摘要：由于對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)耐久性的要求，近年出現(xiàn)了高性能混凝土。高性能混凝土是采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作，以耐久性作為設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)，而非片面追求高強(qiáng)度。為提高混凝土質(zhì)量還應(yīng)注意提高砂石料質(zhì)量，要求石子粒徑小、粒形好，砂子粗、級(jí)配恰當(dāng)。研究現(xiàn)代混凝土技術(shù)還需樹(shù)立大系統(tǒng)的觀念，需要各學(xué)科的相互協(xié)作、相互交叉和相互滲透。

  關(guān)鍵詞：混凝土 高性能混凝土 耐久性 砂石料 可持續(xù)發(fā)展

  我國(guó)解放前水泥產(chǎn)量?jī)H幾十萬(wàn)噸，混凝土技術(shù)十分落后，因沒(méi)有規(guī)范而全憑經(jīng)驗(yàn)。1947年，吳中偉教授提出了“混凝土科學(xué)技術(shù)”的概念，并在實(shí)踐中引進(jìn)國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，聯(lián)系我國(guó)的實(shí)際，寫(xiě)出了《怎樣做好混凝土工程》^[1]一書(shū)，書(shū)中提出的混凝土配合比設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易方法后被編入中央重工業(yè)部基建司的《混凝土配合比設(shè)計(jì)》中，自此將我國(guó)的混凝土逐步納入科學(xué)化的軌道。50年來(lái)，我國(guó)水泥和混凝土工業(yè)發(fā)展迅速，水泥產(chǎn)量從1949年的66萬(wàn)t到1997年已達(dá)5.1億t。50年代我國(guó)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度平均為15MPa；70年代平均強(qiáng)度為20MPa，預(yù)應(yīng)力混凝土僅使用40~45MPa;80年代平均強(qiáng)度提高到25~30MPa；近年來(lái)北京地區(qū)大量使用的混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度已達(dá)30~40MPa；C50以上高強(qiáng)度混凝土已在大城市建設(shè)中大量用于預(yù)制構(gòu)件、高層建筑和大跨度橋梁中。高效減水劑的使用，不僅使高強(qiáng)混凝土得以實(shí)現(xiàn)，而且大大改善了混凝土的施工性能，推進(jìn)了預(yù)拌混凝土的發(fā)展，減少了混凝土澆筑的缺陷。這是混凝土技術(shù)進(jìn)步的重要標(biāo)志。

  由于對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)耐久性的要求，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近10年來(lái)出現(xiàn)了高性能混凝土這種新型的混凝土技術(shù)。高性能混凝土應(yīng)用現(xiàn)代混凝土科學(xué)技術(shù)，可提高混凝土結(jié)構(gòu)安全使用壽命，盡量減少造成修補(bǔ)或拆除的浪費(fèi)和建筑垃圾;高性能混凝土可大量利用工業(yè)副產(chǎn)品和廢棄物，盡量減少自然資源和能源的消耗，減少對(duì)環(huán)境的污染;高性能混凝土具有優(yōu)異的施工性能，便于施工，可節(jié)省勞力，減少振搗用電，降低環(huán)境噪聲等，因此高性能混凝土是混凝土可持續(xù)發(fā)展的出路，下一個(gè)世紀(jì)將進(jìn)入高性能混凝土的時(shí)代。但從我國(guó)整體來(lái)看，目前高性能混凝土尚為“陽(yáng)春白雪”，預(yù)拌混凝土也只在少數(shù)大城市中占據(jù)主導(dǎo)地位。高性能混凝土的健康發(fā)展，不僅是科技人員和施工人員的事，而且需要房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)者、設(shè)計(jì)人員、工程監(jiān)理人員和政策法規(guī)制定者的共同努力。 高性能混凝土技術(shù)包含了混凝土制作全過(guò)程的優(yōu)化，并不僅僅是配合比的選擇，它還包含對(duì)原材料的要求和施工技術(shù)。就當(dāng)前我國(guó)這方面的現(xiàn)狀而言，還存在若干影響混凝土技術(shù)發(fā)展的問(wèn)題。本文就其中一些問(wèn)題提出粗淺看法，希望引起討論從而對(duì)我國(guó)混凝土進(jìn)步起一些促進(jìn)作用。

