解决混凝土结构工程质量问题的根本途径― 变革混凝土工程的生产关系
清华大学土木水利学院廉慧珍
摘要：混凝土材料不是最终产品，其最终产品是通过规范化的工艺制成的结构构件。混凝土工程是包括选择和控制原材料，经过试配、生产、运送，直到浇筑、振捣、收面、养护（控制温度和湿度）至指定龄期的全过程。完成最终产品的是混凝土工程。其中浇筑、振捣、收面、养护是混凝土工程中影响最终产品质量的关健工艺。脱离此关键工艺的混凝土拌和物不能保证最终产品的质量。当前混凝土工程已被分离到不同行业，由不懂混凝土的人强制性地向混凝土生产商供应原材料，生产出的混凝土拌和物又交给更加不懂混凝土的人去完成最终产品，信息不对称造成各方职责无法到位，难以确定混凝土工程的责任者。出现质量问题时，必然纠纷不止。这种水泥一混凝土一施工的生产关系已经阻碍了混凝土工程技术和建设的健康发展，造成能源、资源的浪费和对环境的冲击，改革是必需的。
1,混凝土工程生产关系现状及对工程质量的影响
生产关系的实质是生产资料的占有和利益分配的关系。改革传统水泥一混凝土一施工的关系必然涉及各方面的利益，因此生产关系的改革是一种革命性的变革，必然会遭到传统势力的反抗。生产力的发展是必然的规律，生产关系的具体形式必须适应生产力发展的要求。从人类历史发展来看，生产关系的变革符合随着生产力发展的否定之否定规律：从原始社会的无分工逐渐到自然分工―主要是家庭中按性别、年龄分别外出狩猎和家务的分工；此后又逐渐产生三次社会大分工：第一次是农业和畜牧业分离；第二次是手工业和农业分离；第三次是出现商业，产生专门从事商业活动的商人。在这样三次社会大分工的过程中，逐渐形成物质生产劳动和精神生产劳动、体力劳动和脑力劳动的分离和对立。18 世纪( 1765 年）开始的第一次工业革命和19 世纪（1870 年）开始的,第二次工业革命所带来的分工至今越来越精细。然而，20 世纪以来生产力的飞速发展，又需要集约化、规模化；科学技术的高度发展需要联合与传承，需要不同学科交叉。若干跨学科的新技术、新理论的出现，说明打破专业藩篱和学科壁垒是现代社会发展的又一次需要和必然，否则将会阻碍当代科学技术新的突破。当前混凝土工程的生产关系也面临着变革的问题。
100 多年以来，水泥和混凝土一直分属于两个学科体系，在生产中存在严重的行业隔离现象，水泥界的观念是：“我们就要高C3S 、高强度、低能耗，至于对混凝土有什么影响，那是混凝土的事”，他们不了解除了强度之外，混凝土还应当有什么样的质量要求；混凝土界一味追求强度的提高，认为水泥强度高才能提高混凝土强度，并不了解水泥厂采取什么样的技术路线提高水泥的强度，也不了解这样的技术路线对混凝土会产生什么影响。在过去水泥强度和混凝土总体强度等级多较低、混凝土结构服役环境相对简单的情况下，水泥和混凝土之间的相互矛盾并不明显。而如今，随着社会与科学技术的发展，水泥业和作为用户的混凝土业之间的矛盾不断凸现：主要是因为高效减水剂的大规模使用后，混凝土强度不再依赖于水泥强度，但水泥强度却还在不断提高，使用新型干法窑的初衷是为了降低能耗和环境?；さ男枰衷谌次饕晃兜靥岣咔慷榷黾臃勰サ哪芎?，以致当前用量仍然很大的C25 以下混凝土要么几乎无法配制，要么勉强配出来的，则强度大大超过设计要求，或者严重离析、泌水，影响结构质量：同时因为水泥过细和因此而造成颗粒级配的不合理，使混凝土开裂敏感性增大、和外加剂相容性变差、抗拉强度下降、后期强度倒缩、耐久哇变差……。这似乎应该是水泥界不了解其所服务的对象所造成的弊端。
