关于我国水泥生产现状和发展方向的思考

　　1、水泥应该为混凝土耐久性的研究和发展做出贡献

　　今天，混凝土耐久性的研究已成为混凝土科学最前沿和最重要的课题。在每一个工地，特别是在每一个重要项目和重要部位，如何提高混凝土的耐久性是工程师必须深入考虑的问题。混凝土抗冻、抗渗和抗碳化性能的高低都直接影响混凝土的耐久性。但近些年来，混凝土裂缝问题愈演愈烈到了不可收拾的地步，混凝土裂缝对混凝土的抗冻、抗渗、抗碳化及结构受力的安全性都带来了致命打击，成了降低混凝土耐久性的最直接的原因。对其产生的原因，许多专家学者经大量的研究后认为：与设计、施工工艺、混凝土配合比、钢筋品种、原材料、气候环境等有关，更与水泥有关。水泥中的C，S、C，A含量，水泥细度、品种、标号等因素都直接影响了混凝土裂缝的产生。笔者根据多年来混凝土施工的一点经验，对影响混凝土产生裂缝的水泥方面的5个因素研究分析如下。

　　1.1、水泥细度

　　我国1999年强度检验方法和国际接轨后，进一步提高了水泥细度。以42．5级水泥为例：比表面积由过去的300～350m/kg提高到350～380m/kg，个别厂甚至达到了400m/kg以上。比表面积的增大，大大提高了水泥的28d强度，尤其是3d强度提高幅度最大。水泥强度的提高，使混凝土强度也得到提高，强度的增长速度进一步加快。这给施工企业提前拆模，缩短工期都带来了便利，也给混凝土界配制更高标号的混凝土创造了条件。但同时也带来了不利因素，混凝土凝结速度的加快，使混凝土收缩速度加快，混凝土早期开裂的可能性大大提高。近几年来，混凝土的普遍开裂应该说与水泥颗粒越来越细有直接关系。还有一个水泥中的粗颗粒问题，水泥界许多专家认为：水泥中>45m的熟料颗粒对28d强度基本没有作用，所以这种颗粒可有可无或可以尽量降低；而混凝土界许多专家研究后认为：增加水泥中未水化的熟料颗粒可以大大减少混凝土的收缩。而现在水泥细度的增加，使水泥中的粗颗粒大大减少。使混凝土的收缩量增大，产生裂缝的可能性变大。

　　1.2、水泥中的C3S含量

　　自水泥发明以来，水泥中的最有效的成分c，s的含量一直呈上升趋势。以42.5级水泥为例，我国水泥目前的C3S含量已达52%～60%左右。C3S含量的提高，同样对提前拆模、缩短工期、配制高标号混凝土带来便利，但含量过高并非全是好事。C3S含量的增加，水泥水化时放热量加大，强度和温度上升速度过快，使混凝土产生收缩裂缝的机会变大。

　　1.3、水泥中的C3A含量

　　水泥中的C3A含量对混凝土的初凝和终凝都产生很大的影响。C3A含量高的水泥，使混凝土凝结时问缩短，失水加快。特别是对混凝土前3d产生收缩裂缝影响很大。笔者使用过C3A含量超过8%的水泥，这种水泥凝结时间较快，与减水剂的适应性很差，经常使混凝土产生假凝现象，更容易使混凝土在强度增长初期产生较大的裂缝。

　　1.4、水泥品种

　　我国的复合水泥、矿渣水泥等品种，活性或非活性混合材掺量较大。为了达到更高的强度，一般水泥厂都采用进一步磨细的方法。这种水泥比其它品种的水泥更容易使混凝土产生收缩裂缝。

　　1.5、水泥标号

　　水泥要达到更高的标号，一般的水泥厂都通过增加C3S含量、增加细度等措施。这些措施使混凝土产生裂缝的机会增加。总之，在同等条件下，使用高标号水泥比使用低标号水泥更容易使混凝土产生裂缝。