  1混凝土高強(qiáng)不一定耐久

  同世界范圍的發(fā)展趨勢(shì)一樣，近百年來(lái)我國(guó)水泥與混凝土的發(fā)展趨勢(shì)也是不斷提高強(qiáng)度。一方面是由于生產(chǎn)水平的提高，另一方面也是由于使用者的要求。提高混凝土的強(qiáng)度，可以減小構(gòu)件斷面尺寸而增加建筑物的使用空間，降低配筋率、減輕結(jié)構(gòu)自重而提高抗震性能，降低工程總體造價(jià)。

  例如，據(jù)美國(guó)芝加哥地區(qū)結(jié)構(gòu)工程師WillianSchmidt和EdwardSHoffman計(jì)算，為了支撐445kN的使用荷載，每層樓所需的單位比價(jià):當(dāng)使用強(qiáng)度為42MPa的混凝土?xí)r為5.2美元，混凝土強(qiáng)度為52MPa時(shí)為4.21美元，而混凝土強(qiáng)度為62MPa時(shí)則降至3.65美元^[2]。費(fèi)城一高層辦公樓底層鋼筋混凝土柱，保持用鋼量不變，混凝土強(qiáng)度從41MPa提高到55MPa時(shí)，柱子斷面尺寸從915mm×1170mm減小到760mm×760mm，減小了46%^[2]。提高混凝土強(qiáng)度的方法是采用高標(biāo)號(hào)水泥、降低水灰比和增加單方水泥用量，片面提高強(qiáng)度而忽視其他性能的傾向，會(huì)造成水泥生產(chǎn)向大幅度提高比表面積和增加硅酸三鈣、鋁酸三鈣的含量發(fā)展，增加了水泥中水化熱大、收縮傾向大、抗化學(xué)侵蝕性差的組分?；炷林袉畏剿嘤昧吭黾樱苍斐闪嘶炷潦湛s增大和由于內(nèi)部溫升增大、產(chǎn)生溫差應(yīng)力而增加開(kāi)裂的傾向。因此，混凝土的強(qiáng)度和耐久性雖有一定聯(lián)系，但高強(qiáng)不一定耐久;反之，高性能混凝土按耐久性進(jìn)行設(shè)計(jì)，高性能也不一定高強(qiáng)，任何強(qiáng)度的混凝土都可實(shí)現(xiàn)高性能(考慮適用性和經(jīng)濟(jì)性，最好是C30以上)。然而，有不少人仍然認(rèn)為高強(qiáng)度才是高性能。為了競(jìng)相顯示自己的技術(shù)力量，不少工程技術(shù)人員紛紛配制出C80、C100的超高強(qiáng)混凝土。這種以高強(qiáng)度來(lái)標(biāo)志混凝土科技進(jìn)步的觀念，即從低強(qiáng)度混凝土到中等強(qiáng)度，再到高強(qiáng)度以至超高強(qiáng)度混凝土，長(zhǎng)期以來(lái)已被公認(rèn)。這種過(guò)分重視強(qiáng)度以致忽視甚至無(wú)視耐久性等重要性能的錯(cuò)誤觀念，卻為水泥基材料的進(jìn)步和土木工程帶來(lái)了極大的損失。