过去教科书中所说“配制混凝土时，水泥强度一般应为混凝土强度的1 . 5 倍一2 . 5 倍”，是针对当时用0 . 44 / 0 . 46 的水灰比检测的水泥强度、而混凝土又不使用减水剂的条件而言的。而今，32.5 水泥完全能配制出用于某种环境的C60 混凝土，而用于C20 混凝土时仍然强度太高，复合水泥用于C30、C40 常用混凝土很好，但许多人不愿意用，认为复合水泥‘强度低”、“混合材品种和掺量不透明”，这是混凝土界下了解水泥的生产而造成的结果；另一方面，他们自己反而为了降低成本而打着“提高耐久性”的旗号，在生产混凝土时盲目增大矿物掺和料用量，甚至只看强度而启用未经全面研究和工程考验的其他矿物粉料，最快显露的直接结果就是混凝土拌和物离析、泌水严重，混凝土碳化速率加快、碳化深度增大，造成施工方和混凝土供应商的矛盾、混凝土供应商和质检之间的矛盾。
在过去现场生产混凝土时，由于懂得混凝土，知道如何保证工程质量，施工方自己对混凝土质量负责；然而，从提高生产效率和工业文明的角度来看，预拌混凝土无疑是混凝土生产的一个进步，问题是有利必有弊。如今，混凝土基本上是脱离工程的，施工人员越来越不懂混凝土了，混凝土供应者也不管施工，施工方并不对混凝土负责。于是常出现因施工单位的“无理”要求，擅自在拌和物中加水，改变配合比等等现象，造成工程验收时纠纷不止，严重影响了混凝土工程质量。而混凝土供应商也只负责运到工地交货为止，并不管施工单位如何处理和对待混凝土的拌和物，难以确认对最终产品的责任。有人说：“现在混凝土怎么打，实际上是民工说了算，随意加水的问题拗不过民工。”这真实反映了混凝土施工中的普遍现象。谁能解决？谁来解决？
2 当前预拌混凝土生产存在的问题
行业隔离的结果造成双方相互误导，而从生产关系上来看，现在水泥和混凝土两个行业是各自独立的经济实体，双方都有各自的生产资料占有和分配方式与制度，亦即都有各自的利益立场?？笪锊艉土嫌伤艉?？实质上是钱由谁赚的问题。现状必然是各不相让。然而，从发展生产力的角度，公平地说，目前由搅拌站掺用掺和料有如下弊端：
( l ）因为原材料种类多，常有人把粉煤灰错当成水泥，甚至有人把膨胀剂当成了矿渣使用，这类事故时有发生，一旦发生，损失就很大。解决此类问题就会增加管理的成本。
( 2 ）水泥厂将熟料与适量石膏共同粉磨来生产水泥（包括掺混合材的水泥和复合水泥）时，其中的石膏是进行整体优化的，搅拌站用水泥掺用矿物掺和料时，则不可能对石膏再进行优化，因此矿物掺和料的掺人就会稀释石膏，而且也稀释石灰，而石膏和石灰恰恰对矿物掺和料有激发作用。于是，掺用掺和料的混凝土早期强度低、凝结缓慢，与外加剂相容性差、干缩大、长期弹性模量较低。
( 3 ）为了迎合搅拌站解决这个问题的需要，有人办起矿物掺和料的生产厂（名为“复合胶凝材料”，不含外加剂）, 把不同矿物掺和料按一定比例（比例的根据是什么？）混合，再加入一定量的石灰和石膏（加人量的根据是什么？) ，当前“矿粉”这种有意无意混淆视听的产品，其中有的就是在生产矿渣粉时掺人了如粉煤灰或石粉（什么岩石的粉？）和一定量的石膏混合而成。石膏的优化必须和水泥结合，即对全部胶凝材料整体优化，目前市场的添加石膏或复合都是脱离水泥的、盲目的。且不论这种产品如何适应不同环境中的不同工程的需要，即使这种产品能用，在搅拌站掺到水泥中后，也不能解决一个致命的难题―搅拌不均匀。所生产的水泥的质量匀质性是最重要的，因此从原材料、生料、熟料，直到水泥成品，每一道工序都经过均化，而混凝土搅拌站是无法做到这样均化的。传统混凝土拌和物达到变异系数稳定所需搅拌时间约为75秒⑴，现今掺入矿物掺和料和外加剂的拌和物，全程搅拌达到均匀的时间（包括加水前的干拌）为150 秒⑵。而目前我国预拌混凝土通常搅拌时间都是30 秒，个别最长的也不过l 分钟，延长搅拌时间势必影响产量，所以至今基本无人能做到。
