预拌混凝土技术及其今后的发展趋势

　　预拌混凝土也称商品混凝土，是一个新兴的产业，其特点就是集中搅拌商品化供应。是指由水泥、集料、水及根据需要掺入的外加剂和掺合料等组份按一定比例在集中搅拌站（厂）经计量、拌制后出售，并用运输车在规定时间内运抵使用地点的混凝土拌合物。混凝土集中拌制有利于采用新技术，提高机械化、自动化程度；严格控制拌制工艺，提高计量精度，确保混凝土工程质量，降低消耗、提高劳动生产率。同时还可以加快工程进度，提高建筑工业化水平和行业的整体素质；保进混凝土及相关产业的技术进步；大量利用工业废料改善城市环境，促进城市文明建设，具有良好的经济效益和社会效益。

　　推广预拌混凝土是经济发展和社会化大生产的必然，也是提高建筑工程机械化水平、保证工程质量、满足规模施工，减少城市环境污染的需要。

　　一、预拌混凝土产业的兴起与发展

　　预拌混凝土在我国兴起始于50年代。当时，一些大型建设工程需要大量现浇混凝土，由于施工场地狭窄、工期紧迫等原因，组织施工遇到困难，承担施工的企业开始在施工现场和施工现场附近设立混凝土搅拌设施，采用翻斗式汽车运输，吊斗浇筑混凝土，解决了施工中的急需问题，这一时期的预拌混凝土是针对某一工程专门设立搅拌站集中搅拌混凝土，而不向其他工程和社会供应，一般是塑性混凝土，这一时期是预拌混凝土的初始阶段。70年代末至80年代初，北京、上海、天津、无锡、沈阳等城市的预拌混凝土开始社会化供应，并开始采用搅拌车运输、输送。泵车浇注混凝土，混凝土发展为以流态为主。技术逐步成熟、完善。从这时起预拌混凝土作为一个独立的、新兴的产业才真正开始起步、发展。这一时期预拌混凝土由于受到应用范围和规模的限制，供应覆盖半径一般为10~15公里，搅拌站的年生产能力一般为5~15万m³。

　　进入90年代，改革开放带来了经济建设的快速发展，城市建设和基础设施建设任务逐年增多，混凝土需求量也随之增大，由此带动了预拌混凝土行业的快速发展。“八五”和“九五”期间，建设部各安排国家支持施工企业技术改造专项贷款11亿元人民币，其中有五亿元之多用于支持预拌混凝土的发展。到1995年，全国已建成预拌混凝土站（厂）616个，预拌混凝土企业年设计生产能力约6000万m³，年实际产量达到2600万m³，预拌混凝土发展达到高潮阶段。到2008年，据不完全统计，全国已建成预拌混凝土站（厂）5000家，年设计生产能力达到10亿m³，实际产量接近6亿m³。北京、上海、广州、大连、常州等城市应用的预拌混凝土量已达到该城市混凝土总用量的60%以上，接近经济发达国家水平。预拌混凝土的供应覆盖半径已发展到30公里，更多地出现了一些年产30万、40万m³的大型混凝土搅拌站。这些大型搅拌站的计量精度、质量控制水平、自动化程度、工业废料的利用条件、环保设施都明显优于80年代自行配套的搅拌站，使预拌混凝土设备的配套技术、混凝土生产技术、管理经验逐步趋于成熟。

　　预拌混凝土施工技术发展也很快。在全国预拌混凝土行业，泵送混凝土的使用已达到80%以上，解决了高等级和低等级混凝土的泵送问题。在泵送高度上也有很大提高，北京C60混凝土一次泵送高度已接近200 m，上海经贸大厦一次泵送高度达到380m，混凝土泵送技术日趋成熟。北京一次浇注混凝土方量达到3万m³，结构最大厚度达到6.8m，逐步完善了大体积混凝土施工技术。混凝土平均强度等级有了提高：八十年代以前，我国混凝土平均强度等级长期徘徊在20MPa左右，进入九十年代，混凝土强度等级以C30、C40为主，C50、C60的高强、高性能混凝土已大量的在实际工程中应用，C70、C80以及更高等级的混凝土已研制成功，并开始部分应用于实际工程。随着高性能的复合掺合料和高效减水剂的大量应用和技术发展，使预拌混凝土的运营半径已超过30公里。在混凝土搅拌、运输工艺上，掺合料与外加剂的应用设备也逐步完善，环保条件明显改善，控制系统正向着计算机智能化管理方向发展。高性能混凝土的制作和施工技术已达到或接近达到国际先进水平。

