外加劑與混凝土
2005-04-12 00:00
（摘要） 外加劑，主要是高效減水劑的應(yīng)用，使混凝土技術(shù)發(fā)生了巨大的變化。全面認(rèn)識(shí)變化帶來的影響，更新觀念、更新知識(shí)去應(yīng)對(duì)與解決工程應(yīng)用中出現(xiàn)的新問題。以滿足基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的需要，是我們面臨的十分緊迫且富有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。
(關(guān)鍵詞) 外加劑 水膠比 自生收縮 工作度 多組分配比 設(shè)計(jì)方法
一、概述
20世紀(jì)初，水泥生產(chǎn)的工業(yè)化使混凝土逐漸成為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的基本材料；30年代以后，隨著生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，水泥中的早強(qiáng)礦物C3S含量不斷增加、粉磨細(xì)度不斷加大，混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展的加速給業(yè)主和承包商帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。但是由于普通減水劑的分散作用有限，混凝土的水灰比難以降低，所以直到20世紀(jì)七十年代，就是當(dāng)時(shí)混凝土技術(shù)領(lǐng)先的美國(guó)在工程中使用的，拌合物坍落度還不大的混凝土最高強(qiáng)度也只有5000psi（圓柱體試件34.6MPa，相當(dāng)于立方體試件40.6MPa）。
但也就是在那一時(shí)期，德國(guó)和日本通過應(yīng)用流動(dòng)混凝土將高效減水劑推向市場(chǎng)。而硅鐵合金生產(chǎn)發(fā)達(dá)的挪威等國(guó)則開始將硅灰用到混凝土中。到了1983年9月，美國(guó)雜志“混凝土國(guó)際”上登載了瑞士SIKH 公司Burge發(fā)表的一篇文章“14000psi in 24hours”(意思是1 天強(qiáng)度達(dá)到100MPa)。該文章震驚了全美國(guó)，被稱為最引人轟動(dòng)的混凝土技術(shù)上的突破。
到20世紀(jì)80年代末90年代初，美國(guó)的芝加哥等地已蓋起多棟高強(qiáng)混凝土的高層建筑， 28d抗壓強(qiáng)度可達(dá)130MPa。而到了20世紀(jì)末，正如Allcin 的文章所述：人們己經(jīng)知道如何在工業(yè)生產(chǎn)水平制得150MPa 的混凝土。在這一強(qiáng)度水平，粗骨料已成為混凝土中最薄弱的環(huán)節(jié)，再要提高抗壓強(qiáng)度，就需要剔除粗骨料，以獲得強(qiáng)度達(dá)200MPa 的活性粉末混凝土；只要將活性粉末混凝土澆注在薄壁鋼管里，使其受限，則抗壓強(qiáng)度就能繼續(xù)提高到375MPa:而當(dāng)細(xì)砂也被金屬粉末所替代，混凝土強(qiáng)度還能進(jìn)一步提高到800MPa，1000MPa 的混凝土已經(jīng)不再是夢(mèng)想，下一世紀(jì)將成為現(xiàn)實(shí)。而不到30年里實(shí)現(xiàn)的這一切成就，是在水泥沒有發(fā)生任何大變化的情況下所取得的。
加拿大的Malhotra 在20 世紀(jì)80 年代初曾預(yù)言：多年來混凝土技術(shù)只有少數(shù)幾次重要的突破。40 年代開發(fā)的引氣作用是其中之一，它改變了北美混凝土技術(shù)的面貌；高效減水劑是另一次重大突破，它在今后許多年里將對(duì)混凝土的生產(chǎn)與應(yīng)用帶來巨大的影響。為什么高效減水劑的應(yīng)用使混凝土技術(shù)發(fā)生了如此巨變？變化會(huì)給混凝土工程建設(shè)帶來哪些新問題?又需要我們?cè)鯓痈淖児こ虒?shí)踐去適應(yīng)這種變化?下面就來一一進(jìn)行具體分析。