( 4 ）由于混凝土搅拌站难以控制进厂水泥的来源，则几乎不可能从根本上解决水泥与外加剂的相容性问题。西方国家控制预拌混凝土坍落度损失一般采取外加剂分次掺人的方式：在搅拌机中上料时先掺人一半，然后通过输送车上搅拌机中的传感器，感应拌和物黏度变化，而自动添加其余部分。我国混凝土厂商没有人舍得投资安装这种装置，一律将外加剂溶入拌和水中一起投人。这是外加剂使用效果最差的方式，不仅坍落度损失无法克服，而且也不经济―大量外加剂被骨料表面所吸附，使外加剂效率下降，不得不增加掺量。外加剂掺人最好的方式是在粉磨水泥时兼作助磨剂而掺人，外加剂由于被先吸附在水泥颗粒的表面，在混凝土加水搅拌后能缓慢释放而长时间保持在混凝土拌和物中的浓度，不仅可提高流化效果、减少坍落度损失，还可避免外加剂被骨料吸附而降低效率的问题。从外加剂效率来说，也是矿物掺和料在水泥厂掺好。
( 2 ）水泥厂将熟料与适量石膏共同粉磨来生产水泥（包括掺混合材的水泥和复合水泥）时，其中的石膏是进行整体优化的，搅拌站用水泥掺用矿物掺和料时，则不可能对石膏再进行优化，因此矿物掺和料的掺人就会稀释石膏，而且也稀释石灰，而石膏和石灰恰恰对矿物掺和料有激发作用。于是，掺用掺和料的混凝土早期强度低、凝结缓慢，与外加剂相容性差、干缩大、长期弹性模量较低。
( 3 ）为了迎合搅拌站解决这个问题的需要，有人办起矿物掺和料的生产厂（名为“复合胶凝材料”，不含外加剂）, 把不同矿物掺和料按一定比例（比例的根据是什么？）混合，再加入一定量的石灰和石膏（加人量的根据是什么？) ，当前“矿粉”这种有意无意混淆视听的产品，其中有的就是在生产矿渣粉时掺人了如粉煤灰或石粉（什么岩石的粉？）和一定量的石膏混合而成。石膏的优化必须和水泥结合，即对全部胶凝材料整体优化，目前市场的添加石膏或复合都是脱离水泥的、盲目的。且不论这种产品如何适应不同环境中的不同工程的需要，即使这种产品能用，在搅拌站掺到水泥中后，也不能解决一个致命的难题―搅拌不均匀。所生产的水泥的质量匀质性是最重要的，因此从原材料、生料、熟料，直到水泥成品，每一道工序都经过均化，而混凝土搅拌站是无法做到这样均化的。传统混凝土拌和物达到变异系数稳定所需搅拌时间约为75秒⑴，现今掺入矿物掺和料和外加剂的拌和物，全程搅拌达到均匀的时间（包括加水前的干拌）为150 秒⑵。而目前我国预拌混凝土通常搅拌时间都是30 秒，个别最长的也不过l 分钟，延长搅拌时间势必影响产量，所以至今基本无人能做到。
( 4 ）由于混凝土搅拌站难以控制进厂水泥的来源，则几乎不可能从根本上解决水泥与外加剂的相容性问题。西方国家控制预拌混凝土坍落度损失一般采取外加剂分次掺人的方式：在搅拌机中上料时先掺人一半，然后通过输送车上搅拌机中的传感器，感应拌和物黏度变化，而自动添加其余部分。我国混凝土厂商没有人舍得投资安装这种装置，一律将外加剂溶入拌和水中一起投人。这是外加剂使用效果最差的方式，不仅坍落度损失无法克服，而且也不经济―大量外加剂被骨料表面所吸附，使外加剂效率下降，不得不增加掺量。外加剂掺人最好的方式是在粉磨水泥时兼作助磨剂而掺人，外加剂由于被先吸附在水泥颗粒的表面，在混凝土加水搅拌后能缓慢释放而长时间保持在混凝土拌和物中的浓度，不仅可提高流化效果、减少坍落度损失，还可避免外加剂被骨料吸附而降低效率的问题。从外加剂效率来说，也是矿物掺和料在水泥厂掺好。
3 当前水泥对混凝土不适应的问题及其对工程质量的影响
