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摘要： 從混凝土結構設計及施工監(jiān)理的角度出發(fā)，就水泥質量和水泥選用方面的問題以及混凝土耐久性對水泥的技術要求等做了一些研討。
    關鍵詞： 旋窯 立窯 混凝土耐久性 堿集料反應 高性能混凝土
    引言
    在我國基礎設施和工業(yè)與民用建筑中，混凝土已成為應用面最廣、應用量最大的建筑材料1998年我國水泥產量已達5.3億t，以每立方米硅水泥用量0.25 t計，該年度全國混凝土澆筑21億t.隨著我國建筑事業(yè)的發(fā)展，今后混凝土的用量還會不斷增加。
    當前我國相當多的混凝土工程存在質量問題，全國惡性工程事故不斷，而尚未暴露出來的質量隱患則更是令人擔憂。建筑物結構設計要求的目標使用期一般都在50年以上，那些關乎結構安全的質量隱患如果得不到有效控制，將為后人埋下無數禍根。廣大工程技術人員越來越認識到：工程質量必須“標”、“本”兼治。筆者多年從事結構設計和建設監(jiān)理工作，經常深人施工現(xiàn)場。在工程實踐中體會到水泥的確堪稱混凝土工程質量之“本”�，F(xiàn)提出幾點個人意見供水泥生產主管部門、科研單位和制定設計、施工、建材規(guī)范以及建設主管部門的有關人員參考。
    1 .改變“回轉窯水泥不足立窯補”的現(xiàn)狀。確保工程質量
    試驗結果表明[t1.[27立窯水泥與回轉窯水泥配制的硅在質量穩(wěn)定性、耐久性、施工適應性及力學性能方面是有差別的，立窯水泥的各項性能明顯不如回轉窯水泥。歷史原因造成了目前我國立窯水泥生產過剩，回轉窯水泥產量又嚴重不足的尷尬局面。然而，近些年我們卻從未聽說有哪個工程因缺水泥而停工。很多工程的結構關鍵部位由于一時買不到回轉窯水泥或因某些施工單位為降低成本而有意使用了（或部分使用）立窯水泥，加之目前我國建筑材料準用制度不健全，便給一些不合格的立窯水泥有可乘之機，為混凝土工程質量留下了隱患。
    1997年以來，筆者托同行在全國各地對數十例因材料引起的工程事故做了一些調查，問題大多出在水泥上，幾乎又全是立窯水泥，教訓是深刻的。
    從結構設計的角度看，設計人員除特殊情況外，一般僅對硅的強度（等級）提出明確要求，至于采用何種水泥配制混凝土則由施工單位決定。由于目前我國建筑材料準用制度尚不完善，建設監(jiān)理無法根據法規(guī)來限定出自不同廠家水泥的使用范圍。用于檢查結構件質量的硅試件（現(xiàn)場澆筑時取樣）需養(yǎng)護28 d才能測試，而施工進度又不能耽擱，因此監(jiān)理人員實際上是“事后”檢查硅工程的質量，很難做到“事前”控制。舉一個典型例子：某一高層寫字樓的施中，設計要求底層柱需用C60混凝土，但現(xiàn)場批量留取的試件在28 d后測試的結果為：絕大多數不能達到C60強度，事后查明是由于采用了質量不過關的立窯產水泥。此時該處混凝土已澆筑了數百立方米（2層）。后采取柱截面外擴補強措施處理，不僅耽誤了工期，還影響了建筑物伸用壽命。施工單位為此付出了經濟代價。
    筆者認為，混凝土工程質量，首先要抓水泥質量。有關調查材料表明：我國目前優(yōu)質立窯水泥熟料的年產量約在6000萬t左右，但持有生產許可證的立窯廠家年總產量卻有4億t.由于優(yōu)質水泥產量的嚴重不足，使得非優(yōu)質甚至劣質的立窯水泥大量占有市場并用于結構關鍵部位。因此，大力發(fā)展工藝先進的窯外分解新型干法生產技術，按照三部委的已定方針盡快淘汰工藝落后、質量不穩(wěn)定、能耗高、污染重的土立窯和小型機立窯是當務之急。“回轉窯不足立窯補”的狀況必須改變，如果不解決當前水泥質量中存在的問題，混凝土工程質量的“根治”無從談起。
    2  選用水泥必須考慮混凝土結構的耐久性
    由于混凝土建構筑物要求有足夠長的使用壽命，因此硅的耐久性逐漸引起人們的重視。世界上許多國家已經把耐久性作為衡量混凝土質量的首要指標，他們或者編制關于結構耐久性的設計、施工專項規(guī)范或者推出一些指導性文獻、手冊[3].[4]等。