二、水灰比(水膠比)大幅度降低的作用
混凝土體積的大部分由骨料占據(jù)，骨料顆粒要用漿體包裹，其空隙要用漿體填充，這樣漿體才能具備所需要的工作度。高效減水劑的應(yīng)用使混凝土技術(shù)出現(xiàn)了驚人的進(jìn)展，這種變化首先來源于它對(duì)漿體里水泥顆粒強(qiáng)烈的分散作用，將其絮凝時(shí)裹入的水分釋放出來，使?jié){體變“稀”，混凝土可以從通常大水灰比(水膠比)得到大幅度地降低。上述Burge那篇文章所述的“歷史性”突破的核心，就是將大劑量的高效減水劑和大摻量硅灰摻入混凝土，在機(jī)械的強(qiáng)力攪拌和高效減水劑的分散共同作用下，將硅灰分散到水泥顆粒周圍，由于硅灰的粒徑要比水泥小兩個(gè)數(shù)量級(jí)，使本來要自由水填充的微小空間被硅灰所填充，于是水膠比可以進(jìn)一步大幅度降低。在非常低的水灰比(水膠比)條件下，水泥顆粒彼此之間，或者水泥與摻合料顆粒之間的距離大大減小，因此只需少量的水化生成物就可以使它們聯(lián)接成一整體，凝結(jié)硬化，并隨著水化物繼續(xù)生成并填充空間，混凝土強(qiáng)度迅速發(fā)展。
高效減水劑的應(yīng)用使高強(qiáng)度混凝土的生產(chǎn)和澆注不再困難，因此在建造高層建筑物和大跨橋梁工程中迅速地獲得應(yīng)用，施工工期可以大大縮短和模板周轉(zhuǎn)能夠加快帶來的效益也很快被人們所認(rèn)識(shí)。但是水灰比(水膠比)大幅度降低后引起一連串的影響氣卻是很多人至今還遠(yuǎn)沒有充分認(rèn)識(shí)到的。
三、水灰比(水膠比)降低引發(fā)溫升的影晌
水灰比 (水膠比)降低后，膠凝材料總量必須增大，才能有足夠的漿體。而膠凝材料增加就要加劇混凝土的水化溫升，所以現(xiàn)今混凝土構(gòu)件即使斷面尺寸并不大，但因水泥活性加大且膠凝材料用量增加，澆注后的溫升都會(huì)顯著提高。人們對(duì)于今天混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)已經(jīng)比較熟悉，但是對(duì)于結(jié)構(gòu)中混凝土強(qiáng)度的實(shí)際增長(zhǎng)速率，人們遠(yuǎn)沒有認(rèn)識(shí)清楚其中發(fā)生的變化。這是因?yàn)橹两裨u(píng)價(jià)混凝土強(qiáng)度的發(fā)展，仍沿用將拌合物澆注成型小試件的方法來檢測(cè)。無論是把試件放里在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室里，還是放置在構(gòu)件旁邊(所謂“同條件養(yǎng)護(hù)”)，實(shí)際上都無法反映混凝土硬化期間由于本體溫度升高引起強(qiáng)度增長(zhǎng)率的變化。根據(jù)研究，30℃下水泥水化的速率約比20℃時(shí)要快1倍；而40℃則為20℃時(shí)的2.4 倍，由此自然不難推測(cè)現(xiàn)今用手觸摸感到滾燙的構(gòu)件里，混凝土強(qiáng)度的發(fā)展究竟會(huì)有多快。將試件放在結(jié)構(gòu)物旁的“同條件養(yǎng)護(hù)”只是模擬了結(jié)構(gòu)物的環(huán)境溫度，并不能反映處于半絕熱狀態(tài)的結(jié)構(gòu)混凝土實(shí)際的溫升，現(xiàn)代混凝土材料與工程的變化大大加劇了兩者的差異。
所以，一個(gè)關(guān)鍵問題在于改進(jìn)現(xiàn)行的混凝土強(qiáng)度檢測(cè)評(píng)價(jià)方法，采用溫度匹配養(yǎng)護(hù)來評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)混凝土。所謂溫度匹配養(yǎng)護(hù)(Temperature Match Curing)，其實(shí)就是將成型好的試件置在與結(jié)構(gòu)混凝土溫度發(fā)展歷程相同的條件下來養(yǎng)護(hù)，用于評(píng)價(jià)實(shí)際強(qiáng)度增長(zhǎng)的情況。溫度匹配養(yǎng)護(hù)與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)進(jìn)行比較的試驗(yàn)結(jié)果，已日益受到廣泛的重視。但對(duì)于重要的大型工程，還需要通過混凝土正式澆注前的試澆注來確定可能達(dá)到的溫峰與溫度梯度，以及它們對(duì)施工操作性能和設(shè)計(jì)要求的各種長(zhǎng)期性能的影響。這是因?yàn)槿魏我环N拌合物，在一定的養(yǎng)護(hù)條件下會(huì)呈現(xiàn)出其獨(dú)特的溫度發(fā)展歷程。
