混凝土最小水泥用量

混凝土最小水泥用量一.前言混凝土配合比设计过程中一般都要考虑相应标准规范对最小水泥用量和最大水灰比的一些规定。特别是对最小水泥用量的要求,往往成为一个混凝土配合比能否在工程中应用的重要判别依据,混凝土是否满足最小水泥用量要求,也成为建设方、监理方及各级监督检查,甚至工程创杯评优的硬性指标。那么混凝土配合比中的最小水泥用量要求如何把握,规范标准的水泥用量要求能否随着高质量矿物掺合料的广泛应用,以及高性能混凝土的发展,与时俱进的进行调整;进而通过讨论减少一些对混凝土配合比中“水泥”这一概念的认识误区,这是笔者拟与广大同行人士讨论的几个问题。二.混凝土配合比中最小水泥用量要求的由来众所周知,水泥是普通混凝土的主要组成材料之一,单方混凝土的水泥用量对混凝土强度、工作性、耐久性等各方面性能影响十分重要。在普通混凝土配合比设计中提出最小水泥用量要求,是保证混凝土耐久性,满足混凝土拌合物工作性的重要技术措施。自我国第一本正式颁发的《钢筋混凝土工程施工及验收规范》GBJ10-65国家标准中就明确提出:混凝土的最大水灰比和最小水泥用量,应遵守表1的规定。在以后1983年、1992年修编的混凝土结构工程施工及验收规范等国家标准中对表1虽作过局部修改,但具体数值要求一直没有降低,个别还有些提高。目前我国现行的《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011行业标准,要求当进行混凝土配合比设计时,混凝土的最大水灰比和最小水泥用量,应符合表2中的规定。同时,对抗渗混凝土要求每立方米混凝土中的水泥和矿物掺合料总量不宜小于320kg/m3。要求泵送混凝土的水泥和矿物掺合料的总量不宜小于300kg/m3。另外,现行的其它一些规范规程也对最小水泥用量更有一些具体规定。诸如:(1)《地下防水工程质量验收规范》GB50208-2002第41113条要求:防水混凝土的配合比,水泥用量不得少于300kg/m3;掺有活性掺合料时,水泥用量不得少于280kg/m3;水灰比不得大于0.55。(2)《混凝土外加剂应用技术规范》GB50119-2003第71314条要求:掺防冻剂的混凝土配合比水灰比不宜超过0.60;水泥用量不宜低于300kg/m3,重要承重结构,薄壁结构的混凝土水泥用量可增加10%。第81512条要求:掺膨胀剂的混凝土配合比设计,胶凝材料最少用量(水泥、膨胀剂和掺合料的总量)应符合补偿收缩混凝土300kg/m3,填充用膨胀混凝土350kg/m3,自应力混凝土500kg/m3。水胶比不宜大于0.5。(3)《建筑工程冬期施工规程》JGJ104-94第71113条要求:混凝土冬期施工应优先选用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥,水泥标号不应低于425号。最小水泥用量不应少于300kg/m3,水灰比不应大于0.6。(4)《混凝土泵送施工技术规程》JGJ/T10-95第31217条要求泵送混凝土的最小水泥用量宜为300kg/m3。诸如此类,林林总总的规范标准对最小水泥用量都有明确的数字要求。其它一些技术规定也相应提出具体要求,甚至一些地方标准、企业标准按照严于国家标准的编制原则,对最小水泥用量的数值还一再提高,或将原标准规定为“宜”和“不宜”的要求,又升格为“应”或“不应”,造成目前的一些从业人员,在混凝土结构施工过程中,将混凝土配合比中最小水泥用量的限制视为控制混凝土施工质量非常重要的一个环节,甚至陷入水泥用量宁多勿少的认识误区。2我国水泥标准的变化及现状解放以来,我国颁发的水泥产品国家标准自1953年首次统一标准开始,先后经历了1956年,1962年,1977年,1992年和1999年的五次制订修订过程,其中的1977年,1992年,1999年近三次是较大的标准修订过程。简要回顾如下:1953年,我国首次采用日本的水泥强度试验方法(日本软练法)和原苏联的水泥标号划分原则,第一次统一了我国的水泥标准。