我國(guó)長(zhǎng)期持續(xù)的建設(shè)高潮，使混凝土的生產(chǎn)量越來(lái)越大，大量?jī)?yōu)質(zhì)的天然資源和工業(yè)廢渣被用于生產(chǎn)水泥、礦物摻和料和砂石骨料。隨著自然資源逐漸枯竭，以及環(huán)境保護(hù)措施的不斷加強(qiáng)，天然資源的開采利用受到越來(lái)越多的限制，工業(yè)廢渣的供應(yīng)也日漸緊張。此外，水泥生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步以及用戶的要求使水泥的品質(zhì)也發(fā)生了很大變化，上游工業(yè)生產(chǎn)方式的改變使工業(yè)廢渣的品質(zhì)發(fā)生變化，種種變化導(dǎo)致生產(chǎn)混凝土所用的原材料品質(zhì)也發(fā)生了很大的變化。

混凝土結(jié)構(gòu)性能和施工方式的改變使對(duì)于混凝土性能的要求也發(fā)生了變化。現(xiàn)在要求混凝土具有優(yōu)良的流變性能，宜于超遠(yuǎn)程超高層泵送；要求混凝土具有優(yōu)良的力學(xué)性能，高強(qiáng)早強(qiáng)；要求混凝土具有優(yōu)良的體積穩(wěn)定性，不易開裂；要求混凝土具有優(yōu)良的耐久性，能夠抵抗外界有害介質(zhì)的侵蝕，具有較長(zhǎng)使用壽命?；炷辽a(chǎn)企業(yè)則需要嚴(yán)格控制生產(chǎn)成本，不愿使用價(jià)高的優(yōu)質(zhì)原材料。

目前業(yè)主與施工企業(yè)對(duì)混凝土的抱怨主要集中在高流態(tài)混凝土的施工性能不好、開裂敏感性高的問(wèn)題上。為了解決這個(gè)問(wèn)題，一些行業(yè)主管部門試圖制定一些技術(shù)文件，規(guī)范混凝土原材料的品質(zhì)，從而提高混凝土質(zhì)量，降低結(jié)構(gòu)開裂的風(fēng)險(xiǎn)?；炷辽a(chǎn)企業(yè)對(duì)于原材料現(xiàn)狀很無(wú)奈，只能采用不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的原材料。為了控制混凝土生產(chǎn)成本，滿足結(jié)構(gòu)驗(yàn)收要求，市場(chǎng)上出現(xiàn)了各種各樣的新材料和技術(shù)，幫助混凝土生產(chǎn)企業(yè)解決難題。

本文試圖分析混凝土原材料品質(zhì)變化的原因，討論基于現(xiàn)有原材料，生產(chǎn)高性能混凝土的途徑。

1、膠凝材料品質(zhì)的變化

1.1 水泥品質(zhì)的變化

自上世紀(jì)八十年代以來(lái)，硅酸鹽水泥的生產(chǎn)發(fā)生了革命性的變革?，F(xiàn)在絕大多數(shù)硅酸鹽水泥熟料是用窯外分解窯燒成的，水泥則是由輥壓機(jī)-選粉機(jī)系統(tǒng)生產(chǎn)的，生產(chǎn)方式的改變導(dǎo)致水泥熟料礦物組成和水泥顆粒級(jí)配發(fā)生改變?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)速高的窯外分解窯能夠煅燒高飽和比高鋁氧率的生料，生產(chǎn)的熟料中C3S和C3A含量高，其熟料的強(qiáng)度高。水泥的粉磨系統(tǒng)效率高，提高粉磨細(xì)度并不需要額外增加很多電耗。輥壓機(jī)生產(chǎn)出的水泥顆粒均齊，粒度分布范圍小。

采用現(xiàn)在的水泥生產(chǎn)裝備，水泥廠生產(chǎn)高細(xì)度的高強(qiáng)早強(qiáng)水泥所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益比較好，因此一些大的水泥企業(yè)鼓吹取消低強(qiáng)度等級(jí)的水泥。由于水泥熟料強(qiáng)度高，生產(chǎn)P·O42.5普通硅酸鹽水泥時(shí)，適量超出標(biāo)準(zhǔn)允許的混合材摻加量，水泥的強(qiáng)度仍然能夠達(dá)標(biāo)。目前標(biāo)準(zhǔn)并不強(qiáng)制檢查水泥中的混合材摻量，因此許多水泥廠生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥中的混合材都是超標(biāo)的。當(dāng)水泥廠生產(chǎn)P·O32.5復(fù)合硅酸鹽水泥時(shí)，通過(guò)提高水泥的細(xì)度，能夠更多地?fù)郊踊旌喜?，從而降低水泥的生產(chǎn)成本?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了四種允許的混合材。但是許多地方缺少足夠的合法的混合材資源，一些水泥廠就使用標(biāo)準(zhǔn)禁用的工業(yè)廢渣作為混合材。這些摻加非法混合材生產(chǎn)的水泥，其物理力學(xué)性能與合格的水泥沒有明顯差異，但其三民些重金屬和放射性元素的含量需要嚴(yán)格控制（否則會(huì)留下隱患），然而水泥廠和混凝土生產(chǎn)商大多不重視，或有意回避。