  混凝土的最大缺點(diǎn)是破壞時(shí)呈脆性。這種脆性破壞的傾向隨強(qiáng)度的提高而增加，如圖1、2的實(shí)例所示。

  由圖1可見(jiàn)，混凝土的強(qiáng)度越高，在荷載作用下破壞之前的塑性變形階段越短。圖2為只在受拉區(qū)配筋的梁，延性比為梁在破壞荷載下的撓度和使鋼筋屈服荷載下梁的撓度之比，ρ'/ρ⁰為配筋率與極限配筋率之比。由圖2可見(jiàn)，混凝土強(qiáng)度從26MPa提高到63MPa時(shí)，盡管受拉鋼筋配筋率隨之增加。而梁的撓度延性比也隨之下降。同樣，柱子的抗震延性比亦隨混凝土強(qiáng)度的提高而下降^[3]。 近年來(lái)，由于擔(dān)心施工單位偷工減料，有些設(shè)計(jì)人員將混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度提高一個(gè)等級(jí);試驗(yàn)技術(shù)人員在試配時(shí)擔(dān)心一線施工質(zhì)量不能保證，又取較大的標(biāo)準(zhǔn)差值，使配制強(qiáng)度又幾乎提高一等。對(duì)于高強(qiáng)混凝土更是如此，這等于又提高了混凝土強(qiáng)度等級(jí)，進(jìn)一步增加了脆性。對(duì)地震區(qū)的結(jié)構(gòu)而言，則是增加了不安全的因素。

  對(duì)結(jié)構(gòu)而言，構(gòu)件斷面不僅與強(qiáng)度有關(guān)，還有剛度的要求。無(wú)論強(qiáng)度多高，也要保證最小的斷面尺寸，因此對(duì)強(qiáng)度的要求也是有限的。像追求體育運(yùn)動(dòng)成績(jī)那樣追求混凝土的高強(qiáng)度是沒(méi)有意義的。希望將有限的力量轉(zhuǎn)到提高高強(qiáng)混凝土韌性的研究上，這是高強(qiáng)混凝土研究的難題——表現(xiàn)為其抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度比、斷裂能和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性比。

  2 什么是高性能混凝土

  混凝土高強(qiáng)就是高性能的觀點(diǎn)已被高強(qiáng)不一定耐久所否定，但仍有人認(rèn)為高性能混凝土必須是高強(qiáng)混凝土。從目前已取得的效果以及從工程安全性與安全使用期等要求來(lái)講，高強(qiáng)混凝土必須是高性能混凝土。因此高強(qiáng)混凝土應(yīng)當(dāng)包括在高性能混凝土之中，而不是相反。如果強(qiáng)調(diào)高性能混凝土必須高強(qiáng)，則必然大大限制高性能混凝土的應(yīng)用范圍。大量使用的鋼筋混凝土建筑物和構(gòu)筑物對(duì)強(qiáng)度要求并不高，但應(yīng)當(dāng)是耐久的。因此高性能混凝土應(yīng)不只是高強(qiáng)度，而應(yīng)包括各強(qiáng)度等級(jí)，這樣才有廣闊的應(yīng)用范圍。提高混凝土的技術(shù)水平和質(zhì)量，才能成為混凝土的發(fā)展方向。

  還有人認(rèn)為，摻用礦物細(xì)摻料的混凝土就是高性能混凝土。吳中偉教授對(duì)高性能混凝土的定義為:高性能混凝土是一種新型的高技術(shù)混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土，是以耐久性作為設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)的。針對(duì)不同用途要求，對(duì)下列性能應(yīng)有重點(diǎn)地予以保證，即耐久性、施工性、適用性、強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。為此，高性能混凝土配制的特點(diǎn)是低水膠比，選用優(yōu)質(zhì)材料，除水泥、水、集料外，必須摻加足夠數(shù)量的礦物細(xì)摻料和高效外加劑 ^[4] 。圖3顯示了配制混凝土 所采取的措施對(duì)達(dá)到高性能的影響。其中采用低水膠比的目的是降低混凝土溫升、增強(qiáng)硬化前后混凝土的體積穩(wěn)定性，同時(shí)也是摻用礦物細(xì)摻料的要求^[5] ;摻用優(yōu)質(zhì)礦物細(xì)摻料的目的是為了提高施工性、體積穩(wěn)定性、密實(shí)性和抗化學(xué)侵蝕性，同時(shí)因降低水膠比和混凝土溫升而提高耐久性;使用高效減水劑的目的是保證混凝土拌合物的施工性;優(yōu)異的施工性又保證了混凝土的密實(shí)成型而提高了耐久性。