難以認(rèn)識(shí)到上述變化的原因，還在于混凝土原材料選擇和配合比確定是在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行的。實(shí)驗(yàn)室的小攪拌機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)混凝土的大型攪拌機(jī)攪拌效果相差甚遠(yuǎn)，所用水泥等原材料是在室溫條件下存放的，可如今攪拌站或現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)倉里的水泥(因?yàn)橐陨⒀b方式用大罐運(yùn)輸散熱緩慢)溫度有多高？50℃以上是正常的，高達(dá)90℃的水泥也不少見。去年夏天在北京有人告訴我：他們用高溫度的水泥攪拌混凝土，雖然設(shè)法將水溫降到4C，還往石子堆上噴淋降溫，可出機(jī)口拌合物的溫度還高達(dá)35~37C !混凝土硬化早期的溫度越高，于后期強(qiáng)度越不利的道理，可能很多人都了解，但是因?yàn)閺脑O(shè)計(jì)人員，到工程的監(jiān)理，都抱著混凝土強(qiáng)度發(fā)展越快、越高就越好的觀念，所以混凝土生產(chǎn)方、施工方也都受此影響，總是生怕強(qiáng)度偏低，而從不考慮強(qiáng)度發(fā)展過快會(huì)引發(fā)的問題。
四、水灰比(水膠比)降低對(duì)混凝土體積變化的影響
水灰比 ( 水膠比)大幅度降低對(duì)混凝土的體積穩(wěn)定性影響非常顯著。前述Burge 與其同事們的突破(1d 強(qiáng)度為100MPa)并沒有在工程中推廣應(yīng)用。這是因?yàn)椴簧偃穗S即發(fā)現(xiàn)，那種早期強(qiáng)度增長(zhǎng)十分迅速的混凝土很容易開裂，而且強(qiáng)度也因此而發(fā)生倒縮。1983 年美國(guó)的Kinzua 大壩消能池翻修工程，采用摻18%硅灰、水膠比0.28 的混凝土澆注后2~3d 出現(xiàn)開裂，把板分成5~10 塊，拆模后隨即發(fā)現(xiàn)貫穿裂縫，表面寬度0.3~0.5mm，專家們?cè)\斷后提出可能原因之一是自生收縮水灰比 (水膠比)的降低會(huì)帶來自生收縮明顯地增大。自生收縮是混凝土在沒有溫度變化，沒有和外界發(fā)生水分交換，也不受力的條件下發(fā)生的表觀體積變形?；炷涟l(fā)生自生變形的原因，是由于化學(xué)減縮現(xiàn)象，即水泥與摻合料和水反應(yīng)前與反應(yīng)后的產(chǎn)物相比，其絕對(duì)體積減小所引起的。當(dāng)混凝土的水灰比(水膠比)=0.50 時(shí)(相當(dāng)于C30 級(jí))，其自生變形要比溫度變形與干燥收縮小得多，可以忽略不計(jì)(但是在大體積混凝土中，還是要考慮它與溫度變形亞加的影響，因此配制大壩混凝土?xí)r通常測(cè)定自生變形大小)；但當(dāng)混凝土的水灰比(水膠比)為幾35 時(shí)，其自生收縮值和干燥收縮值就大約在相同量級(jí)，而且隨著混凝土水灰比(水膠比)繼續(xù)降低，或者混凝土構(gòu)件表面積與體積之比的減小，自生收縮與干燥收縮的比值還要增大，因此成為混凝土體積變形的一個(gè)重要組成部分。