    水泥品質直接影響混凝土的耐久性能。實驗結果表明2]：就是用優(yōu)質立窯水泥（#525）配制的硅，其抗?jié)B、抗碳化、抗海水腐蝕性能亦均不如同標號回轉窯水泥，抗凍、干燥收縮、鋼筋銹蝕等與回轉窯水泥相近。而采用燒粘土作混合材的#425立窯水泥則對硅的耐久性能非常不利。值得注意的是：用立窯燒制熟料，由于窯內通風條件差，熱力強度不如回轉窯，且窯內熱工制度不穩(wěn)定，物料受熱不均勻，難免出現(xiàn)熟料輕燒、欠燒等現(xiàn)象，故熟料質量波動較大。目前我國能夠生產#525優(yōu)質水泥的機立窯廠家并不多，而能生產質量穩(wěn)定性上能與回轉窯水泥相近的廠家則更少。因此，質量不穩(wěn)定的立窯水泥將在實際工程中影響混凝土的耐久性能。
    在實際工程中對混凝土的耐久性必須進行“事前”控制。等到建筑物在使用階段出了問題再去彌補，將造成不可估量的損失。但遺憾的是：我國現(xiàn)行（混凝土結構設計規(guī)范）（GBJ1o一89）僅在構造措施和對正常使用極限狀態(tài)下的驗算方面考慮了結構的耐久性要求，并未引人結構耐久性設計的概念。我國現(xiàn)行《混凝土結構工程施工及驗收規(guī)范》（GB50204一92）未考慮水泥品質對混凝土耐久性的影響，而我國（混凝土質量控制標準》（GB50164一92）對混凝土耐久性的要求又偏低且欠具體。這就是說，我國硅工程從設計到施工均未有效地進行結構耐久性的“事前”控制，而工程驗收又未對此做出專門規(guī)定（一般僅做外觀評價、回彈法檢測磚強度等）。所以，如何評價一個新建工程的結構耐久性，只有讓時間來做出回答了。我國已建成工程的返修率高居不下，被評為“優(yōu)質工程”的項目在使用階段混凝土開裂，甚至發(fā)生重大事故的事例層出不窮，除了管理體制上諸多弊端外，水泥本身的質量問題以及對水泥品種選用不當恐怕也是主要原因之一。
    在目前條件下，為保證混凝土結構的耐久性能，筆者提出以下幾點建議供有關部門參考：
    （1）混凝土結構設計及施工在選用水泥方面應有明確規(guī)定。據悉，建設部已把“混凝土結構的耐久性研究及耐久性設計”列為國家重點科技攻關項目，并由清華大學、中國建筑科學研究院等單位共同承擔此項任務。參加這一項目的有關人員已拿出“混凝土結構耐久性設計及施工建議”的初稿供討論，估計不久的將來會有相應的規(guī)范出臺。在制定這類規(guī)范時建議專門增加有關水泥選用的章節(jié)，明確規(guī)定：某類工程或某結構部位等“須”、“應”、“宜”選用某種類（或標號）水泥。
    （2）要盡快健全、完善我國的水泥準用制度。建議建設部會同國家建材局出臺一些法規(guī)，規(guī)定水泥出廠必須附有“準用證”。該證應明確交代哪些水泥“可”、“不可”用于某類工程或某結構部位等。在水泥包裝袋上也應標明：出廠日期、使用期限、存放條件、使用要求、應用范圍及其它注意事項等，以利建設監(jiān)理現(xiàn)場檢查。
    （3）科研單位要加快各類水泥對硅耐久性影響的科學研究。法規(guī)出臺，科研先行�？蒲胁荒軆H停留在實驗室里，要在各類實際工程中跟蹤調查（因為每個工程的外部環(huán)境、施工條件及使用條件均有差異），收集資料，為制定（或修訂）有關規(guī)范提供科學依據。
    3  重視堿集料反應的研究并制定相應對策
    近年來，我國硅工程中由堿集料反應（AAR）產生的破壞事件逐漸引起人們注意。
    堿集料反應嚴重損害混凝土結構的耐久性能。對預應力硅結構來說，一旦出現(xiàn)AAR，將引起硅的開裂，直接危及結構安全（處于露天或室內高濕環(huán)境中的預應力混凝土構件在設計中是不允許出現(xiàn)裂縫的），必須及時進行加固處理。矽構件在使用階段出現(xiàn)問題將付出極高的代價（對混凝土結構進行加固處理的費用往往比原構件的造價還高，有時甚至是慘痛的代價。早在50年代，AAR對混凝土工程的不良影響就引起國外工程界的高度重視。特別是1974平以來，每隔2年就召開一次關于堿集料反應的國際學術會議。