[Page]

　　二、与国际先进水平的差距

　　虽然我国从五十年代就开始在一些大型工程建设工地设立混凝土集中搅拌站，但真正实行社会化生产、商品化供应的预拌混凝土还是在七十年代末或八十年代初开始，起步较晚，虽然近几年混凝土技术发展较快，取得了长足的进步，但与国际先进水平相比还存在一定的差距。主要表现在以下几个方面：

　　（一）预拌混凝土还没有普遍应用。发达国家预拌混凝土的用量一般要占现浇混凝土总量的80%以上，而我国只有上海、北京、大连、常州等几个少数城市达到60%左右。发展很不均衡，有的地区才刚刚起步，还有的地区预拌混凝土为零，全国平均只占10%左右，与国际先进水平还存在着较大的差距。

　　（二）混凝土强度等级仍然偏低。发达国家的混凝土平均强度等级已达到40~50MPa，大量应用了C60、C80混凝土，最高已达到200MPa；而我国混凝土平均强度仍以C30为主，C80~C100的混凝土尚处在开发、研究和试用阶段。

　　（三）高性能混凝土的应用量少。我国对高性能混凝土的研究与应用是从九十年代初期开始，起步较晚，应用范围虽逐步增加，但由于对混凝土的结构性能和长期性能研究不够，应用范围不够广泛。

　　（四）相关技术没有同步发展。如外加剂、掺合料等关键材料的相对落后，制约了混凝土技术的发展。外加剂就材系而言，我国仍以萘系产品为主，减水率一般为15~25%，使配制高等级混凝土相对困难，成本加大。矿物掺合料缺泛合理的优化复合和叠加效应的综合利用，没有形成优质掺合料的商品化供应市场。

　　（五）生产工艺和管理技术相对落后。我国从事预拌混凝土生产的搅拌站，除少量引进国外成套产品以外，多数为国内配套或自行组装，自动化程度低，基本上是靠人工控制和组织生产，与国外智能化管理相比较还有较大的差距，（单方）劳产率仅为2000 m3/人年，只相当于发达国家的1/4~1/5。

　　（六）．混凝土的泵送技术。全国发展不均衡，上海金茂大厦一次泵送高度已达到380m，而北京的最大泵送高度只有100多米，其他城市也保持在较低水平，今后应重视泵送技术的研究。

[Page]

　　三．今后的发展方向

　　随着城市建设的发展和施工技术的进步，对混凝土的品质指标和经济指标提出了更高的要求，促进混凝土向着高强、高流态和高耐久等高性能方向发展，绿色环保——高性能混凝土是21世纪的主要结构工程材料，是今后的主要发展方向。

　　（一）高性能混凝土

　　高性能混凝土是近十几年来出现的混凝土新品种，缩写HPC，是经过漫长时间的发展，在长期研究与实践中创造的，至今最完善的混凝土。我国从92年开始引进HPC概念，在研究中有了突破性进展，近十年来，已在很多工程中得已成功应用，并将在今后逐渐代替一百多年来普通混凝土在绝大数工程占使用。有学者预言HPC是21世纪的混凝土，是今后最主要的工程结构材料，是21世纪混凝土技术的主要发展方向。美国、日本、英国、法国、加拿大等国都将HPC作为跨世纪的新材料投入大量人力、物力进行研究和开发。我国也是一样，上海、北京、沈阳、深圳等地起步较快，走在了全国同行业的前列，保持着领先地位。其他一些城市也已开始发展，但水平很不均衡。

　　1．HPC基本性能

　　对于HPC的理解和应用各国略有不同，我国在认识上也不完全统一。例如有的认为HPC是高强混凝土技术的进一步完善，或者说HPC必须是高强混凝土，但近期认识有了明显转变并逐步趋于统一。即高强混凝土必须是高性能混凝土，否则高强得不到充分利用和发挥。但高性能混凝土不一定是高强混凝土。这是比较趋于一致的观点：