水灰比 (水膠比)較低的混凝土，自生收縮現(xiàn)象主要發(fā)生在早期的混凝土，也就是它加水拌合后的一、兩天里，在施工時(shí)模板拆除之前就大部發(fā)生了。這就帶來了一個(gè)新問題，即梁、柱、墻板這些外露面積小、拆模前不便養(yǎng)護(hù)的構(gòu)件如何及早開始進(jìn)行濕養(yǎng)護(hù)?因?yàn)榈饶０宀鸪?，混凝土體內(nèi)的毛細(xì)孔已經(jīng)封閉，澆水再多也無濟(jì)于事了。那么針對(duì)這類混凝土，應(yīng)該如何“加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)”呢?研究人員已經(jīng)找到一些辦法，例如，冰島國(guó)建筑研究院的技術(shù)人員使用當(dāng)?shù)囟嗫椎幕鹕侥規(guī)r(孔隙率6~15%)先浸水，然后再與其他組分拌和(國(guó)內(nèi)攪拌輕骨料混凝土也正是這樣做的)，當(dāng)水泥水化消耗掉大量水分，混凝土體的相對(duì)濕度下降時(shí)，骨料里的水分向外遷移，補(bǔ)充漿體缺少的水分，使其繼續(xù)水化，同時(shí)減小了自生收縮，被稱之為 “內(nèi)養(yǎng)護(hù)”。近年丹麥的科學(xué)家還提出“引水材料”的概念，即混凝土里摻入少量高倍吸水劑，和多孔骨料一樣，也讓其先吸進(jìn)一些水分，然后再釋放出來，同樣起內(nèi)養(yǎng)護(hù)作用。由于高倍吸水劑的顆粒非常細(xì)微，與多孔骨料相比，它對(duì)混凝土強(qiáng)度等性能帶來的不利影響會(huì)更小。
此外還有塑性收縮，在水灰比(水膠比)降低的條件下，混凝士的泌水明顯減少，這對(duì)改善其微結(jié)構(gòu)有利，但是從表面向外蒸發(fā)的水分不能及時(shí)得到補(bǔ)充，尚處于塑性狀態(tài)的混凝土，稍微受到一點(diǎn)拉力，表面就很容易出現(xiàn)分布不規(guī)則的裂縫。出現(xiàn)裂縫以后，混凝土體內(nèi)的水分蒸發(fā)進(jìn)一步加快，于是裂縫迅速擴(kuò)展。因此，塑性收縮裂縫也是當(dāng)今混凝土結(jié)構(gòu)存在的普遍現(xiàn)象，避免這種現(xiàn)象發(fā)生最有效的措施，就是混凝土澆注后及早覆蓋。
隨著水灰比(水膠比)降低，現(xiàn)今混凝土結(jié)構(gòu)易于出現(xiàn)開裂的機(jī)理，除了上述變形性能的改變以外(其實(shí)混凝土的千燥收縮值是趨于減小，乃至顯著減小的)，還有其他重要的參數(shù)發(fā)生變化。首先，在強(qiáng)度加速發(fā)展的同時(shí)，彈性模量隨之迅速提高(比強(qiáng)度的增長(zhǎng)更加迅速)，因此變形受約束產(chǎn)生的彈性拉應(yīng)力就明顯增大；而另一個(gè)參數(shù)，混凝土的徐變能力則很快減小以至消失。徐變性能對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土來說是不利的，因?yàn)樗斐深A(yù)應(yīng)力損失；然而，徐變對(duì)于混凝土收縮變形受約束產(chǎn)生彈性拉應(yīng)力的松弛作用則是有利的，即減小混凝土出現(xiàn)開裂的危險(xiǎn)(早期的混凝土較少出現(xiàn)開裂的主要原因)。以上這些因素的疊加，通常導(dǎo)致現(xiàn)代混凝土易于早期發(fā)生開裂的趨勢(shì)。
五、水灰比(水膠比)降低對(duì)水泥與接合料作用的影響
如前所述，低水灰比(水膠比)條件下，水泥顆粒彼此的間距，或與摻合料顆粒的間距減小，因此只需少量的水化生成物混凝土就發(fā)生凝結(jié)硬化。現(xiàn)代混凝土低水灰比的特點(diǎn)，使得在水灰比0.50進(jìn)行等級(jí)評(píng)定的水泥出現(xiàn)許多人不理解的現(xiàn)象:用32.5和42.5級(jí)水泥配制高強(qiáng)混凝土?xí)r，強(qiáng)度值幾乎完全相等!其實(shí)這個(gè)現(xiàn)象很好解釋:在水灰比0.30左右時(shí)，兩種水泥拌制的混凝土也許只在1d內(nèi)強(qiáng)度有差異，而到3d或7d差異就基本消失了。