　　对上述因素的分析可以看出：随着水泥科技的进步，水泥的各方面性能指标得到了很大的提高，但对混凝土裂缝的产生及耐久性也带来了不利影响。特别是“高细度、高C3S含量、高标号”所谓的“三高”水泥对混凝土产生裂缝的不利影响应该说是越来越大了。有许多的工程实例可以证明这一点。就笔者所熟悉的机场跑道工程，在上世纪5O～7O年代修建的许多军事和民用机场，道面混凝土至今保持完好，而上世纪8O年代后修建的混凝土道面三五年内出现破坏的有很多；我们陕西省有一条渭惠水渠，是上世纪3O年代由我国著名水利专家李仪址主持修建的，至今8O年过去了，而那些桥涵跌水设施大部分保持完好，而上世纪8O年代后修建的一些水利设施，出现严重破坏的有很多；我国某省的一位交通厅长曾感慨：本省近些年修建的混凝土高速公路，3年内不坏的极少!类似的例子还有不少，笔者在施工现场工作已近2O年，干过一些漂亮工程，也干过一些不尽满意的工程。而有些时候，施工现场出现的一些质量问题让人哭笑不得。我们曾用一些高标号的所谓“好水泥”做的房屋散水，经一个冬天，出现了掉皮裂缝问题，而用低标号所谓“差水泥”做的散水，却一直保持完好。据笔者所看到的一些科技资料，美国从上世纪3O年代开始，把水泥中的C3S含量由30%提高到50% ，把细度由允许大于751．zm颗粒含量为22%，改为基本为零。7O年后的今天，经调查发现，1930年前修建的桥梁有67%基本保持完好，而1930年后修建的桥梁只有27%基本保持完好。日本近几年类似的例子更多。以上问题虽然不能肯定说是由于水泥的原因引起，但应引起我们全方位的辩证思考。

　　2、水泥界应该为水泥在混凝土中的正确使用做出贡献

　　在施工现场，施工人员不能正确选择使用水泥的现象相当普遍。这当然也是混凝土耐久性变差的一个重要原因。可以这样说，有相当多的混凝土工程技术人员。水泥是他们的知识盲区。在施工现场，一般都认为高标号水泥优于低标号水泥；R型水泥优于普通型的水泥；硅酸盐水泥优于普通硅酸盐水泥；普通硅酸盐水泥又优于其它品种的水泥；等等。在水泥行业一个简单的技术问题，在混凝土行业就有可能变得糊涂，有可能演变成重大技术难题克服不了。笔者曾在一个工地集中全部的工程技术人员来解决混凝土为什么无规律地不断出现假凝?百思不得其解。其结果仅仅是水泥厂在生产水泥时使用了半水石膏。在施工工地经常可以看到这些现象：一方面在使用缓凝剂，另一方面却在使用着R型水泥。特别是在许多房建施工工地，比表面积高、终凝时间短、3d强度高的水泥受到了广泛的欢迎。但对这种水泥引起的混凝土水化热集中、收缩大、裂缝比较严重等问题束手无策。类似这样的问题当然是由于在我国水泥和混凝土施工分属不同的行业，互相之间接触交流十分冷漠所致。但这些问题在混凝土施工工地得不到解决，混凝土的耐久性问题是根本无法解决好的。所以说，让混凝土界工程技术人员全面正确地认识水泥是十分重要的。水泥界的同仁应该为这件事大开绿灯，做出贡献。比如，应明确告诉水泥使用者：R型水泥除了可以使混凝土早强、早拆模外，对混凝土的其它性能不会有明显的好处。相反，由于它3d强度高，水化热和收缩集中，可能会对混凝土裂缝的产生带来不利的影响。所以，如果工程对混凝土早强没有特别的要求，就最好不要使用它；比表面积在400m/kg以上的高标号水泥，由于其颗粒较细，凝结较快，水化热集中，对混凝土的体积稳定性有不利影响，更使混凝土产生裂缝的可能性增加，所以使用时应慎重考虑；C3A含量大的水泥(根据我个人和其他人的经验，特别是C A含量大于8%的水泥)，与混凝土外加剂的适应性变差，容易使混凝土出现假凝和塑性裂缝，使用时应提前做与外加剂的适应性试验，等等。更应该明确告诉混凝土界：低标号水泥绝对不是劣质水泥，用它照样可以配出性能很好的高标号混凝土或其它品种的混凝土。因为目前在我国，最了解水泥的当然是水泥界而绝不是混凝土界，所以，水泥界应该责无旁贷地为水泥在混凝土中的正确使用做出贡献。

