丁美荣:通用水泥产品结构调整指导思想与方向探讨
众所周知,水泥是很特殊的半成品,现行标准是以3天和28天强度判定水泥等级标号;以42.5普通水泥为例,其90天、180天、360天等长龄期强度分别可达60、65及67MPa,而高贝利特矿物、低 C3A组成为特征的高性能水泥对应的长龄期强度分别可达68、76及80MPa甚至更高。从绝大多数建构筑物及高性能砼的最终目标要求岀发,是希望长龄期强度高,适中或较低的3天强度、适当28天强度,欧州等水泥标准就规定了28天强度上限值。砼工程期望降低其水胶比,提高长龄期强度,改进熟料矿物组成及较低的水化热等性能。
因此,目前建筑工程要重点推以广中、低热硅酸盐水泥为特征的高性能熟料及高性能砼技术,但现在绝大多数中、低热水泥仅在水电工程使用。为提高水泥特别是高标号水泥的适应性及竟争力,目前要在建筑工程尤其是大体积、结抅工程中,加大推广应用以较高的C2S、 适中的C3S、低 C3A矿物组成的高性能熟料及其相应制备的高性能水泥, 或在相关工程中加大推广应用中、低热硅酸盐水泥等特种水泥,同时也符合低碳发展的需要。
建议在GB-175通用硅酸盐水泥中增列低水化热、长龄期强度高的相应品种,或参考EN 标准,增加部分通用水泥品种的水化热指标要求;强化差异化、个性化品种的生产供应。其高性能砼工程用水泥可由水泥企业依据用户要求制备,也可由有条件的工程用户及商混站釆购硅酸盐水泥自行配制。
值得指岀的是:我国现行的绝大多数水泥产品标准基本上是生产型标准,适用于指导控制生产,一般都使用代用质量特性指标,反映产品质量性能的特征指标如坍落度、耐久性等,由于难以直接测定及界定,因而其技术指标较难直接指导砼配制生产。因此,为满足建筑工程对长龄期强度高、低水化热等高性能水泥或个性化的要求,提高水泥产品的适应性,鼓励并且今后应大力推行通过供需双方协商标准规定以外的技术要求指标,作为补充条款,并在采购合同中明确,或制订严于国标、行标的企业标准。
但目前面临的主要问题是:水泥企业若开发生产改进了部分性能或满足高性能砼工程所用的水泥,肯定会增加部分成本,即要提高售价,而工程单位往往因此不愿接受。因此,不仅要修订设计规范,同时要修订建筑定额、预算等相关规范,完善配套应用措施。由于是用户选择材料及质量、强度等级,推进应用设计等规范修订与加强相关政策研究是解决目前难题的突破口。
5通用水泥产品结构调整指导思想与方向的探讨
高性能砼不是等同于高强砼,其科学定义也强调这点;推广应用高性能砼并不能简单地理解成推广高标号水泥,高性能砼不一定具有高强度。C40(含)以下砼约占全部砼的90%-95%左右,32.5水泥完全可配制C40(含以下)砼和用于结构工程。我国农村、城镇等水泥用量约占一半以上,国內约60%-65%左右的水泥用于工程现场拌制混凝土,加上应用标准等因素,是造成我国42.5级水泥比例低的主要原因。近几年有大企业针讨国内42.5水泥占比低的原因及对策,提岀了一些思考与建议等。由于发达国家基本上是预拌砼,故42.5及以上高标号水泥应用比重大。但目前国内多数水泥混凝土仍是现场拌制,且生产和应用分属两个行业,设计标准及应用措施不配套修订,加上我国国情尤其现场拌制砼等各方面条件都不具备,仅通过修订生产领域标准,推广42.5水泥的作用及效果甚小,但负面影响却很大。北京、上海等城区基本上是预拌砼,推广到所有城乡有个过程,是社会发展如生产率到一定阶段的结果。
我国人口基数大,人均收入远低于发达国家,但2013年总产量24.14亿吨,人均年耗水泥1.775吨(按可比水泥产量计,折算成42.5普通水泥,2013年可比总产量为21.87亿吨,人均年耗水泥也达1.61吨),远超发达国家高速发展时期人均年耗700kg左右的水平,除了大规模建设因素外,不科学、合理地使用造成浪费也是原因之一。
调整通用水泥产品结构的指导思想与方向,应是重点围绕提高高性能熟料的比例,相应制备的各级别水泥符合或尽可能满足低水胶比、长龄期强度高和低水化热等要求,即满足或尽量满足配制高性能砼的要求,以达到改善砼开裂与耐久性,提高建构筑物使用期限,实现提质延寿减排的目的。