低水灰比(水膠比)、高溫升的特點(diǎn)，給粉煤灰等“活性低”的摻合料大摻量地應(yīng)用提供了必要性和可能性。因?yàn)樵谝酝笏冶鹊臈l件下，混凝土中的水泥具備良好的水化條件，而摻入活性相對(duì)較低的摻合料，則延緩了水化反應(yīng)的速度，減少了早期水化生成物，從而降低了強(qiáng)度發(fā)展速率，也不利于混凝土滲透性的降低，使人們得出“混凝土強(qiáng)度越高就越耐久”和“用摻合料只是為了經(jīng)濟(jì)，既不利早期強(qiáng)度發(fā)展，也不利于混凝土耐久性”的概念?，F(xiàn)今混凝土發(fā)生的巨大變化，即水灰比大幅下降，導(dǎo)致混凝土里水泥的水化環(huán)境劣化，很快因?yàn)橹車彼Ｖ顾欢袚胶狭系幕炷晾?，摻合料的水化相?duì)緩慢給水泥提供了一個(gè)相對(duì)良好的水化環(huán)境，使水泥的水化程度提高，而水膠比降低又使得粉煤灰混凝土里構(gòu)成強(qiáng)度增長(zhǎng)的水化物量減少的弊病被掩蓋住，于是很大摻量粉煤灰的混凝土獲得了純水泥混凝土達(dá)不到的效果。通過摻加高效減水劑和大摻量粉煤灰，可以配制出品質(zhì)十分優(yōu)異且非常經(jīng)濟(jì)的混凝土。一個(gè)突出的實(shí)例，是加章大的礦產(chǎn)與能源技術(shù)中心 (CA NMET)以最大粒徑為l0mm的骨料，以150kg/m3 水泥加上200kg/m3 粉煤灰為膠凝材料，摻用高效減水劑，配制出水膠比僅0.29，坍落度為210mm工作度良奸的拌合物，這種混凝土28d 齡期抗壓強(qiáng)度約為50MPa, 1 年齡期則接近100 MPa。這種混凝土的用水量?jī)H102 kg/m3，簡(jiǎn)直低得有點(diǎn)令人難以置信。實(shí)際上，由于粉煤灰比水泥輕(大約是水泥的2/3)，因此大摻量粉煤灰等質(zhì)量代替水泥時(shí)，凝土的水膠比，任何人用空隙率較小的骨料、有利于增加漿體體積，因此大幅度降低了混品質(zhì)較好的粉煤灰和高效減水劑，親自在試驗(yàn)室里做一些試驗(yàn)以后，就會(huì)相信上述結(jié)果并非離奇的設(shè)想。許多人認(rèn)為我們與國(guó)外的差距在高效減水劑，或者水泥的品質(zhì)上；事實(shí)是首先在于骨料的品質(zhì)上(國(guó)內(nèi)大多數(shù)粗骨料仍然采用落后的破碎機(jī)加工，粒形不好、級(jí)配差，因此空隙率大、漿體需要量多)，在于保守和經(jīng)驗(yàn)主義的認(rèn)識(shí)上。該混凝土已在加拿大、美國(guó)等用于實(shí)際工程并取得良好效果。
近些年國(guó)內(nèi)外混凝土結(jié)構(gòu)開裂現(xiàn)象普遍，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)物的外觀與耐久性，人們?nèi)找骊P(guān)注增加粉煤灰或其它摻合料的摻量來改善性能。但長(zhǎng)期以來粉煤灰摻量大會(huì)延緩混凝土強(qiáng)度發(fā)展的觀念，依然牢牢地束縛著人們的手腳，多年以前制訂的規(guī)范也約束著人們的頭腦。事實(shí)是現(xiàn)今混凝土的溫升明顯，所以即使粉煤灰摻量很大的混凝土，強(qiáng)度發(fā)展也完全能滿足設(shè)計(jì)與施工需要。
六、水灰比(水膠比)降低對(duì)拌合物工作度的影響
摻有高效減水劑和摻合料，并使水灰比(水膠比)降低的拌合物，表觀通常都呈現(xiàn)粘稠，而實(shí)際泵送性和搗實(shí)性(在振搗時(shí)成型密實(shí)的性能)有可能差異懸殊，這給配合比設(shè)計(jì)造成了困難。
適宜的工作度評(píng)價(jià)方法一直是困擾全世界混凝土界的難題。普遍使用的坍落度雖然早就被許多人擬文批評(píng)，但至今仍廣泛地應(yīng)用于世界各處的混凝土工程，筆者認(rèn)為對(duì)工作度的評(píng)價(jià)有兩種截然不同的場(chǎng)合，一是在混凝土攪拌或施工現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)，這種場(chǎng)合主要是檢查和控制原材料相同條件下生產(chǎn)的穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)計(jì)量或其它環(huán)節(jié)出現(xiàn)的偏差，這時(shí)用坍落度來比較工作度是最適宜的方法，因?yàn)椴粌H裝置簡(jiǎn)單、便于攜帶，而且敏感程度也可以滿足需要。
