订的“通用硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥”中，混合材掺量为中，混合材掺量为20%，这意味着，混，这意味着，混凝土中每凝土中每100kg水泥中含有水泥中含有20kg的混合的混合材，所以，我们必须结合国情审慎商品材，所以，我们必须结合国情审慎商品混凝土中的矿物掺合料的掺量，以确保混凝土中的矿物掺合料的掺量，以确保钢筋混凝土结构的耐久性。钢筋混凝土结构的耐久性。中 国 建 筑 材 料
10、科 学 研 究 总院 CBMA三、混凝土抗裂与耐久性关系三、混凝土抗裂与耐久性关系吴中伟院士指出吴中伟院士指出3：“自从有水泥混凝土以来，裂自从有水泥混凝土以来，裂缝问题一直困扰着人们，不少学者企图从不同角度缝问题一直困扰着人们，不少学者企图从不同角度解决收缩裂缝，至今只有膨胀混凝土取得明显实解决收缩裂缝，至今只有膨胀混凝土取得明显实效。效。”“”“混凝土内部微裂缝到可见裂缝，对安全使混凝土内部微裂缝到可见裂缝，对安全使用期是有害的，裂缝发展常是不耐久的主要原因，用期是有害的，裂缝发展常是不耐久的主要原因，加入适量膨胀剂有利于减免早期内部裂缝。因此随加入适量膨胀剂有利于减免早期内部裂缝。因此随
11、着着HPC的广泛采用，补偿收缩混凝土将能够在的广泛采用，补偿收缩混凝土将能够在HPC中发挥好作用。中发挥好作用。”中 国 建 筑 材 料 科 学 研 究 总院 CBMA 根据吴中伟院士的补偿收缩混凝土理论，我院在根据吴中伟院士的补偿收缩混凝土理论，我院在1976年以来研究成功年以来研究成功CSA、UEA、AEA、ZY等硫铝酸钙等硫铝酸钙类膨胀类膨胀2。经过。经过30年之努力，已广泛应用于工民建裂年之努力，已广泛应用于工民建裂渗控制工程取得良好实效，渗控制工程取得良好实效，2006年，膨胀剂全国销量年，膨胀剂全国销量近近100万吨，居世界之首。建设部颁布了万吨，居世界之首。建设部颁布了补偿收缩补
12、偿收缩混凝土应用技术导则混凝土应用技术导则RISN-TG002-2006，这标志膨，这标志膨胀剂应用进入成熟阶段。胀剂应用进入成熟阶段。中 国 建 筑 材 料 科 学 研 究 总院 CBMA但是，有些学者和工程技术人员对膨胀剂应用实际效果提出异但是，有些学者和工程技术人员对膨胀剂应用实际效果提出异议，引起我们高度重视，经过调研，原因分析：议，引起我们高度重视，经过调研，原因分析：1 1由于利益驱动，一些厂家生产假冒伪劣膨胀剂，以低价由于利益驱动，一些厂家生产假冒伪劣膨胀剂，以低价冲击市场，它们用粉煤灰、煤矸石、明矾石等低劣原料生产，冲击市场，它们用粉煤灰、煤矸石、明矾石等低劣原料生产，根本不是
13、膨胀剂，充其量是掺合料，用之何以有效？按根本不是膨胀剂，充其量是掺合料，用之何以有效？按JC4767JC4767标准，真正的标准，真正的UEAUEA膨胀剂掺量为膨胀剂掺量为12%12%，而今，我院推出的，而今，我院推出的ZYZY、CSACSA高效膨胀剂是用回转窑煅烧的特制硫铝酸盐或铝酸钙熟料与石高效膨胀剂是用回转窑煅烧的特制硫铝酸盐或铝酸钙熟料与石膏等磨制而成，掺量为膏等磨制而成，掺量为68%68%。用户要明智选择。用户要明智选择。中 国 建 筑 材 料 科 学 研 究 总院 CBMA2有些混凝土搅拌站为降低成本，选用低价质差有些混凝土搅拌站为降低成本，选用低价质差膨胀剂；搅拌时少掺或不掺膨胀
14、剂，补偿收缩混凝土膨胀剂；搅拌时少掺或不掺膨胀剂，补偿收缩混凝土的质量何能保证？的质量何能保证？3有些学者认为在混凝土多掺粉煤灰和矿渣粉，有些学者认为在混凝土多掺粉煤灰和矿渣粉，降低水泥用量，就可以避免温差裂缝，认为掺膨胀剂降低水泥用量，就可以避免温差裂缝，认为掺膨胀剂是多余的，因此，有些搅拌站为降低成本，即使设计是多余的，因此，有些搅拌站为降低成本，即使设计要求用补偿收缩混凝土，也不加膨胀剂，从中获利。要求用补偿收缩混凝土，也不加膨胀剂，从中获利。这种不良倾向危害甚大。这种不良倾向危害甚大。4混凝土配合比设计有问题，未达到规定的限制混凝土配合比设计有问题，未达到规定的限制膨胀率，施工时不重视