　　HPC是一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的。是以耐久性为设计的主要指标，针对不同的用途和要求，在耐久性、工作性、强度、适用性、体积稳定性、经济性等方面给予重点保证。因此HPC的特点是低水胶比，选用优质原材料，除水泥、水和集料外，还必须掺加足量的矿物细掺料和高效减水剂。在这一点上不同的是，普通混凝土也掺，但是以降低成本为主要目的，而HPC是以改善混凝土的性能为主要目的。HPC在性能上对传统混凝土是一个重大突破，而且在节能、环保方面都有重要的意义，符合我国可持续发展战略，被称为绿色HPC。

　　2．HPC需进一步研究的问题

　　（1）水泥基材：是发展HPC的核心问题，为使HPC的性能进一步提高，还必须对材料组份的粒子尺寸、级配、孔结构、集料界面结构以及组份间的相互作用，物理力学、热学性能进行研究，不能停留在应用阶段。需要逐步完善理论，发展环保型复合水泥基材料。

　　（2）外加剂：外加剂与水泥、矿物掺合料之间，外加剂与外加剂之间复合使用的相容性。

[Page]

　　（3）矿物掺合料的复合化叠加效应。

　　（4）加强对高强HPC韧性的研究：随着混凝土强度的提高，其断裂韧性降低，结构延性、抗震性能降低，针对现状如何在很少增加成本、不改变工艺的情况下，研究如何提高混凝土韧性和极限压应变的手段和措施。

　　（5）配合比选择、施工质量控制的自动化：HPC设计尚没有统一的标准方法，质量控制难度大，需要完善设备和计算机控制手段。

　　（6）标准、规范、规程制定的完善：发展HPC要有法律依据和政策支持，应逐步健全。

　　3．实现可持续发展战略。

　　可持续发展的目标就是使社会经济同资源、环境实现良性循环。是社会活力与自然关系的变革。

　　（1）节约能源，保护环境。

　　（2）增加混凝土的使用寿命，减少修补或拆除的浪费和污染。

　　（3）减少烧洁熟料，大量利用工业废料。

　　4．HPC配合比设计要求

　　（1）水泥：

　　① 标号≥425#，活性高，质量稳定。以硅酸盐和普通硅酸盐为主，可以掺加大量矿物细掺料。

　　② 流变性能好。

　　③ 需水比要低，碱含量低，水化热低（三低）。

　　④ 与其他材料的相容性好。

　　（2）骨料：

　　洁净，级配合理，界面条件好，混凝土强度等级高时，内部结构不受扰动，原状颗粒含量较多，粒径以5~25mm为主。

　　（3）外加剂：

　　① 减水率高；② 流动性能好；③ 凝结时间可调；④ 坍落度损失小，保塑性好，干缩小。

　　（4）矿物细掺料：

　　以粉煤灰、矿渣、硅灰、沸石粉及复合掺合料为主。

　　① 活性高，激发条件易控制；

　　② 细度适宜；

　　③ 掺量适当；

　　④ 碱含量低，干缩小，体积稳定性好；

　　⑤ 尽量复合使用。

[Page]

　　5．HPC配合比设计的注意事项：

　　原则：确定混凝土各原材料间的正确搭配，使混凝土以较低的造价来获得最优异的性能。

　　① 浆集比：

　　是解决强度、工作性和体积稳定性（弹模、干缩、徐变）之间的矛盾的重要指标（一般取35：65）。

　　水胶比：0.28~0.35，0.35~0.45之间，过小流动性差、粘稠；过大会导致混凝土强度降低、耐久性变差。

　　② 矿物掺合料；

　　高强、高性能混凝土设计规范规定：粉煤灰≯30%，硅灰≯10%，沸石粉≯10%，矿渣粉≯40%，复合使用时≯50%，有些国家掺量更大，我国也正在稳步提高，掺加掺合粉对改善混凝土密实性和耐久性、体积稳定性、抑制碱集料反应、改善工作性能都是十分有益的，是必不可少的重要组份。

　　③ 减少剂：强度低时通常采用经济掺量，强度高时可用到接近饱和的掺量。

　　④ 砂率：对混凝土流动性、保水性、弹性模量有明显影响。过大，流动性差、粘稠、弹性模量低；过小，保水性差、泌水、易离析。

　　6．HPC配合比设计方法

　　① 估计拌合用水量；（经验或查表）.