另一是如上所述在實(shí)驗(yàn)室選擇適宜的原材料與配合比。無論是為了研究的目的，還是結(jié)合工程應(yīng)用的目的，其共同點(diǎn)在于都需要變化材料的品種和比例。由于不同原材料組成的拌合物，例如摻有高效減水劑和粉煤灰或沸石粉，水膠比和坍落度相同的拌合物雖然外觀都很粘稠，然而在泵送和振搗作用下，前者由于類似滾珠的潤(rùn)滑作用，易于密實(shí)成型；而后者的泵送壓力會(huì)加大，振搗成型時(shí)間則會(huì)延長(zhǎng)。由于坍落度試驗(yàn)難以對(duì)兩種拌合物工作度的差異進(jìn)行分辨，結(jié)果很可能都同樣通過加大水膠比以滿足需要。于是摻粉煤灰的拌合物看上去流動(dòng)性挺好，坍落度合適，然而可能因?yàn)檎尘坌圆涣?，泵送時(shí)可能會(huì)因出現(xiàn)離析而堵泵:振搗時(shí)又可能會(huì)出現(xiàn)離析而成型不密實(shí)、不勻質(zhì)，甚至表層呈現(xiàn)浮灰，被人誤認(rèn)為摻粉煤灰“必然”的現(xiàn)象。
對(duì)于摻有高效減水劑和不同摻合料的低水膠比拌合物，可以采用不相等的測(cè)值來控制工作度，這是比較簡(jiǎn)便的解決辦法，但是難點(diǎn)在必須依據(jù)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)得出合理的差值。早在20 世紀(jì)50 年代國(guó)內(nèi)翻譯前蘇聯(lián)出版的“加氣劑在水工混凝土中的應(yīng)用”(筆者注:“加氣劑”后來改稱“引氣劑”一書，就提出在確定適宜摻量和配合比設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將摻有引氣劑的混凝土坍落度減小2cm，與不摻的相比較，這樣做看上去似乎不好理解，實(shí)際上體現(xiàn)出它是真正以拌合物的“工作度”--- 工程施工中呈現(xiàn)的和易性--- 作為基準(zhǔn)，而不是以某種人為規(guī)定的方法為基準(zhǔn)，因此才是更為合理的。
七、混凝土組分增多給配合比設(shè)計(jì)帶來的影響
早期混凝土僅有四種組分，當(dāng)骨料用量固定不變，拌合物與硬化后混凝土的性能就與水灰比呈線性關(guān)系。隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展，混凝土的組分越來越多，不僅摻加外加劑和礦物摻合料(事實(shí)上，早期的混凝土所用的水泥里也摻有不少混合材，只是在現(xiàn)場(chǎng)看不見，品種和摻量也比較固定)，而且還都常常不只一種，變成了多組分的混凝土。
多組分使混凝土配合比設(shè)計(jì)方法面臨很大的挑戰(zhàn)。早期的混凝土組分少，通常單憑經(jīng)驗(yàn)來確定配合比，那些經(jīng)驗(yàn)來自現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果的積累。因此總體上是結(jié)合工程實(shí)際的。但是隨著混凝土技術(shù)的進(jìn)展，材料組分逐漸增多，單憑經(jīng)驗(yàn)確定材性試驗(yàn)所用配合比的方法缺點(diǎn)越來越突出，因此轉(zhuǎn)向采用生產(chǎn)廠家在實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量的方法(即固定各種參數(shù)，而僅變更產(chǎn)品樣本與比例進(jìn)行比較試驗(yàn))，這種方法適用于評(píng)價(jià)和控制產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，但用于設(shè)計(jì)混凝土這類工程材料，就很容易脫離實(shí)際、脫離工程整體。