从水泥厂现状来看，其大宗的用户是混凝土制造商，然而水泥生产并未考虑现今用户的特点和需要，例如，混合材比硅酸盐水泥对水灰比有更大的敏感性。随水灰比的减小，掺用矿物掺和料后水泥强度增高的幅度大于硅酸盐水泥的强度提高的幅度⑶。按照现在人们的从众思维方法，对水泥质量的评价主要认为强度高的水泥才是好水泥。现行水泥标准把标准修订前的水灰比0.44～0.46 增大到0.5 ，使得混合材水泥的标称强度降低得更多，用户就误认为“凡是有掺和料的水泥都不是正品，性能都不好。”实际上，现在的混凝土强度与水泥强度已经不再是线性的关系了，用强度高低作为质量的标准已是落后的、不科学的观念。现行32.5水泥照样能配制出C60 混凝土。传统观念认定的水泥强度，实际上是作为产品出厂合格检验所用的指标，只是水泥的标称强度（即以产品标准检测而称谓的强度），是统一用0 . 5 的水灰比检测的，并非真值（真值是测不出来的）。水泥厂这种对强度理解上的误区导致了不得不追求用助磨剂使水泥比表面积已达400m2 / kg 以上，还要求助磨剂厂供应能增强的助磨剂，甚至有的还借助于工业盐来增强，对工程危害极大。
除强度以外，当前反映最多的有如下问题：
( l ）水泥与外加剂的相容性问题
使用现行标准加水量无法检测当前水灰比普遍低于0 . 5 的混凝土中外加剂与水泥的相容性⑷，而且水泥厂不知混凝土厂使用的是什么外加剂，也无法在出厂前进行检验。这一方面表明现行水泥标准已不能适应混凝土的现状了，另一方面表明水泥和混凝土行业隔离，生产、检验分家的现状也已不能适应当前的混凝土质量控制的要求了，国外也存在如此的问题。外加剂标准中要求用“标准水泥”检测外加剂与水泥的相容性，这是毋庸置疑的，因为目的是检测外加剂的质量，水泥厂用出厂合格的外加剂和自己现有的水泥进行相容性试验，如果水泥不具备“标准水泥”的质量，当然可能不相容，问题出在水泥而不是外加剂；即便是试验相容性“合格”了，也是用0 . 5 水灰比检测的，不能表明在混凝土中的行为，问题同样出在水泥厂。
( 2 ）水泥因粉磨得太细而需水量增大
上世纪80 年代的水泥标准稠度用水量一般都在24 ％一26 % ，现在则普遍在30 ％左右?；炷烈堤岢鱿Ｍ嘈杷恳?，水泥厂采取的措施是在助磨剂中掺人少量减水剂。掺人减水剂后水泥所表现的需水量并非一定工艺下水泥的本征特性，造成水泥需水量增大的颗粒细度和级配的不合理并未因减水剂的掺加而改变，混凝土在使用中反而因这种隐藏的信息而造成试配的难度。由于人们对大型水泥企业的信任，尽管我国水泥产能过剩，产量足够，在市场上还是显得水泥供不应求，以致于水泥厂不管混凝土的需要而仍然我行我素。
（3）行业隔离所造成的信息不对称
信息不对称不仅影响交易，而且成为对工程质量影响的最大问题。由于受到混凝土“强度第一”观念的误导，当前的水泥磨得太细，而且有越来越细的趋势，原本水泥厂为了降低能耗而使用助磨剂，现在使用助磨剂却主要是为了磨得更细，以便掺人更多的混合材来降低成本。混合材掺多少、掺什么，都已和标准无关了，目标只是强度。其结果是水泥和减水剂相容性差，混凝土抗拉强度与抗压强度比值下降、抗冻性差、开裂敏感性增大，混凝土强度早期很高，28 天以后就不再增长了；初始期所形成的可见与不可见的内部缺陷因水泥在早期水化消耗殆尽，后期没有水化物去修复，更会增大在温、湿度交替变化下的开裂敏感性，加速混凝土劣化。即使在无化学窝蚀和冻融循环的一般环境下，也会如此。
混凝土从业者要求水泥不要太细但要早期强度高，这又是他们不懂得水泥的无理要求，不知道现在提高强度靠的主要手段就是磨细。在这个问题上，水泥和混凝土的从业者都应当知道一个常识，即“早长晚不长”, “早熟早死”。速生的杨树、催肥的家禽家畜等等如此，人亦如此，混凝土更是如此。