　　② 计算浆体体积：用浆体体积0.35 m³减去估计的用水量体积和0.02 m³的空气含量；

　　③ 估算骨料用量：集料总量为0.65 m³，根据假定砂率、比重、容重分别计算粗、细集料的体积和重量。也可选三个不同比例优选；

　　④ 计算各材料用量；

　　⑤ 试搅和调整拌合物表面不能泌水，流动性好。坍落度20~22cm，扩展度＞40cm，中间没有石子堆积，经时损失不超过15%。用简易粘度计测流出时间为5~30秒。

[Page]

　　7．HPC的质量控制与施工注意事项

　　（1）控制水胶比、坍落度在合理范围内波动。

　　（2）不能离析，否则会影响混凝土的密实性和强度。

　　（3）外加剂不易超量，使混凝土过于粘稠，注意高温下施工表面不能过早失水，否则容易形成硬壳，然后龟裂。

　　（4）混凝土流动性要有一定保持时间，凝结不易过快，应适当抑制早期水化。

　　（5）掺膨胀剂时必须要有必备的早期养护条件。

　　（6）原材料质量稳定一致，不能因其变化引起混凝土质量变化，如砂、石质量等。

　　（7）胶凝材料用量不易太高，否则会影响混凝土后期的体积稳定性。

　　（8）HPC工作性能好，具有良好的流动性和可填充性，不能过振。

　　（9）HPC水胶比低、游离水份不多，混凝土表面水份散失快，不能造成表层与内部凝固与水化不一致，应在混凝土初凝前，进行二次抹面，用以削除以上差异造成的收缩裂缝。

　　（10）加强混凝土早期的保湿养护，有条件时尽量蓄水。

　　（11）严格控制内外温差，减少应力裂缝。

　　（12）HPC比较粘稠，气泡不易溢出，脱模剂隔离效果要好一些。

　　（13）不同的部位，不同的结构形式对混凝土的要求不同，应区别对待（如墙、板、基础等）。

　　任何一种产品，任何一种技术都不是万能的，更不是孤立的，制作与施工应密切联合起来，相互配合才能搞好施工质量，不能忽视任何一方的技术措施，不能说高性能混凝土就什么都解决了，所谓高性能是针对以前的普通混凝土而言的。

[Page]

　　（二）泵送混凝土

　　目前，预拌混凝土一般采用泵送。泵送混凝土1927年首创于德国，它是欧洲泵送混凝土技术发展最快的国家。1973年泵送混凝土普及率就达到40~50%，美国是继德国之后泵送混凝土技术发展较早的国家。80年代初，泵送混凝土普及率为50%。虽然日本的泵送混凝土技术起步较晚，但发展却十分迅速，它开始是从德国和美国引进的技术，现已成为泵送混凝土普及率最高的国家。

　　我国真正应用泵送混凝土是70年代末从上海宝钢工程和北京地铁工程及隧道模工程开始的，以后在北京、上海、天津、广州等大城市陆续建立了混凝土搅拌站，配备了运输和泵送设备，使泵送混凝土逐步发展起来。据统计，1983年泵送混凝土占商品混凝土的百分比为63.5%，84年为80%，85年为83.6%，近年已达到90%以上。

　　1．泵送混凝土的特点

　　（1）施工速度快、周期短，适用于大规模的混凝土施工作业。

　　（2）质量好。由于泵送施工可采用流态混凝土，其流动性大，不易被钢筋阻挡，填充性好，稍加振捣即密实，这对混凝土的强度、耐久性都是有利的。

　　（3）节省人工，提高功效。混凝土的泵送施工减少了二次倒运，振捣时间缩短，劳动强度小，可比一般施工方法提高工效4~6倍，节约人工1/2~3/4。

　　（4）施工方便，不受现场条件限制。泵送混凝土施工可省掉大量的脚手架和跳板，只要合理地布置管路就可以浇注到任何位置，人工作业减少，机械化程度提高，浇注的准确性也相应地提高，噪声减少有利于现场管理和文明生产。

　　（5）对混凝土有特殊要求。为保证混凝土有良好的可泵性，泵送混凝土对原材料及配合比都有严格的要求。如骨料的最大粒径、颗粒级配、砂率、最低胶凝材料用量和水胶比都有一定的限制，为使混凝土保持流动，还需要使用混凝土外加剂，这些措施都导致了混凝土的成本略有提高。