1956年正式以原苏联标准为蓝本制订了我国的《普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥与火山灰质硅酸盐水泥》标准和《水泥物理检验标准方法》、《水泥试验用标准砂》等相关标准,形成了以原苏联标准的“硬练”方法检验水泥强度的标准格局。到1977年国家按照水泥产业发展需要,为克服原标准的一些不足,改为按照国际上较多国家采用的“软练”试验方法,检验水泥胶砂强度。并修订颁发了GB175-77《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》;GB1344-77《矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥与粉煤灰硅酸盐水泥》;GB177-77《水泥胶砂强度检验方法》;GB178-77《水泥试验用标准砂》;GB1345-77《水泥细度检验方法(筛析法)》和GB1346-77《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》等一套水泥新标准。1992年的标准修订是在1977年标准的基础上,为提高水泥产品质量,对水泥的技术指标在采用法定计量单位的同时进行较大调整,并确定水泥最低标号为325号,提高了普通水泥的细度要求,增加了早强型水泥品种。使水泥产品向高强、早强方向迈了一大步。1999年按照我国加入WTO的总要求,为与国际标准接轨,提高水泥产品实物质量,从水泥胶砂强度检验方法入手,改变了沿用二十几年的低水灰比,低胶砂比的强度检验方法,改用ISO法,对水泥强度进行检验。同时,将水泥标号改称为强度等级,又进一步提高了水泥强度等级的最低要求,取消了原标准中的325号水泥。笔者将我国水泥标准几次主要修订后,水泥强度换算对照关系及最低强度等级(标号)的变化作了一个简单统计(见表3)。以普通硅酸盐水泥为例,不难看出近四十年来由于水泥标准的变化,致使现在所应用的水泥与老标准的水泥相比强度不断攀高的过程。在水泥强度不断攀升的同时,我国的钢筋混凝土工程施工及验收规范对混凝土应用水泥的强度等级,也从GBJ10-65的水泥标号不得低于300号的规定,自然演变到现在水泥最低强度等级32.5级的现状。即从原来可以使用300号水泥拌制混凝土,变成现在必须使用比原标准500号水泥还要高的水泥拌制混凝土的现状(当然混凝土技术向高强度方向发展也需要高强度的水泥)。特别是,自1999年水泥国家标准修订之后,虽然淘汰了一些生产工艺落后的小水泥厂,从宏观上保证了水泥产品质量,但也迫使一些具备规模的水泥厂,不得不采取进一步提高水泥磨细程度,增加熟料中C3S和C3A含量的措施来满足新的检验方法对水泥强度,特别是早期强度的要求。从而打破了我国水泥熟料矿物组成C3S一般占37%～60%,C2S一般占15%～37%,C3A一般占7%～15%(编者注:一般不宜超过8%,为满足防裂要求也有的专家提出C3A含量应在5%以下),C4AF一般占9%～16%的成分组成。个别生产厂水泥熟料中C3S的含量显著大于60%,C3A的含量也居高不下。至使近些年施工的混凝土工程经常发生开裂现象,一些水泥与高效减水剂的相容性差,碱含量和水化热增高,混凝土材料的耐久性降低。为此,一些专家学者纷纷呼吁“从耐久性出发,建议在混凝土中减少水泥用量,代之以抗裂性较好的矿物掺合料(如粉煤灰)”[1]。从混凝土行业发展方向来看,高性能混凝土的应用和引入绿色混凝土的概念才是符合我国国情和可持续发展的战略,所以在水泥标准的引导上不必过于倡导高强和早强,混凝土的配合比也不一定要求更多更大的水泥用量(不包括矿物掺合料)3几点建议3.1宜在标准规范修订过程中适当弱化最小水泥用量要求在混凝土配合比设计过程中,保持必需的最小水泥用量无可非议。笔者只是建议今后在修订相关标准规范的过程中,能够随着混凝土材料和混凝土技术的发展,在保证混凝土质量(包括强度、工作性、耐久性和经济性等)的前提下,将最小水泥用量要求,规定和表述的更加科学,更有益于技术进步,更有益于贴近实验和实践,减少强制性,提倡引导性,给先进企业或先进技术留出适量创造发挥的空间。同时,减少执行标准规范的机械性和一些生搬硬套,盲目追求符合规范的不负责任,不担责任的错误理解和执行的不正常状况。