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  因此，摻用礦物細(xì)摻料只是提高混凝土性能的一個(gè)措施，而且，礦物細(xì)摻料不是簡(jiǎn)單的摻用，必須根據(jù)工程具體要求選用合適品質(zhì)的細(xì)摻料，有時(shí)還需恰當(dāng)?shù)貜?fù)合摻用，更不是水泥的簡(jiǎn)單取代。

  還有人希望高性能混凝土是“傻瓜混凝土”“什么人都能做”。這種想法源于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)一線施工人員素質(zhì)下降而影響混凝土施工質(zhì)量的無(wú)奈。實(shí)際上，任何高技術(shù)都是在解放一線工人勞動(dòng)力的同時(shí)，卻對(duì)技術(shù)人員的素質(zhì)提出了更高的要求。高性能混凝土由于其優(yōu)異的施工性能，給施工帶來(lái)方便，可消除由于振搗不勻而造成的缺陷，因此降低了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)一線工人的要求。但是高性能混凝土的性能對(duì)原材料和配合比的變動(dòng)更加敏感。低水膠比、多細(xì)摻料和高效減水劑使拌合物具有不同于普通混凝土的流變特性，要求技術(shù)人員和管理人員熟悉這種特性和質(zhì)量控制的技術(shù)。因此高性能混凝土對(duì)工人要求低了，而對(duì)技術(shù)人員和管理人員卻要求高了，僅有合理的配合比是達(dá)不到高性能的。

  3 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程與高性能混凝土的關(guān)系

  沒(méi)有規(guī)矩不成方圓，任何科學(xué)技術(shù)在工程上應(yīng)用都必須依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和規(guī)程，但科學(xué)技術(shù)又總是先行的，即標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和規(guī)程總是滯后的。如果只是嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范而不考慮科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，則勢(shì)必阻礙科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。在高性能混凝土技術(shù)的研究和推廣應(yīng)用中，也必然遇到這個(gè)問(wèn)題。例如由于高性能混凝土摻用高效減水劑，使用很低的水膠比，對(duì)水泥流變性能的要求高于對(duì)強(qiáng)度的要求，按照現(xiàn)行ISO標(biāo)準(zhǔn)在水灰比為0.5的條件下進(jìn)行檢驗(yàn)的水泥流變性能，就不能反映水泥在高性能混凝土中的行為^[6] 。

  事物都具有兩面性。在一定時(shí)期、一定的條件下，優(yōu)點(diǎn)突出的事物，其缺點(diǎn)往往會(huì)被忽視。在注意到一種傾向時(shí)，必須注意被掩蓋的另一種傾向，以免走彎路。例如目前我國(guó)修訂水泥標(biāo)準(zhǔn)的主要目的是“與國(guó)際接軌”，這是WTO的要求。通過(guò)推行修訂后的水泥標(biāo)準(zhǔn)，可望提高優(yōu)質(zhì)水泥熟料的產(chǎn)量，優(yōu)化我國(guó)水泥生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)。按照新標(biāo)準(zhǔn)52.5號(hào)水泥必須達(dá)到舊標(biāo)準(zhǔn)的625號(hào)的強(qiáng)度，也就是說(shuō)，實(shí)行新標(biāo)準(zhǔn)后，現(xiàn)有水泥強(qiáng)度必須提高一個(gè)等級(jí)。如前所述，目前提高水泥強(qiáng)度的路線主要是提高C3A和C3S的含量及水泥的比表面積。其結(jié)果是，在強(qiáng)度(尤其是早期強(qiáng)度)提高的同時(shí)，卻降低了后期強(qiáng)度增長(zhǎng)率、儲(chǔ)存的性能和抗化學(xué)腐蝕的能力，提高了水化熱，增加了收縮，流變性能變差。在高性能混凝土的推廣應(yīng)用中，高效減水劑與水泥相容性的問(wèn)題也因此而更加突出。因此修改后的水泥標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后，是否可以在現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中增加如下相應(yīng)的附加規(guī)定。