一些大型水泥厂因生料制备的需要，一般有自备石灰石矿山，从原岩的开采到逐级破碎到最后的细颗粒；另一方面，有的搅拌站还有自备矿山生产自用的石子和人工砂，产生数量很大的石灰石粉。双方都在浪费能源和资源。这也表明行业隔离的现状已经阻碍生产力的发展，阻碍科技进步，影响混凝土工程的质量和资源、能源的合理利用。
混凝土从业者要求水泥不要太细但要早期强度高，这又是他们不懂得水泥的无理要求，不知道现在提高强度靠的主要手段就是磨细。在这个问题上，水泥和混凝土的从业者都应当知道一个常识，即“早长晚不长”, “早熟早死”。速生的杨树、催肥的家禽家畜等等如此，人亦如此，混凝土更是如此。
一些大型水泥厂因生料制备的需要，一般有自备石灰石矿山，从原岩的开采到逐级破碎到最后的细颗粒；另一方面，有的搅拌站还有自备矿山生产自用的石子和人工砂，产生数量很大的石灰石粉。双方都在浪费能源和资源。这也表明行业隔离的现状已经阻碍生产力的发展，阻碍科技进步，影响混凝土工程的质量和资源、能源的合理利用。
4 混凝土生产关系的变革符合社会发展否定之否定的规律
人类最早发现，在有些石头（石灰岩）上用火烧烤食物后该石头会变得松软，遇水体积膨胀并产生很大的热量，因而开始了石灰的生产；后来又发现含有一定量黏土的石灰石烧制的石灰具有一定的水硬性，但是天然石灰石中豁土含量波动福度大．产品不稳定，继而用人工添加黏土调配原料生产出现代硅酸盐水泥的雏形。从古代至今，用于混凝土的胶凝材料经历了否定之否定的发展过程。在图中标明：
第一次否定：从气硬性石灰的使用到与火山灰混合使用以得到水硬性；
第二次否定，对第一次否定的否定：用黏土质石灰石烧制的水硬性石灰，发展到因天然黏土质石灰石成分不稳定而用黏土和石灰石人工配料锻烧的硅酸盐水泥；
第二次否定，对第一次否定的否定：用黏土质石灰石烧制的水硬性石灰，发展到因天然黏土质石灰石成分不稳定而用黏土和石灰石人工配料锻烧的硅酸盐水泥；
第三次否定，对第二次否定的否定：为调节硅酸盐水泥强度、降低水化热、提高抗化学腐蚀性，出现了掺混合材的硅酸盐水泥；
第四次否定，对第三次否定的否定：适应大跨度、高耸结构工程使用高强混凝土需要的高强度硅酸盐水泥；
第五次否定，对第四次否定的否定：使用硅酸盐水泥的混凝土耐久性问题凸现，发现“高强不一定耐久”⑸而在混凝土中掺用矿物掺和料；
—下一次否定，对第五次否定的否定：因在混凝土中掺矿物掺和料具有不可克服的缺点，而使用由水泥厂按混凝土需要生产的胶凝材料，进而发展成胶凝材料一混凝土－混凝土施工成型工艺一体化的生产关系的变革。
每次否定之否定都没有简单地回到上一次否定之前，而是向前发展了。第五次否定之否定也不是简单地回到混合材料水泥的使用，而是改为在混凝土中掺用矿物掺和料，原因有三：
( 1 ）过去含混合材的水泥尽管有较低的水化热、较高的抗化学腐蚀性质，但用统一水灰比检测的强度，就成了以“牺牲强度”为代价。在以强度作为第一甚至唯一评价标准和方法的传统观念支配下，用户无法接受。
—下一次否定，对第五次否定的否定：因在混凝土中掺矿物掺和料具有不可克服的缺点，而使用由水泥厂按混凝土需要生产的胶凝材料，进而发展成胶凝材料一混凝土－混凝土施工成型工艺一体化的生产关系的变革。
每次否定之否定都没有简单地回到上一次否定之前，而是向前发展了。第五次否定之否定也不是简单地回到混合材料水泥的使用，而是改为在混凝土中掺用矿物掺和料，原因有三：
( 1 ）过去含混合材的水泥尽管有较低的水化热、较高的抗化学腐蚀性质，但用统一水灰比检测的强度，就成了以“牺牲强度”为代价。在以强度作为第一甚至唯一评价标准和方法的传统观念支配下，用户无法接受。