　　（6）需要严密的施工组织与管理。泵送混凝土施工技术性强，施工人员都必须具备一定的技术素质，需要有严格的科学管理，否则，一旦发生事故将措手不及。

　　（7）一次性投资大。目前，我国的泵送混凝土大多是商品混凝土，商品混凝土除应具有搅拌站以外，还应具有相配套的运输和泵送设备，一次性投资较大，一般企业难以一下拿出充足的资金，这也是这项技术在我国一些中小城市尚未全面推广的主要原因之一。

[Page]

　　（三）泵送混凝土的一般要求

　　（1）水泥品种与水泥标号：

　　泵送混凝土应根据混凝土强度等级、工程特点及施工环境，合理选择水泥品种及标号。例如：施工环境温度较高时，优先使用水化热低的水泥，如矿碴水泥。如要求早强、尽快拆模的混凝土，应优先选用普通水泥或硅酸盐水泥。选用外加剂时，还应注意水泥对外加剂的适应性。水泥用量较低时，应优先使用低标号水泥，以提高水泥含量。如不得不使用高标号水泥时，应掺加掺合料，以提高胶凝材料总量。水泥标号的选择一般可按以下原则掌握，C35以下的采用425水泥，C40以上的采用525#水泥，比较经济合理。

　　（2）适宜的水泥用量：

　　泵送混凝土适用于C20以上的混凝土，低于C20的混凝土不宜泵送。因为低标号混凝土中水泥用量太少，混凝土流化后和易性差，不能满足泵送需要，多加水泥可以解决问题，但不经济。泵送混凝土的最低胶凝材料总量一般不宜低于300kg，最高不宜超过550kg。

　　（3）水胶比的限制

　　低标号的泵送混凝土要考虑其耐久性，水胶比不得高于0.70，高标号混凝土应考虑除应有较高的流动性外，还应有足够的含水量供水泥水化，一般不宜低于0.28，有人提出更低是不适宜的，外部水不能及时补充水化用水时，混凝土必裂无疑。

　　（4）砂率对强度与可泵性的影响

　　为保证混凝土流化后不分层、不离析，泵送混凝土的砂率应比普通混凝土提高4～6%，有时甚至更高。一般为35～45%，混凝土强度等级较高或水泥用量较大时宜采用较小者，反之，采用较大者。在一定范围内，砂率越高，可泵性越好，但强度也随着降低，所以应统筹兼顾。

　　（5）粗骨料的选用

　　选用粗骨料时应主要考虑石子的粒经、粒形与颗粒级配。它们对混凝土的可泵性影响较大。混凝土在泵管中的流动除了要克服自身的重力，还要克服混凝土与泵管之间的摩擦力，从这个意义上说，采用卵石比采用碎石更为有利。卵石表面光滑并趋于圆形，各种粒径的颗粒比例适当，所需水泥浆量较少，可泵性好，但界面粘结强度较低。碎石表面粗糙，细粉料及细小颗料较多，还往往含有针片状颗粒、表面多孔或质地疏松的颗粒，在压力作用下，水份大量进入骨料内部，拌合物在整体上变得粗糙干涩（硬），砂浆层与管道臂之间因失去滑润膜而使混凝土比较难泵送。但它的界面粘结强度一般要比卵石高。

　　泵管如为φ150mm，可采用5~40mm连续级配的石子；泵管如为φ125 mm，可用5~31.5 mm连续级配的石子。超过上限的石子含量、针片状、含泥量及其它杂质含量越少越好。

[Page]

　　（6）细骨料的种类

　　泵送混凝土以采用的中砂为宜，通过0.315mm筛的颗粒含量约为20~30%，不宜采用粗砂或特细砂。

　　（7）外加剂的选用

　　泵送混凝土中使用的外加剂主要是减水剂，根据不同的要求，工艺特点和施工环境，有时还应复合使用缓凝剂、早强剂、防冻剂、流化剂等。

　　外加剂应满足泵送混凝土的以下要求：改善拌合物的和易性和流动性，减水泵送时的磨擦阻力，引入少量微小密闭的气泡，对水泥有较好的分散作用；能提高混凝土的流动性，有较好的缓凝效果，混凝土坍落度经时损失尽可能小，在泵送压力下混凝土不离析、不泌水、不降低混凝土各个令期的强度。