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  (1)按摻用高效減水劑的低水膠比混凝土流變性能優(yōu)化石膏的摻量^[7]，則水泥中的SO3含量比現(xiàn)有按水灰比0.5優(yōu)化的SO3含量提高約0.5個(gè)百分點(diǎn)。

  (2)按綠色混凝土^[8]的思路，高性能混凝土中礦物細(xì)摻料摻量將超過(guò)50%。大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，應(yīng)按不同用途突破現(xiàn)行規(guī)定的限量，以緩解水泥強(qiáng)度提高帶來(lái)的負(fù)面影響。

  (3)在水泥強(qiáng)度提高的情況下，也應(yīng)相應(yīng)提高混凝土強(qiáng)度。我國(guó)水泥標(biāo)準(zhǔn)修訂前，很多地區(qū)仍然大量使用425號(hào)以上的水泥配制C20混凝土，由于有最小水泥用量限制，不得不采用0.6甚至0.7的水灰比，致使混凝土的耐久性很差，這無(wú)疑是很大的浪費(fèi)。

  (4)除非特殊的用途(如冬期施工、搶修工程)，建議盡量不用早強(qiáng)水泥，以免影響混凝土的耐久性。

  4 混凝土的可持續(xù)發(fā)展與砂石的危機(jī)

  可持續(xù)發(fā)展是以保護(hù)資源和環(huán)境以及節(jié)省能源為前提的。從少用水泥、摻用以工業(yè)廢料為主的礦物細(xì)摻料以及本身的耐久性等方面考慮，高性能混凝土是符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的。但混凝土中的砂石料占總量的70%以上，砂石的生產(chǎn)和質(zhì)量也影響到混凝土能否可持續(xù)發(fā)展的問(wèn)題。

  由于砂石原料來(lái)源廣泛易得，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉而長(zhǎng)期不受重視，被一些人認(rèn)為是取之不盡的材料而隨意浪費(fèi)。近年來(lái)由于混凝土用量的猛增，對(duì)砂石產(chǎn)量的需求大大增加，原有較大規(guī)模的砂石生產(chǎn)廠家的產(chǎn)量不能滿足要求而出現(xiàn)了大量不具規(guī)模的作坊式私人采石場(chǎng)。有的一座山有幾十個(gè)采石場(chǎng)，多采用安全措施很差的炸藥爆破和落后的破碎機(jī)破碎。采用這種工藝，強(qiáng)度越高的巖石，針、片狀顆粒越多;粒徑越小，針、片狀顆粒越多。為保證針、片狀顆粒總量不超標(biāo)，幾乎都將10mm以下的顆粒篩除。加工后產(chǎn)生的石粉量也很大，因此石子的生產(chǎn)過(guò)程中資源的浪費(fèi)嚴(yán)重，而且質(zhì)量越來(lái)越差。例如對(duì)石子的要求偏重于強(qiáng)度，而對(duì)石子的級(jí)配則只有在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，實(shí)際上似乎越來(lái)越令人無(wú)可奈何。90年代初之前北京的石子空隙率一直為40%~43%，而目前已達(dá)46%以上，甚至達(dá)到48%以上。廣東一帶石子空隙率甚至達(dá)50%。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，建筑工程使用的石子為連續(xù)級(jí)配，最小粒徑為5mm;而目前實(shí)際混凝土用碎石一般做不到5mm以上連續(xù)級(jí)配。廣東一帶的石子則全部以??一、三??或??二、四??出售，即粒徑10~30mm或20~40mm。北京的石子實(shí)際上也沒(méi)有10mm以下的顆粒。石子中針、片狀顆粒含量居高不下。砂子的開(kāi)采更是無(wú)序，有的采砂場(chǎng)方圓不過(guò)幾十米，設(shè)備只有一條船、一輛拖拉機(jī)、一個(gè)篩子、一臺(tái)磅秤。濫采濫用的結(jié)果，使一些大城市已經(jīng)越來(lái)越買不到高性能混凝土所需級(jí)配良好的粗砂。用現(xiàn)有的砂石必須增加漿骨比和高效減水劑摻量來(lái)滿足拌合物流動(dòng)性的要求，不僅不經(jīng)濟(jì)，而且使混凝土彈性模量降低，收縮增大，從而影響耐久性。