　　3、水泥界应该为混凝土科学技术的发展做出更大贡献

　　既然我国目前水泥的生产和使用还存在着上述一些问题，那么正确的研究发展方向是什么呢?混凝土的科技在不断地发展，自然而然地会要求水泥界能够生产出对混凝土的耐久性和其它性能更有利的优质水泥来。什么是优质水泥?由于混凝土的复杂性使这个看似简单的问题不易正确地回答。作者从以下几个方面对今后水泥研究和发展的方向提一点粗浅的看法，供水泥界专家同仁在水泥生产时参考：

　　1)水泥颗粒应该和混凝土中的细颗粒级配连续起来，以利混凝土的密实性。目前，我国混凝土中集料的最小颗粒为751~m，而我国水泥中的粗颗粒，大于601~m颗粒含量极少。这就造成了混凝土内60～751~m区段内颗粒短缺，给混凝土的密实性带来不利影响。

　　2)水泥自身颗粒应有合理的级配，以利自身的密实性。许多水泥厂为了提高早期和28d强度，尽量减少水泥中601~m以上颗粒含量。这就人为地造成了窄颗粒分布，对密实性不利。

　　3)有适当的早期强度、较低的水化热和收缩性，以利混凝土的耐久性。从以上分析可以看出：早期强度较高、水化热较大和收缩较大的水泥都增大了混凝土裂缝的可能性，对耐久性不利。

　　以上所说的这些问题，已经引起了我国一些水泥界专家和前辈的重视。我国资深水泥专家乔龄山先生指出了水泥颗粒的最佳颗粒分布曲线——Fuller曲线，并指出调配水泥最佳堆积密度的理论和工艺在欧美一些发达国家日趋普及，在桥梁、隧道以及高性能混凝土和耐磨、耐腐蚀混凝土等工程中都有应用，并取得了很好效果；清华大学阎培渝教授指出：为防止混凝土开裂，必须控制我国水泥出厂强度富裕系数，降低水泥中c，A含量，降低水泥细度等；也有人研究了水泥颗粒表面特性，研究了球形水泥颗粒对混凝土性能的良好影响等。以上这些研究，对我国的水泥发展都起到了良好的指导作用。但是混凝土问题是复杂的，单凭这些研究还是不够的。假如我们把混凝土比做一个复杂的大系统，那么春夏秋冬、晴天雨天、不同工程、甚至同一个工程的不同部位，对水泥这个“支系统”的要求是不一样的(当然也包括施工和养护方法的不同)。所以，提倡多品种，少批量，多生产针对某一个具体环境下具体工程的专用水泥，应该作为我们的发展方向。笔者曾有一个不切实际的梦想：有一天我们的水泥按这样的方式进行生产：施工现场根据工程每个部位结构的不同、施工方法和环境气候条件的不同，向水泥厂提出不同的要求。水泥厂根据这些要求，对水泥的主要成分C3S、C2S、C3A、C4 AF及MgO、SO，和其细度，进行自由调节，生产出完全满足现场要求、对混凝土的耐久性最有利的水泥。这也应该正是我们追求的目标和发展的方向。

  以上主要从混凝土的角度对水泥的生产和发展提出了一些建议和看法。当然，作为混凝土工作者也应不断提高和改进混凝土工艺技术，一方面适应水泥的发展，另一方面对水泥供应商提出具体的技术指标要求，以提高混凝土的耐久性。

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