　　（8）掺合料（矿物外加剂）

　　在混凝土中最常用的掺合料是粉煤灰，其次还有沸石粉、高炉矿碴粉等（有时是一种必不可少的组份），在泵送混凝土中采用粉煤灰可以取得以下综合效果：改善混凝土的和易性，提高混凝土的可泵性，可减少砂率2~4个百分点，激发水泥的二次反应，节约水泥或提高混凝土强度，降低水泥水化热，延缓混凝土最高温升出现时间，有利于高温季节施工和大体积混凝土施工。一般按15~30%掺加，按1：1.2~1.5超量取代水泥，强度不降低。

　　（9）坍落度控制

　　泵送混凝土的最大特点是混凝土的高流动性，一般泵送混凝土的入泵坍落度不宜小于160mm，扩展度不小于450mm，出机坍落度还应考虑混凝土在运输过程中的经时损失，经时损失率不大于15%时，一般为20~22cm，在1.5小时之内应具有良好的可泵性。

　　（10）和易性要求

　　泵送混凝土除具有足够的流动性以外，还应在泵送压力下不离析、不泌水，并具有良好的保水性和粘聚性。

　　（11）凝结时间的调整

　　泵送混凝土的凝结时间，应满足不同施工条件下的不同要求，一般初凝4~6小时，终凝6~8小时，如作业面较大要注意保证混凝土能分层覆盖，可使混凝土初凝延至12~14小时，终凝14~16小时，甚至更长一些。可利用缓凝剂进行以上调整。

[Page]

　　（四）复合掺合料

　　混凝土实现高性能最重要的手段就是采用新型高效减水剂和超细矿物掺合料。掺加优质细掺料，可以填充混凝土中水泥石的空隙，在相同的水胶比下，高性能混凝土与普通混凝土相比，可以提高混凝土的流动性和硬化混凝土的后期强度，降低混凝土水化温升，减少混凝土的收缩，改善混凝土的体积稳定性。更重要的是改善混凝土中水泥石的孔结构以及与骨料的界面结构，使混凝土的强度、抗渗性能、抗腐蚀能力等耐久性指标都有显著提高。因此，优质细掺料是配制高性能混凝土必不可少的重要组份之一，起着从根本上改变常规混凝土性能的作用，而不是一般的次要性和辅助性材料。

　　普通混凝土对矿物掺合料的品质要求，除限制其有害组份含量和一定的细度外，主要着重于其强度活性；但高性能混凝土一般具有低较的水胶比，应首选需水量小的矿物细掺料。因此，对用于高性能混凝土的矿物细掺料品质的要求，除限制有害成分含量外，主要是活性和需水量。

　　1．常用的几种矿物细掺料

　　（1）硅灰

　　硅灰是用高纯度的石英冶炼硅铁和硅铁合金的工厂从烟尘中收集的超细粉末，SiO₂含量高达90%以上，比表面积超过20000m²/kg，具有很高的活性。以10%硅灰等量取代水泥，混凝土强度可提高25%以上。但混凝土掺入硅灰后，随着硅灰掺量的提高需水量增大，自收缩增大，因此掺量一般控制在5～10%之间。硅灰由于具有很高的活性，而在国外被广泛地用于高强和超高强混凝土。在我国由于产量低、价格高，出于经济考虑一般只在C80以上混凝土中才有使用。

　　（2）天然沸石粉

　　沸石是一放架状构造的含水铝硅酸盐矿物，采用适宜的工艺磨到一定的细度（平均粒径＜10μm）而成，通过碱交换与直接化合实现石灰—火山灰反应。碱交换就是天然沸石通过离子交换与Ca(OH)₂结合。直接化合是天然沸石粉在水中生成水化硅酸钙。我国天然沸贮量丰实，分布面广，是来源最广的细掺料之一。