  在混凝土的原材料中，人們長(zhǎng)期以來(lái)只注重水泥的質(zhì)量而忽視砂石的質(zhì)量。盡管有砂石的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，卻難以按標(biāo)準(zhǔn)控制砂石的生產(chǎn)。高性能混凝土要求石子粒徑小、粒形好，砂子粗，級(jí)配恰當(dāng)，這在目前的砂石生產(chǎn)狀況下很難滿足。

  只有使砂石的生產(chǎn)集約化，達(dá)到一定的規(guī)模，才有力量改造目前落后的生產(chǎn)工藝、進(jìn)行科學(xué)的質(zhì)量控制和管理以及下腳料的綜合利用。否則，任憑市場(chǎng)盲目競(jìng)爭(zhēng)，不僅子孫后代沒(méi)有砂石用，眼前即將出現(xiàn)砂石的危機(jī)，混凝土將無(wú)法持續(xù)發(fā)展。

  節(jié)約資源一方面需要科學(xué)開(kāi)采，另一方面還需要科學(xué)使用，這就需要我們糾正一些觀念。例如對(duì)石子，如果控制了風(fēng)化(軟弱)顆粒、含泥(細(xì)粉)量，對(duì)強(qiáng)度不必要求太高，則破碎后的粒形好，等徑狀顆粒多，針片狀顆粒少，對(duì)混凝土強(qiáng)度影響很小。因?yàn)橄鄬?duì)于混凝土的強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，天然巖石的強(qiáng)度是足夠的。即使是強(qiáng)烈風(fēng)化的低強(qiáng)度花崗巖，其巖石抗壓強(qiáng)度也達(dá)80~100MPa。石子對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響主要是界面。當(dāng)石子和混凝土彈性模量差別很大時(shí)(例如低強(qiáng)度混凝土使用高強(qiáng)度石子)，在水泥水化減縮和溫度、濕度變化時(shí)，二者變形不一致，會(huì)導(dǎo)致界面產(chǎn)生微裂縫，成為混凝土的薄弱環(huán)節(jié)；如果二者彈性模量差別縮小，則界面結(jié)合可得到加強(qiáng)。輕骨料混凝土的強(qiáng)度可以大大高于輕骨料的強(qiáng)度，主要是由于界面的作用。由表1的實(shí)例可見(jiàn)，所用石子中深康風(fēng)化粗粒花崗巖強(qiáng)度低，但粒形好，混凝土的水膠比為0.31時(shí)，拌合物施工性能好，28d抗壓強(qiáng)度達(dá)71.3MPa;烏石谷致密石灰?guī)r的強(qiáng)度很高，但不僅針、片狀顆粒多，多數(shù)是不夠針、片狀標(biāo)準(zhǔn)的長(zhǎng)條狀和扁狀顆粒，水膠比為0.33時(shí)拌合物坍落度也只有148mm，此時(shí)混凝土28d強(qiáng)度為68.8MPa。這說(shuō)明混凝土性能對(duì)水膠比要比對(duì)石子強(qiáng)度敏感，而石子的粒形對(duì)混凝土施工性的影響則更重要。