( 2 ）矿渣和硅酸盐水泥熟料硬度的差别使其共同粉磨后颗粒细度相差较大，磨得越细，相差越大，造成其中的矿渣比表面积太?。ǘ杂诒缺肀砻婊?30m2 / kg 的水泥来说，矿渣比表面积大约只有250m2 / kg 左右），不能发挥矿渣活性的潜能，不仅水泥强度低，而且因保水性差而不利于混凝土的抗渗和抗冻等性质。
( 3 ）现在已有磨细矿渣的产品，尽管有的水泥厂也在将共同粉磨生产矿渣水泥，但是混凝土自己掺用矿物掺和料则能降低成本获取更多的利润。于是，“掺和料由谁来掺”的问题转化成“钱由谁来赚”的矛盾。
( 3 ）现在已有磨细矿渣的产品，尽管有的水泥厂也在将共同粉磨生产矿渣水泥，但是混凝土自己掺用矿物掺和料则能降低成本获取更多的利润。于是，“掺和料由谁来掺”的问题转化成“钱由谁来赚”的矛盾。
有的水泥专家认为，索性只生产高强度的纯硅酸盐水泥（当然可以提高价格来补偿利润），让混凝土有加大掺和料掺量的强度余地，掺和料的钱就由混凝土去赚吧！有的混凝土专家也认为，在混凝土中掺用矿物掺和料比使用含混合材的水泥质量易于控制。然而，这只是短视的观点。社会发展需要多样化的产品供用户选择，以满足日益增长的各种不同需要。产品品种单一化则更会增加用户的麻烦和社会的不和谐，是不符合社会发展规律的。
对“掺和料由谁掺”的问题应当跳出各自眼前的利益来看待。一方面，从双方长远的发展着眼，不能只顾眼前而堵塞各自发展的前途；另一方面，水泥和混凝土都是服务于社会的产品，掺和料究竟由谁掺的问题，首先要从社会发展的利益出发。产品的经济效益是和社会效益密切相关的，没有社会效益的产品是没有生命力的。掺和料究竟由谁掺从根本上要服从于结构工程的安全性和耐久性要求。
就组分复杂的现代混凝土的实际需要来说，把混凝土所需要用的胶凝材料放回到工厂去生产，在共同粉磨中做到原材料的预均化，就能够不增加现行搅拌时间而大大提高混凝土的匀质性。搅拌站总体成本不会增加，反而对节约能源和资源、降低质量管理成本都会产生明显的效益。从整体来讲，不仅可以实现水泥厂和搅拌站双赢，而且更重要的是有利于建设工程的质量和耐久性。从图1 中按照已发生的否定之否定历程的规律预测下一次否定之否定的趋势，可见在水泥厂生产混凝土需要的胶凝材料是符合客观规律的。
对“掺和料由谁掺”的问题应当跳出各自眼前的利益来看待。一方面，从双方长远的发展着眼，不能只顾眼前而堵塞各自发展的前途；另一方面，水泥和混凝土都是服务于社会的产品，掺和料究竟由谁掺的问题，首先要从社会发展的利益出发。产品的经济效益是和社会效益密切相关的，没有社会效益的产品是没有生命力的。掺和料究竟由谁掺从根本上要服从于结构工程的安全性和耐久性要求。
就组分复杂的现代混凝土的实际需要来说，把混凝土所需要用的胶凝材料放回到工厂去生产，在共同粉磨中做到原材料的预均化，就能够不增加现行搅拌时间而大大提高混凝土的匀质性。搅拌站总体成本不会增加，反而对节约能源和资源、降低质量管理成本都会产生明显的效益。从整体来讲，不仅可以实现水泥厂和搅拌站双赢，而且更重要的是有利于建设工程的质量和耐久性。从图1 中按照已发生的否定之否定历程的规律预测下一次否定之否定的趋势，可见在水泥厂生产混凝土需要的胶凝材料是符合客观规律的。
5 国内外水泥和混凝土生产关系现状
水泥厂办搅拌站在西方发达国家已有多年的历史，例如法国、德国、瑞士。在国外很少在搅拌站掺用矿物掺和料，水泥厂的水泥品种基本上都可以满足使用要求。只有加拿大因V . M . Malhotra 多年提倡和推广大掺量粉煤灰⑹、⑺、⑻、⑼，将大掺量粉煤灰和磨细矿渣列人2004 年颁布的混凝土标准中⑽。新加坡的双龙水泥公司生产磨细矿渣掺量为70 ％一75 ％的水泥，销售时，该厂的中心实验室为用户进行试配，提供符合用户工程需要的混凝土配合比。日本的水泥是把熟料和不同矿物掺和料粉磨后按细颗粒级配后混合优化石膏掺量而制成，混凝土不单独掺用掺和料；欧洲水泥标准允许矿渣水泥中矿渣掺量达95 % ，也是由水泥厂生产而不是在混凝土中掺加的。目前我国由于供需双方认识和诚信的问题，一般做不到。