這種設(shè)計(jì)試驗(yàn)常常是將混凝土主要組分— 粗細(xì)骨料的參數(shù)(包括品種、品質(zhì)、用量)固定，將拌合物的水灰比(或水膠比)也固定，并且以一組純水泥的拌合物作為參照(空白組)，在此前提下通過變化外加劑(品種、摻量)或礦物摻合料(品種、細(xì)度、摻量)參數(shù)，在實(shí)驗(yàn)室條件下配制并拌合成相同坍落度的拌合物，成型試件并待脫模后在標(biāo)準(zhǔn)溫濕度條件下養(yǎng)護(hù)至一定齡期，根據(jù)比較試驗(yàn)結(jié)果確定混凝土的原材料與配合比。簡(jiǎn)言之，這種材性試驗(yàn)的方法是通過固定(也就是忽略)許多影響新拌與硬化混凝土性能發(fā)展的重要參數(shù)，而單純考慮混凝土材料某一組分的影響來進(jìn)行的。
這種評(píng)價(jià)試驗(yàn)體系得出的結(jié)果價(jià)值有限。因?yàn)椴煌饧觿┖偷V物摻合料對(duì)混凝土性能的作用，是和試驗(yàn)時(shí)忽略了的許多參數(shù)密切相關(guān)的，換句話說，它們有各不相同的適宜應(yīng)用環(huán)境條件，以及它們對(duì)新拌與硬化混凝土性能各異的影響規(guī)律。例如減水劑的減水率、緩凝劑延緩凝結(jié)時(shí)間的程度，粉煤灰等礦物摻合料對(duì)拌合物的流變參數(shù)和混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展的影響等，都是隨著其它參數(shù)的變化而在很大幅度范圍里變化的。即使是輪流固定其它參數(shù)，變化某一參數(shù)的系統(tǒng)試驗(yàn)；或者采用“正交試驗(yàn)”，同時(shí)變化各個(gè)參數(shù)和水平，也無從考查各個(gè)參數(shù)之間的交互作用，得出整體性的優(yōu)化結(jié)果。
近年來， 國(guó)內(nèi)外已有一些人應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，應(yīng)用先進(jìn)的模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)元理論開發(fā)出多組分的混凝土配合比設(shè)計(jì)程序，但是在如上所述的拌合物工作度評(píng)價(jià)，以及混凝土耐久性評(píng)價(jià)方法與荃準(zhǔn)等問題沒有充分地研究并獲得可靠的依據(jù)之前，還很難獲得廣泛的應(yīng)用前景。
我們己經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)新世紀(jì)，跨進(jìn)了信息時(shí)代，變化快速是當(dāng)今時(shí)代重要的特點(diǎn)。有人說：工程知識(shí)的半衰期---一個(gè)工程師的知識(shí)有一半成為過時(shí)所需的時(shí)間--- 在不同領(lǐng)域是有差異的，但估計(jì)在2.5~7.5 年之間。說明需要不斷地更新觀念、更新知識(shí)，才能應(yīng)對(duì)與解決混凝土工程基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中涌現(xiàn)出來的新問題。
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[5] P.Re ad, G.G .C arette, and V.M .Malhotra. Strength Development Characteristics of High-Strength Concrete Incorporating Supplementary Cementing Materials. ACI SP 121-26。
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[6] Wm. A. Wulf (美國(guó)工程院院長(zhǎng))在美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)1998 年年會(huì)上的講話“工程教育改革的緊迫性”。
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