水泥組成和顆粒級(jí)配的變化導(dǎo)致其性能隨之發(fā)生變化?，F(xiàn)在的水泥早期強(qiáng)度高，但長(zhǎng)期強(qiáng)度增長(zhǎng)率低，這種強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律導(dǎo)致水泥的水化熱高，早期放熱速率大，開裂敏感性高。為了降低混凝土的溫升、減小開裂敏感性、改善耐久性，一些混凝土的技術(shù)規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，配制混凝土所用水泥的C3A含量不得高于8%，比表面積不大于350m2/kg。有人提議，生產(chǎn)專用水泥來(lái)滿足某行業(yè)的特殊需求。雖然這些措施有科學(xué)根據(jù)，但在實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)不可操作。C3A含量是基于熟料化學(xué)組成計(jì)算出來(lái)的，誤差較大；水泥廠并不告訴用戶水泥中的混合材摻量，用戶無(wú)法得知水泥中C3A含量。因此規(guī)定水泥中的C3A含量限值沒有意義。

現(xiàn)代化的水泥生產(chǎn)線產(chǎn)能很大。為了控制水泥品質(zhì)，提高生產(chǎn)效率，要求生產(chǎn)平穩(wěn)進(jìn)行，不可能為了某個(gè)特殊需求，而短暫改變生產(chǎn)工藝參數(shù)。小批量生產(chǎn)特殊的專用水泥，成本很高，建設(shè)方難于接受。如果建設(shè)專用水泥生產(chǎn)線，而水泥不能長(zhǎng)途運(yùn)輸，不能長(zhǎng)期存儲(chǔ)，大量專用水泥不能及時(shí)在當(dāng)?shù)劁N售，則水泥廠無(wú)法組織生產(chǎn)。云南曾建成年產(chǎn)180萬(wàn)噸的道路水泥生產(chǎn)線，但因當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)不接受這種水泥，終只能轉(zhuǎn)產(chǎn)普通硅酸鹽水泥，一些專門為道路水泥生產(chǎn)準(zhǔn)備的工藝裝備和引進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)都沒能夠發(fā)揮作用。

現(xiàn)在再想走回頭路，讓水泥廠生產(chǎn)較粗的水泥是不現(xiàn)實(shí)的。業(yè)主和施工方都要求加快施工速度，要求混凝土快凝早強(qiáng)。為了滿足這一要求，混凝土生產(chǎn)商也要求水泥具有高早強(qiáng)性能，而提高水泥細(xì)度是降低成本的技術(shù)途徑。業(yè)主不關(guān)心混凝土是否易于開裂，他們認(rèn)為這是混凝土生產(chǎn)商應(yīng)該解決的問(wèn)題。在各方需求和經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使下，水泥的細(xì)度越來(lái)越高是不可逆轉(zhuǎn)的潮流。即使建工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了水泥的細(xì)度上限，但水泥生產(chǎn)不受建工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的束縛，建設(shè)項(xiàng)目只能使用水泥廠大量生產(chǎn)的高細(xì)度水泥。導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)開裂，水泥只是一個(gè)影響因素。只要調(diào)整混凝土配合比，有效控制施工過(guò)程，是能夠消除高細(xì)度水泥的不利影響、制備不開裂的混凝土結(jié)構(gòu)的。

1.2 礦物摻和料品質(zhì)的變化

近年來(lái)，常用的礦物摻和料的品質(zhì)也發(fā)生了很大變化。變化明顯的是粉煤灰。由于環(huán)保要求的提高和清潔空氣行動(dòng)的開展，發(fā)電廠的煙氣需要經(jīng)過(guò)脫硫脫硝后排放。而脫硫脫硝產(chǎn)生的廢渣部分被混進(jìn)了粉煤灰，會(huì)影響粉煤灰的性能。由于優(yōu)質(zhì)粉煤灰的供應(yīng)量減少，出現(xiàn)了經(jīng)過(guò)粉磨處理的磨細(xì)粉煤灰。這種粉煤灰細(xì)度可以滿足應(yīng)用要求，但球形顆粒量較少，粉煤灰特有的潤(rùn)滑效應(yīng)就減小了。因許多地區(qū)粉煤灰短缺，導(dǎo)致粉煤灰的品質(zhì)不能得到保證，性能變化大，這給混凝土的穩(wěn)定生產(chǎn)帶來(lái)一定的困難。