上世纪80 年代，前苏联水泥科学研究院和混凝土与钢筋混凝土科学研究院合作进行低需水性水泥胶凝材料( BHB ）的研究⑾，1991 年投人小批量生产。1993 年，俄罗斯正式注册为BHB （该符号为俄文，音译成英文为VNV ）水泥，已有数家水泥厂生产。BHB 的后缀数字代表该水泥中熟料的用量。其余除石膏外的组分为矿渣、粉煤灰、石英砂粉中的两种或三种。相对于普通水泥标准稠度用水量25 ％一30 % , BHB 一100 一BHB 一40 的标准稠度用水量为16 ％一20 ％。BHB 水泥熟料用量可减少达50 ％一70 % ，但所配制的混凝土强度可达80MPa 一100MPa ，用于配制混凝土具有低水化热和较好的耐久性、工作性等优点。该水泥中熟料取代量最多可达70 % ，强度却比基准水泥的高。例如其中BHB 一50 水泥用量只有350kg / m⒊时，混凝土强度可达55.9MPa 。这种水泥无疑是可持续发展的。
V . Alunno Rossetti 等试验研究并在意大利一家水泥厂投产了一种特种超塑化水泥SPC ( Special Superplasticized Cement ) ，该水泥是在意大利525 型硅酸盐水泥生产时掺入超塑化剂而制成的，提高了超塑化剂（高效减水剂）的使用效率⑿；瑞典用中热水泥和硅灰掺人超塑化剂粉磨生产出一种强力改性水泥EMC ( Energetically Modified Cement ) ，专用于高强和超高强混凝土，改性后的水泥比基准水泥的强度提高60 ％以上，可以用0 . 19 的水灰比配制出170MPa 超高强混凝土⒀。
作者从1 994 年开始与北京住总集团合作，进行了低需水量、低水化热、低收缩的环保型胶凝材料的研究，最后优选试样中熟料含量均为44 % ，所用矿物掺和料为粉煤灰和矿渣。试验研究结果表明，组分相同时，与在现场混合使用相比，有明显的优势。检测其性能如下：
标准稠度用水量：12 ％一21 % ，用于不同强度等级；
V . Alunno Rossetti 等试验研究并在意大利一家水泥厂投产了一种特种超塑化水泥SPC ( Special Superplasticized Cement ) ，该水泥是在意大利525 型硅酸盐水泥生产时掺入超塑化剂而制成的，提高了超塑化剂（高效减水剂）的使用效率⑿；瑞典用中热水泥和硅灰掺人超塑化剂粉磨生产出一种强力改性水泥EMC ( Energetically Modified Cement ) ，专用于高强和超高强混凝土，改性后的水泥比基准水泥的强度提高60 ％以上，可以用0 . 19 的水灰比配制出170MPa 超高强混凝土⒀。
作者从1 994 年开始与北京住总集团合作，进行了低需水量、低水化热、低收缩的环保型胶凝材料的研究，最后优选试样中熟料含量均为44 % ，所用矿物掺和料为粉煤灰和矿渣。试验研究结果表明，组分相同时，与在现场混合使用相比，有明显的优势。检测其性能如下：
标准稠度用水量：12 ％一21 % ，用于不同强度等级；
凝结时间：初凝3h00m 一8h00m ，终凝4h30m 一10h00m , 用于不同强度等级；
28 天抗压强度：50MPa 一80MPa ，用于C30 一C80 不同强度等级；