广大农村、城镇由于大多数水泥砼是现场拌制,所用水泥只能由水泥厂直接制备,故大多数是32.5等级。因此,预计今后很长时期水泥消费结构中32.5级水泥仍会占很大比重,但会逐年下降。因其用量大尤其部分大体积与结构工程,同样应关注并提高其适应性,改善耐久性,满足或部分满足配制高性砼的需要,从而提高相应建构筑物寿命周期。由于涉及面广,必须强化个性化、差异化水泥的开发生产供应,改造优化水泥厂工艺条件、配料及储存、均化、配制等设施,针对不同情况与用户要求,配制相应要求的水泥产品,并研究制订配套鼓励政策、措施加以推进。
另一方面,城市应是推广高性能砼的重点,水泥工业要尽快采取措施主动应对,相应水泥企业要重点开发适应高性能砼要求的硅酸盐水泥辅以42.5普通水泥并尽快提高其比例。关健须通过应用要求、引导与倒逼, 只有修订设计规范和提高预拌砼等级及比例,才能有效调整提高水泥质量等级与推广高性能砼。
6 掺合料(混合材粉)掺加方法(工序)的分析探讨
目前使用42.5普通水泥配制每立方C30、C40砼普遍掺加130kg左右矿粉、粉煤灰、石灰石粉等掺合料(混合材粉),以到达降低成本、改善砼施工性能和耐久性等目的,也可在水泥生产过程中实现。使用量最大的C30普通混凝土中水泥熟料占比在0.5以下,不同强度的水泥很容易通过调整砼配比来制备不同标号的砼。复合掺加两种(含)以上掺合料有利于改善颗粒级配、形貌和互补、叠加效应,且有利于选用混合材,降低成本,尤其掺有矿渣类材料的砼, 综合提升了砼工程性能,这也是复合水泥产销量高的主要原因。
掺加掺合料有水泥厂、施工方两种方法,各有利弊;总体情况对比分析,水泥工厂生产控制、管理与质保体系等条件更完善,可确保掺合料配比更均匀,颗粒级配更合理,质量更有保障,结合我国国情与建材行业多年的管理优势,很多专家认为将量大面广混合材粉甚至部分外加剂更适宜在水泥工厂掺加。但商混站及工程方掺加最大好处是:便于调整砼性能,自由度更大,条件较好的商混站及大型工程现场计量等设施也完全满足控制要求。因此,可根据有关条件与用户要求确定相应的掺入方式。但对于使用水泥超过总量一半的农村、中小城镇等建设工程,由于现场计量等设施不完善及相应混合材粉资源、生产、专用运输车辆、储存等条件限制,多数地方就很难实施。若抛开市场需求因素,假如采取硬性办法推广高标号水泥,不利于广大农村和城镇市场应用。由于不便掺加掺合料,除将造成极大浪费外,且因不能有效掺加掺合料等引发的工程质量尤其是耐久性问题只会加剧,碳等排放与能源消耗肯定会非正常增加,对节能减排带来很大负面作用,更加剧了水泥工业对环境的不良影响。施工方超量掺加或不便掺加掺合料更难监管,因为制成混凝土了,较难检测验收。
7 结语
1调整通用水泥产品结构的指导思想与方向:重点围绕提高高性能熟料的比例,其相应制备的各级别水泥满足或部分满足低水胶比、长龄期强度高和低水化热等要求,有利于配制高性能砼,以达到改善砼开裂与耐久性,提高建构筑物寿命周期的目的。
2推广应用高性能砼并不能简单地理解成推广高标号水泥。目前应以城市作为推广高性能砼的重点,相应水泥企业重点开发适应高性能砼要求的硅酸盐水泥辅以42.5普通水泥并尽快提高其比例。对农村、城镇等现场拌制砼的用户,因水泥使用量大同样应关注并改善其耐久性,满足或部分满足配制高性砼的需要,强化个性化水泥的开发生产。
3为提高水泥产品适应性,鼓励并且今后应大力推行通过供需双方协商标准规定以外的技术要求指标,作为补充条款,并在采购合同中明确,或制订严于国标、行标的企业标准。或建议在GB-175通用水泥标准中增列低水化热、高远龄期强度的适应高性能砼要求的相应品种;或参考EN 标准,增加部分通用水泥品种的水化热指标要求。
4为加快推广应用高性能砼与调整水泥质量等级,推进设计规范修订,完善修订建筑预算定额等配套政策措施是解决目前难题的突破口。
注:本文经中国建材研究总院水泥研究院副院长文寒军补充修改完善,并提供了部分资料,特此致谢!
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