  放寬對(duì)石子強(qiáng)度的要求，可擴(kuò)大石子的可用資源、減少加工過(guò)程中的浪費(fèi)，同時(shí)可提高石子的總體質(zhì)量。

  另一個(gè)例子是，近年出于預(yù)防混凝土中堿-骨料反應(yīng)的考慮，對(duì)石子的堿活性進(jìn)行了控制。這是對(duì)混凝土耐久性重視的表現(xiàn)，值得慶幸。但另一方面卻限制了大量資源的利用。據(jù)調(diào)查，北京地區(qū)石子十之八九具有潛在堿活性。眾所周知，混凝土中堿-骨料反應(yīng)的發(fā)生條件除骨料具有堿活性外，必須是使用高堿的水泥，必要條件則是有水。在相同條件下影響堿-骨料反應(yīng)的因素還有混凝土的水膠比、骨料粒徑、溫度以及環(huán)境(如干濕交替會(huì)加速反應(yīng))等。在混凝土中摻入足夠量含有活性SiO2的礦物細(xì)摻料能使堿-骨料反應(yīng)完全得到抑制。圖4、5為在水泥中摻入礦渣或粉煤灰時(shí)的抑制情況。可見(jiàn)抑制堿-骨料反應(yīng)的礦物細(xì)摻料礦渣摻量為40%，粉煤灰摻量為30%。

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  降低混凝土的水膠比，對(duì)堿-骨料反應(yīng)也有緩解作用，尤其是室內(nèi)不接觸水的構(gòu)件，更沒(méi)有發(fā)生堿-骨料反應(yīng)的環(huán)境條件。因此在推行高性能混凝土后，具有堿活性的骨料也可利用。然而對(duì)骨料的粒形、粒徑和級(jí)配等影響高性能混凝土性能的品質(zhì)應(yīng)當(dāng)給予更大的重視。

  5 現(xiàn)代混凝土技術(shù)的進(jìn)步和大系統(tǒng)的觀念

  人類進(jìn)入現(xiàn)代文明時(shí)期以后，任何重大發(fā)明創(chuàng)造和技術(shù)進(jìn)步都不可能是個(gè)人的行為，社會(huì)越發(fā)展，越需要各學(xué)科的互相協(xié)作、互相交叉和互相滲透。

  長(zhǎng)期以來(lái)，水泥、混凝土、鋼筋混凝土構(gòu)件和工程結(jié)構(gòu)被劃分屬于不同學(xué)科，在不同領(lǐng)域的不同層次(level)上或?qū)Σ煌叨?scale)的對(duì)象進(jìn)行研究，在工程上也分屬不同行業(yè)。例如，一般水泥的研究屬于微觀和亞微觀(或稱細(xì)觀)層次，主要用化學(xué)和物理化學(xué)的方法研究熟料燒成和水泥的水化;混凝土的研究主要在宏觀(粗觀)層次上用物理和力學(xué)方法進(jìn)行;鋼筋混凝土構(gòu)件的研究則完全在宏觀層次上用力學(xué)方法進(jìn)行，其間的關(guān)系是上一層次只要了解下一層次的結(jié)果。實(shí)際上，水泥，特別是混凝土，是一種復(fù)雜的、非均質(zhì)的多相體，水泥漿體、混凝土，以至鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的行為都不能用其中各組分單個(gè)行為的簡(jiǎn)單疊加來(lái)表征。即不同層次上研究的結(jié)果均不能簡(jiǎn)單地外推。在相同水灰比(水膠比)和外界條件下，有些細(xì)摻料在砂漿和混凝土中的行為是不同的。例如頁(yè)巖灰是一種很好的細(xì)摻料，其最佳摻量在水泥中是30%，而在混凝土中則是20%;在混凝土中摻入硅灰時(shí)，混凝土強(qiáng)度隨硅灰的摻量而提高;但在水泥中，水泥強(qiáng)度并不隨硅灰的摻量而變化，說(shuō)明混凝土的行為并不取決于水泥單獨(dú)的性質(zhì)和行為。這是由于眾所周知的界面的存在所引起的，如果把不同層次各自研究的結(jié)論簡(jiǎn)單地放在一起，就會(huì)發(fā)生各性質(zhì)及各因素之間的相互制約或矛盾。應(yīng)當(dāng)是將水泥放在混凝土中、混凝土放在鋼筋混凝土構(gòu)件中、鋼筋混凝土構(gòu)件放在工程中、工程放在環(huán)境(自然的和社會(huì)的)中進(jìn)行研究，才能使各層次間的關(guān)系達(dá)到對(duì)立的統(tǒng)一。