15、养护。膨胀率，施工时不重视养护。中 国 建 筑 材 料 科 学 研 究 总院 CBMA王栋民教授在王栋民教授在论膨胀剂的不可替代性论膨胀剂的不可替代性一文中指一文中指出出7：目前工程界流传的一种所谓：目前工程界流传的一种所谓“粉煤灰、矿粉煤灰、矿渣粉等矿物掺合料以及缓凝高效减水剂亦或纤维渣粉等矿物掺合料以及缓凝高效减水剂亦或纤维等材料可以代替膨胀剂等材料可以代替膨胀剂”的论调，他从混凝土的的论调，他从混凝土的基础理论入手，剖析了混凝土材料组成与性能关基础理论入手，剖析了混凝土材料组成与性能关系讨论了膨胀剂的作用机理并阐述膨胀剂的独特系讨论了膨胀剂的作用机理并阐述膨胀剂的独特性，论证了膨胀剂的不
16、可替代性。性，论证了膨胀剂的不可替代性。中 国 建 筑 材 料 科 学 研 究 总院 CBMA目前膨胀剂以其补偿收缩为基本原理在结构自防目前膨胀剂以其补偿收缩为基本原理在结构自防水、超长结构无缝设计与施工，大体积混凝土裂水、超长结构无缝设计与施工，大体积混凝土裂缝控制，钢管填充性膨胀混凝土等方面均得到了缝控制，钢管填充性膨胀混凝土等方面均得到了成功而广泛的应用。由于非技术因素造成的问题，成功而广泛的应用。由于非技术因素造成的问题，不能全归罪于膨胀剂，必须具体分析，才能得出不能全归罪于膨胀剂，必须具体分析，才能得出正确结论。正确结论。中 国 建 筑 材 料 科 学 研 究 总院 CBMA四、关于
17、减水剂的应用问题四、关于减水剂的应用问题减水剂是HPC不可缺少的组份，经过30多年之努力，我国已研制不同品种的减水剂系列，尤其近年来研制成功的聚羧酸系高性能减水剂，其掺量较少，坍落度损失较小，减水率在30%以上，这为配制C50以上HPC提供最好的减水剂。中 国 建 筑 材 料 科 学 研 究 总院 CBMA从耐久性出发，这个问题值得研究。水胶比小于从耐久性出发，这个问题值得研究。水胶比小于0.3，HPC的自干缩越大，内部微裂缝越多。由于的自干缩越大，内部微裂缝越多。由于“缺缺水水”，水泥的胶凝作用不能充分发挥出来，水泥石，水泥的胶凝作用不能充分发挥出来，水泥石结构也产生变化，这里存在减水剂的应
18、用问题，不结构也产生变化，这里存在减水剂的应用问题，不同强度等级的混凝土，要选择性价好的低、中、高同强度等级的混凝土，要选择性价好的低、中、高档减水剂，档减水剂，减水剂会增加混凝土的干缩率，对于要减水剂会增加混凝土的干缩率，对于要求抗裂防渗工程，应选用低收缩比的减水剂。求抗裂防渗工程，应选用低收缩比的减水剂。中 国 建 筑 材 料 科 学 研 究 总院 CBMA五、结束语五、结束语吴中伟院士提出的吴中伟院士提出的“绿色混凝土绿色混凝土”新概念，符合水泥混凝土的新概念，符合水泥混凝土的科学发展观，他十分关注混凝土的耐久性。在科学发展观，他十分关注混凝土的耐久性。在HPC中，少用些中，少用些水泥熟
19、料，多用些活性掺合料，但必须有个限度，过多了会降水泥熟料，多用些活性掺合料，但必须有个限度，过多了会降低混凝土碱度，对钢筋防锈不利。掺入高效减水剂，把水胶比低混凝土碱度，对钢筋防锈不利。掺入高效减水剂，把水胶比降下来，对混凝土强度有利，但水泥需要水，缺水太多，对胶降下来，对混凝土强度有利，但水泥需要水，缺水太多，对胶凝材料的潜能不能充分发挥，故水胶比也有个适度，不是越小凝材料的潜能不能充分发挥，故水胶比也有个适度，不是越小越好。混凝土在硬化过程产生各种收缩，是不可逆转的规律，越好。混凝土在硬化过程产生各种收缩，是不可逆转的规律，收缩裂缝对混凝土耐久性危害大，掺膨胀剂的补偿收缩混凝土收缩裂缝对混凝土耐久性危害大，掺膨胀剂的补偿收缩混凝土是减免有害裂缝的有效方法之一，在许多重要工程中，采用活是减免有害裂缝的有效方法之一，在许多重要工程中，采用活性掺合料，膨胀剂和高效减水剂性掺合料，膨胀剂和高效减水剂“三掺三掺”方法，对控制结构裂方法，对控制结构裂缝，提高混凝土耐久性发挥积极作用。缝，提高混凝土耐久性发挥积极作用。本文提出一些问题和观点，不一定正确，但我们感到忧虑，本文提出一些问题和观点，不一定正确，但我们感到忧虑，故提出让大家讨论。故提出让大家讨论。