目前在执行现行标准规范时,难免碰到一些经试验和实践验证成熟可*的技术,在实际应用时会遇到现行规范制约的情况。例如:商品混凝土生产目前大多数搅拌站都应用高效减水剂和掺加矿渣粉、粉煤灰等活性矿物掺合料,尽可能地降低水泥用量。在上述条件下,C30甚至C35、C40的混凝土每m3水泥用量大多不超过300kg/m3(P·O4215级水泥),但冬期施工时,搅拌站真实的配合比资料,提供给施工单位,有时就会被一些施工、监理或其它方面人员所否决,认为不符合《建筑工程冬期施工规程》JGJ104-97关于最小水泥用量不应少于300kg/m3的规定。同时《混凝土外加剂应用技术规范》GB50119-2003的防冻剂一节也有相近规定。C20及以下的混凝土配合比常常因为水灰比(水胶比)大于0.6而被提出质疑。又如:在地下防水混凝土工程施工时,由于掺加少量膨胀剂提高混凝土的抗渗性,替代了部分水泥,使水泥用量合理减少。而《地下防水工程质量验收规范》GB50208-2002和《混凝土外加剂应用技术规范》GB50119-2003第81512条都规定:防水混凝土的水泥用量不得少于300kg/m3或320kg/m3,当掺有活性掺合料时,水泥用量不得少于280kg/m3。此时混凝土公司只得按照规范要求,在混凝土满足抗渗性和强度的前提下,不得不在混凝土中增加水泥用量,以满足不少于280kg/m3的要求,有时甚至出现C25,C30,C35强度等级的抗渗混凝土配合比水泥用量均为280kg/m3的不正常情况。还有一些地方标准规定:泵送混凝土的水泥用量不得少于300kg/m3。这可能是源于我国建设行业标准《混凝土泵送施工技术规程》JGJ/T10—95中的要求。但JGJ/T10-95为推荐性标准,同时对泵送混凝土的最小水泥用量还是要求“宜”为300kg/m3,该地方标准的“不得”少于300kg/m3,其理由可能是为了“严于国家标准”吧。实际工作中诸如地下工程,基础底板厚度超过1m以上,应视为大体积混凝土。即是大体积混凝土,就要考虑尽最大限度降低水泥的水化热,防止产生温度裂缝。为此,混凝土配合比设计途径,一可选用低热水泥,二要降低水泥用量。此时就同时要受《地下防水工程质量验收规范》GB50208-2002的约束,因为地下建筑物设计大都要考虑防水功能,选用的施工材料大多是防水混凝土。混凝土的配合比设计一方面要考虑最大限度降低水泥用量,另一方面还必须满足地下防水规范较高的最小水泥用量要求,左右不得其解的矛盾状态真是觉得无奈。有鉴于此,笔者建议国家有关部门,在水泥强度等级不断提高的情况下,在今后修订混凝土有关规范标准时,有限度地弱化最小水泥用量要求。规范标准之间要加强协调,减少互相引用,重复提出具体数据要求的内容。尽可能地减少执行过程中,易产生多种理解和误解的情况。3.2在标准规范中应进一步将“水泥”这一概念具体化水泥作为一种建筑材料,它的定义在国家标准《水泥的命名、定义和术语》GB/T4131-1997中已有明确介定:水泥—加水拌和成塑性浆体,能胶结砂、石等适当材料并能在空气和水中硬化的粉状水硬性胶凝材料。在相关建设工程的标准规范中,“水泥”一词目前常有两种含义。一种为狭义的“水泥”,即专指符合水泥国家标准的水泥产品;再一种为广义的“水泥”,即是后边应加括号注明,包括活性矿物掺合料的广义的“水泥”。由于不同标准规范,编制人及文字表述的方式不同,目前在规范文本上对广义的“水泥”大体有三种表述方式,如:(1)《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2000在混凝土的最大水灰比和最小水泥用量表41014注中明确“当用活性掺合料取代部分水泥时,表中的最大水灰比及最小水泥用量即为替代前的水灰比和水泥用量”。规程执行者不难理解,所指“水泥”为广义上的水泥,是指水泥和矿物掺合料的总称。(2)《混凝土外加剂应用技术规范》GB50119-2003第81512条表述为胶凝材料最小用量(水泥、膨胀剂和掺合料的总量)应符合规定。此时广义的“水泥”含义用胶凝材料表达。即将混凝土中的水泥、膨胀剂和掺合料的总量通称胶凝材料。(3)同时是GB50119-2003第71314条