很多國家相繼出臺了一些標準、規(guī)范（如美國的ASTMC227 —— C586等）對一些重要工程的矽含堿量嚴加控制。有的國家（如美國）要求所有進口水泥的堿含量（Na-0當量，下同）必須低于0.696，其理由就是AAR破壞具有潛伏性、突發(fā)性，而一旦出現(xiàn)問題又難于補救。與發(fā)達國家相比，我國AAR的研究較晚，對由AAR引起的混凝土破壞重視不夠。這主要是因為一般國內制做混凝土所用集料的堿活性較小，加之AAR破壞又不易鑒別，使人們忽視了這一問題。在實際工程中一發(fā)現(xiàn)硅裂縫，技術人員首先從外部環(huán)境（如溫度應力，不均沉降，超載等）或設計、施工上找原因，很少想到AAR（相當多的質檢、監(jiān)理人員缺乏有關AAR的知識）。因此，很多由AAR引起的混凝土破壞誤認為其它原因造成的破壞（筆者不否認：硅破壞的原因很復雜，往往是多種因素共同作用）。
    我國混凝土工程中的堿集料反應不容樂觀。我國生產的水泥大多為高堿水泥，特別是北方地區(qū)生產的水泥，其堿含量多在0.8%一1.0%以上。但施工單位并不排斥（有時甚至歡迎），因為高堿純硅酸鹽水泥配制的硅快硬、早強，有利于提高施工速度。施工單位有時為搶工期或便于冬季施工，常在配制混凝土時摻人Na2S04早強劑及NaNq防凍劑等，前者摻量可達3%，后者摻量可達5%（均以水泥重量計），此時如果采用的是高堿水泥，則混凝土中的含堿總量將高達15 kg/m3一20掩/m3，遠遠超3噸/襯—— 5 kg/m3安全堿含量的限值。在這種狀況下，我國混凝土工程中出現(xiàn)大量AAR破壞是必然的，應引起高度重視，否則將貽害無窮。為此筆者提出以下幾點建議。
    （1）加大關于AAR的科研力度，編制（或修訂）相應規(guī)范�？蒲小⒃O計部門應在實際工程中進行廣泛的調查研究，針對混凝土中不同的集料和外加劑，不同品質的水泥，不同的環(huán)境（溫度、濕度），以及不同的施工條件等做大量實驗，為編制（或修訂）有關規(guī)范提供科學依據。筆者認為：我國現(xiàn)行（混凝土外加劑）（GB8076一87）中對“基準水泥”的要求偏低（至少堿含量應規(guī)定不得超過0.66），應向目前國際標準靠攏。同時，在修訂《混凝土外加劑應用技術規(guī)范》（GBJ 119一88）時，應明確規(guī)定對水泥（標號、堿含量等）的技術要求。
    （2）增加低堿水泥的市場供應，確�；炷�土工程質量。國家應從產業(yè)政策方面鼓勵低堿水泥的生產。同時，通過“準用證”制度來限制高堿水泥的使用范圍。例如：嚴格規(guī)定水利工程、預應力構件以及重要工程的結構關鍵部位等，所用水泥的堿含量不得超過某一限值。
    （3）重視關于堿集料反應的知識普及和預防措施的宣傳工作。為使廣大工程技術人員深刻認識堿集料反應對混凝土工程的危害，應加大宣傳教育的力度，出版一些普及AAR知識的教材和預防AAR破壞的技術措施（手冊）等。
    4  水泥生產要適應高性能破的發(fā)展趨勢
    自90年代初國外提出高性能混凝土（HPC）的概念后，各國對HK：的界定標準有所不同，但有一點是共同的：那就是它的高耐久性和較高的強度指標。毫無疑問，高性能混凝土在工程界是極受歡迎的，它是未來硅技術的發(fā)展方向。高性能混凝土本身不是本文論題，筆者僅就它對水泥的基本要求提出幾點不成熟的個人看法。
    （1） HPC所采用的水泥標號一般不應低于#525，并且必須是質量穩(wěn)定的優(yōu)質水泥，使其在較高的可靠度保證下實現(xiàn)高強度。
    （2）HPC所用水泥必須保證其高耐久性的要求，因此對水泥熟料中任何不利于混凝土耐久性的化學物質（如堿含量等）應該嚴加控制。
    （3）HPC所用水泥應保證混凝土有很好的工作性質。如高流動性、力學性能穩(wěn)定、低水化熱溫升、體積穩(wěn)定、早強并有一定韌性（滿足抗震要求）等特點。高性能混凝土的問世及推廣應用對我國水泥行業(yè)提出了更高要求。因此，有關部門應及早采取措施，從“可持續(xù)發(fā)展”的角度調整產業(yè)結構，加快科研步伐，以適應21世紀國家建設事業(yè)發(fā)展的需要。