　　在水灰比不变的情况下，掺量为10~15%时，混凝土强度比基准混凝土的强度提高10%以上，掺量超过20%以后，强度开始逐渐下降。

　　由于沸石为多孔结构，内表面积大，吸附性与离子交换力强，需水量较大。

　　（3）粉煤灰

　　是由燃煤热电厂烟囱收集的灰尘，由部分玻璃微珠以及少量的莫来石、石英等结晶物组成，主要活性成份为SiO₂或AI2O₃，我国多数粉煤灰以上两成份的总含量在60%以上，优质粉煤灰超过70%，它具有“活性”、“颗粒”、“填充”三种效应和叠加效应，是我国混凝土中廉价、优质和用量最大的一种掺合料，通过一定的工艺优化（分级、分选、加工等）可以变废为宝，是今后发展绿色高性能混凝土的一种主要原料。过去的技术，应用粉煤灰大多是从降低混凝土成本的目的出发，掺量较低（一般不超过20%），而效果也不十分理想。近年来人们对粉煤灰的认识和实践迅速提高，品质逐步向优质化发展，掺量也逐步提高，有的用量已高达50%多，已经开始注重从改善混凝土的性能去考虑推广应用。

[Page]

　　（4）磨细矿渣

　　矿渣是一种水淬化合物，是在炼钢炉中浮于铁水表面的溶渣排出时用水急冷得到的水淬矿渣，也叫粒状高炉矿渣。这种矿渣磨到一定的细度（400~800m²/kg），在碱环境激发下具有较高的活性，掺量一般为20%~50%。磨细矿渣取代混凝土中部份水泥，能够提高混凝土强度、改善混凝土工作性能、减少泌水量、降低温升、延缓凝结时间、提高耐久性。在我国该项技术的研究和实践越来越多，已在一些重点工程中应用，北京每年的用量已接近5万吨，而上海每年的用量已超过70万吨，是一种廉价而优质的混凝土细掺料。

　　2．复合化效果

　　掺合料复合化是材料进化的主要途径之一，是吴中伟教授生前积极倡导的一种科学新思想。利用多种组份性能的超叠加效应（即1+2≥3），充分发挥其优良特性的组合效果，克服单一品种的性能缺陷、降低成本，使掺合料性能更优越，使用更经济，有利于扩大应用。

　　3.试验研究

　　（1）磨细矿渣复合掺合料研究

　　根据以上思路，进行了掺合料复合效果的初步研究，先根据单一掺合料的不同掺量，测出其强度变化规律，再根据不同的复合比例和在混凝土中的不同掺量找出相关的参数，并验证其他物理力学性能指标，最后在实际工程中应用。复合掺合料目前在北京已经工业化生产。

　　（2）混凝土试验研究

　　混凝土的试验研究均按照国家有关规范要求进行。

　　①优选后的混凝土配合比

　　注：1 C25、C30、C35为京都牌普通25#水泥；C40、C50、C55为京都牌普通525#水泥。

　　2 砂子为中砂MX=2.60，含泥<2%；石子：5—25mm碎卵石，含泥<1%，压碎值5.4%。

　　3 减水剂为辛庄外加剂厂生产,减水率>18%。

　　4 以上混凝土配合比,抗渗标号可达P12,抗冻融循环≥D100。

[Page]

　　②混凝土力学性能

　　抽取C40混凝土进行各项力学性能检测，如下表：

　　③收缩

　　水中养护14天后再转入空气继续养护28天，混凝土试件收缩在2/万以下。

　　④钢筋握裹强度

　　在100mm×100mm×200mm的试件中埋入直径为16mm的光圆钢筋，测定混凝土与钢筋的握裹力，六个试件的平均握裹强度为4.63MPa。

　　⑤碳化速率

　　成型了100mm×100mm×300mm的试件，拆模后放于碳化箱中（箱中CO2的温度为20±5℃，浓度20±3%，相对湿度70±5%）加速碳化，其28天的平均碳化深度为6 mm。

　　⑥混凝土的温升

　　由中国水利科学研究院对以上A、B两组强度等级相同、水泥用量与掺合料种类、用量不同的两组混凝土进行绝热温升对比试验，结果最高温升A组比B组低7℃，且出现的时间推迟了约9个小时，这对控制混凝土的温升与内外温差、保证混凝土的体积稳定性、防止温度与应力裂缝十分有利。

　　复合掺合料使用的均为工业废料，通过一定的工艺、按照适当的比例复合，利用它们的超叠加效应，掺入混凝土中后可以大幅度地减少水泥用量，降低温升，避免产生温度裂缝，有效地抑制碱骨料反应，明显地改善混凝土的工作性能，提高抗腐蚀能力和耐久性。同时还可以降低成本，提高功效，特别适合于大体积混凝土的连续施工。复合化道路是今后发展高性能混凝土、搞好综合利用、保护环境和生态平衡的一条重要途径。