礦渣粉的品質(zhì)也在下降。一些地區(qū)只有S75級(jí)礦渣粉供應(yīng)，一些S95級(jí)礦渣粉的7d活性達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。另外，也有高活性的超細(xì)礦渣粉供應(yīng)，用于高強(qiáng)混凝土的生產(chǎn)。這種超細(xì)礦渣粉的水化熱甚至比普通硅酸鹽水泥還高。使用這種超細(xì)礦渣粉，不能降低混凝土的溫升，其開裂敏感性也高，需要特別引起注意。

廣義上來(lái)說(shuō)，含有非晶態(tài)的硅鋁質(zhì)組分的材料都可以作為礦物摻和料使用?，F(xiàn)在各種各樣的固體工業(yè)廢渣都用于混凝土配制。使用這些新的礦物摻和料，混凝土的力學(xué)性能是可以滿足設(shè)計(jì)要求的，但是其長(zhǎng)期性能還需要系統(tǒng)的研究工作來(lái)檢驗(yàn)。尤其是一些重金屬的冶煉渣，需要關(guān)注其殘留的重金屬元素滲析特性，以及對(duì)人體健康的長(zhǎng)期影響。在使用惰性礦物摻和料（如石灰石粉）配制混凝土?xí)r，要關(guān)注混凝土的長(zhǎng)期強(qiáng)度增長(zhǎng)率。如果混凝土的長(zhǎng)期強(qiáng)度增長(zhǎng)率低，則結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)就會(huì)降低。

2、骨料品質(zhì)的變化

為了保護(hù)環(huán)境，砂石開采越來(lái)越受到限制，很多地方已經(jīng)禁止開采山石和河砂。由于天然砂石來(lái)源逐漸減少，人工砂的供應(yīng)不斷增加，導(dǎo)致混凝土的配合比和性能也發(fā)生了變化。

現(xiàn)在混凝土工業(yè)所使用的砂石原料，絕大多數(shù)都達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求的品質(zhì)。粗骨料的級(jí)配不合理，空隙率高。細(xì)骨料的含泥量嚴(yán)重超標(biāo)，級(jí)配不好，含石率高。許多中砂去除超徑顆粒后，其細(xì)度模數(shù)大大降低。使用這樣的骨料，混凝土的膠凝材料和減水劑用量必然會(huì)增加，導(dǎo)致和易性不好，工作性損失快，強(qiáng)度較低，對(duì)混凝土的各種性能都有不利影響。部分地區(qū)甚至使用風(fēng)化程度較高的砂石，這對(duì)混凝土性能的不利影響就更大了。

沿海地區(qū)大量使用海砂。海砂如果清洗干凈，氯鹽含量得到嚴(yán)格控制，就是一種優(yōu)質(zhì)的原料。但是目前的問(wèn)題是真正洗干凈的海砂不多。使用氯鹽含量超標(biāo)的海砂會(huì)給鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性帶來(lái)非常嚴(yán)重的危害。由氯鹽導(dǎo)致的鋼筋銹蝕一旦發(fā)生，結(jié)構(gòu)物難于維修加固，終只能拆除，這將給國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)很大的負(fù)面影響。

天然砂的供應(yīng)越來(lái)越緊張，人工砂和尾礦砂的用量越來(lái)越多。尾礦砂的細(xì)度偏細(xì)，需要與天然砂搭配使用。目前市場(chǎng)供應(yīng)的人工砂粒形較差，扁平狀顆粒較多；中間粒徑的含量較低，級(jí)配不合理；石粉含量高。這樣的人工砂質(zhì)量較差。我國(guó)當(dāng)前能夠生產(chǎn)高質(zhì)量的人工砂，但成本較高，市場(chǎng)接受程度低。實(shí)際上，使用優(yōu)質(zhì)的人工砂石，雖然砂石成本高，但是可以減少膠凝材料用量，混凝土強(qiáng)度高，混凝土的總體成本并不高。阿聯(lián)酋使用四種單粒級(jí)的骨料，組成理想的級(jí)配曲線，在配制高強(qiáng)混凝土?xí)r，其膠凝材料用量比我國(guó)類似強(qiáng)度等級(jí)的混凝土少約100kg/m3，密度都在2450kg/m3以上。在2014年屆全國(guó)混凝土技能大賽上，使用