  過(guò)去，在各層次研究分離的情況下，本應(yīng)是整體的水泥-混凝土-工程結(jié)構(gòu)，由于分屬不同領(lǐng)域，造成其工程技術(shù)人員"隔行"。在當(dāng)前進(jìn)入高性能混凝土?xí)r代之際，會(huì)出現(xiàn)矛盾而影響工程質(zhì)量和混凝土科技的進(jìn)步。例如，隨著建設(shè)的發(fā)展，工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員要求提高混凝土強(qiáng)度，提高混凝土強(qiáng)度則要求水泥提高標(biāo)號(hào)(為了工程的進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)的緣故還要求提高水泥早期強(qiáng)度);而不懂混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員并不知道 混凝土的強(qiáng)度是怎樣提高的;混凝土的生產(chǎn)者也不了解水泥標(biāo)號(hào)(或早期強(qiáng)度)的提高是采取了什么措施，而這種措施反過(guò)來(lái)會(huì)對(duì)混凝土的其他性能和工程有什么影響。水泥的生產(chǎn)者并不了解混凝土技術(shù)的進(jìn)展，不知道水泥的性質(zhì)如何與混凝土技術(shù)相適應(yīng)，結(jié)果導(dǎo)致發(fā)生使用外加劑的混凝土流變性能的問(wèn)題、大體積混凝土的溫度應(yīng)力問(wèn)題、收縮開(kāi)裂的問(wèn)題、混凝土的長(zhǎng)期性能問(wèn)題等。水泥最終要體現(xiàn)到工程上去，向工程滲透，才能符合工程實(shí)際?；炷量茖W(xué)技術(shù)人員不僅要了解水泥除強(qiáng)度以外的各種物理力學(xué)性能，而且要增加一些水泥組成和工藝的知識(shí)，還應(yīng)了解施工的知識(shí)和結(jié)構(gòu)、構(gòu)造的知識(shí);反之，結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)和施工技術(shù)人員必須深化水泥、混凝土的知識(shí)，才能知道如何對(duì)水泥提出全面而正確的要求，并正確地使用混凝土?，F(xiàn)在許多房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)者規(guī)定由甲方采購(gòu)和供應(yīng)主要原材料，因而需要房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)者、工程監(jiān)理人員也懂得水泥、砂石、外加劑等原材料的何種組分和性質(zhì)對(duì)混凝土有何種影響;懂得結(jié)構(gòu)和施工的知識(shí)，而且知識(shí)要不斷更新，否則不僅會(huì)阻礙技術(shù)進(jìn)步，而且還會(huì)影響工程質(zhì)量。即社會(huì)越進(jìn)步，就越需要基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)和知識(shí)面寬的技術(shù)人員，在任何領(lǐng)域中，若只憑經(jīng)驗(yàn)，固執(zhí)己見(jiàn)，不能接受新事物，只會(huì)成為新技術(shù)的絆腳石。

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