[Page]

　　四．需要进一步研究和解决的问题

　　（一）合理规划，全面发展

　　预拌混凝土全国发展很不均衡，上海、北京、广州、大连、常州等城市近几年发展迅猛，预拌混凝土的用量已达到混凝土总用量的60%以上，接近发达国家水平，设计生产能力已超过实际需求数倍，出现了严重的供需矛盾，而且新建搅拌站（厂）数量仍在增加，多为低水平的重复建设，缺乏科学的论证和统一的规划，长期以往，不利于市场管理和技术进步。应根据需求发展生产，在一些预拌混凝土比较发达的城市限制混凝土搅拌站的新建和扩建，关闭一批规模小、设备陈旧、管理落后的站（厂），扶持几个龙头企业，带动本行业的进步与发展，使供求达到基本平衡。另一方面，全国还有几个省会城市尚未建立预拌混凝土站（厂），有的城市还刚刚起步，全国预拌混凝土的比重平均只有10%左右，与经济发达国家相比，我国预拌混凝土尚属起步或初级阶段，国家应在资金、交通、税收等方面制定配套政策予以支持，加快组建以混凝土生产、运输、泵送、施工为一体的专业化施工企业——混凝土工程公司，提高建筑施工企业的技术含量、机械化程度和科学管理水平。

　　（二）发展绿色高性能混凝土，逐步改变目前的产品结构

　　逐渐压缩和减少普通混凝土的用量，重点发展环保型（绿色）高性能混凝土。主要体现在以下几个方面：①大量利用工业废料，减少熟料生产和使用，保护环境。②利用外加剂技术和矿物掺合料提高混凝土的强度等级，改善混凝土的施工性能和耐久性，争取到2010年高性能混凝土的用量占混凝土的总量达到或超过50%。

　　（三）加快外加剂和掺合料技术的研究与开发

　　发达国家掺外加剂的混凝土占混凝土总量的70~80%，而在我国平均只有30%左右，且普通减水剂居多，引气剂用量更是微乎其微，应引起足够的重视。今后应加快外加剂产品的更新换代，研究开发超高性能减水剂，推广使用优质粉灰、磨细矿渣、沸石粉等矿物掺合料，并利用其叠加效应进行复合优化，使其真正成为高性能混凝土的第五组份。

[Page]

　　（四）预拌混凝土代表着我国的建材水平，水泥用量目前比发达国家多用15~20%。主要还存在以下几个方面的问题：

　　1．对混凝土用的粗集料质量重视不够，开采缺乏管理，质量差，级配不合理，有的甚至采用一些活性骨料，产生碱骨料反应，降低结构承载能力。

　　2．对混凝土用外加剂的生产质量缺乏有效控制，造成一些混凝土质量问题。

　　3．掺合料的质量不稳定，缺乏优化；且掺量低，一般只注重强度和成本，对耐久性重视不够。

　　4．为赶工期，怕强度不能满足要求，往往采用多加水泥提高混凝土强度，造成混凝土的收缩大，水化热高，产生非受荷裂缝。

　　5．施工不按规定操作，混凝土密实性差，养护不好或不养护，表面质量差，混凝土易于碳化，造成钢筋锈蚀。

　　6．片面强调混凝土强度，对其他力学性能重视不够，忽视混凝土的耐久性。

　　7．混凝土的强度离散性大，匀质性差。

　　在混凝土施工中应重视以上原材料质量问题和施工工艺问题。

　　（五）提高自动化程度，实现预拌混凝土智能化管理

　　通过技术改造，实现搅拌站生产经营、技术管理、材料管理、成本核算的自动化，使大量繁索的工作由计算机代替完成，使之更加准确、可靠、可信（如材料消耗、测湿、配合比执行情况可随时查询）。

　　随着混凝土技术的发展与进步，国家、地方、行业有关的设计、施工、验收规范亟需修订或重新编制，加强行业的法律化管理，迎接中国加入WTO后世界经济一体化的挑战。

（中国混凝土与水泥制品网 转载请注明出处）