收缩：水中养护7 天后继续在空气中养护28 天的限制收缩≯0 . 02 % ，落差≯0 . 04 个百分点（从水养护7 天所达到的膨胀值，到随后置于空气中达到的收缩值，其间的差值称落差）。
水化热：用溶解热法测定，3 天≯250J/g
28 天抗压强度：50MPa 一80MPa ，用于C30 一C80 不同强度等级；
收缩：水中养护7 天后继续在空气中养护28 天的限制收缩≯0 . 02 % ，落差≯0 . 04 个百分点（从水养护7 天所达到的膨胀值，到随后置于空气中达到的收缩值，其间的差值称落差）。
水化热：用溶解热法测定，3 天≯250J/g
以上表明，该方式生产的水泥具有低水化热、优异的工作性、耐化学侵蚀性和长期强度的较高增长率的优点，尤其适用于较高强度大体积的基础工程。当时用以配制C60 泵送混凝（坍落度为180 mm 一220mm ）时，28天抗压强度为7l MPa。
1997 年在北京窦店水泥厂试生产了120吨产品，同时送于国家建材质量检测中心、冶金部废渣利用质量检测中心、二京市建工院检测中心等单位检测，结果如表1 所示。
1999 年，清华大学土木系进一步与北京城建（集团）混凝土公司合作进行了生产和应用的试验研究⒁，试生产出200 吨用于C50 以下高性能混凝土的高性能新型胶凝材料，产品中磨细矿渣和粉煤灰总掺量为50 ％。硅酸盐水泥熟料用量为42 ％一44 ％。其主要性能如表2 所示。
该产品用于北京美林花园公寓2 ＃楼地下一层内墙柱、地下二层I 段车库，共浇筑260m3 C40混凝土，坍落度200mm ～220mm ，扩展度≥500mm , l 小时后坍落度损失< 10 % ，工作性能优异，水化热低，体积稳定性好，易于振捣，28 天强度达到设计标号的130 ％一132 % ；共生产50m⒊C30混凝土用于浇筑顶板，28 天强度达到设计标号的124 ％一131 % ;拆模后观察，混凝土结构表面光洁、密实，无裂缝和蜂窝麻面，颜色纯正，外观质量良好。但因该项技术涉及生产关系的变革，如没有统筹规划，难以推行，故至今未得以产业化。水泥和混凝土的原材料及矿物掺和料的地方性都很强，尚需有一定规模的统计性的系统实验研究和系统设计。
我国近年来也有一些大的水泥集团收购搅拌站、建立混凝土实验室的情况，但是被收购的搅拌站一般技术水平不太理想。而且水泥厂和搅拌站仍然是“两层皮”，彼此独立经营核算，只是水泥可免去中间环节而稳定供应，可降低混凝土的成本。这毕竟是一种进步，但是尚未考虑搅拌站掺用掺和料所造成的质量不均匀、SO3被稀释而显不足以外，且尚存在外加剂效率和投料管理等问题。目前我国混凝土技术水平虽有进步，总体上从业人员水平仍跟不上发展的要求。
需要说明的是，当前石子生产大多数仍然技术落后、对环境的粉尘污染严重，所生产的石子颗粒形状差、级配很差，成为影响混凝土质量的关键因素之。实际上对于现代预拌混凝土，石子强度已经不再影响混凝土的强度，但是在当前传统思维支配下，用户仍然强调石子的强度，而在当前大多数采石场技术落后的状况下，强度越高的石子，颗粒形状越差，破碎的颗粒越小，针状和片状颗粒越多。因此目前大多供应的名义上连续级配石子基本上没有5mm 一10mm 级的颗粒，这是目前我国混凝土用水量居高不下的主要原因。
需要说明的是，当前石子生产大多数仍然技术落后、对环境的粉尘污染严重，所生产的石子颗粒形状差、级配很差，成为影响混凝土质量的关键因素之。实际上对于现代预拌混凝土，石子强度已经不再影响混凝土的强度，但是在当前传统思维支配下，用户仍然强调石子的强度，而在当前大多数采石场技术落后的状况下，强度越高的石子，颗粒形状越差，破碎的颗粒越小，针状和片状颗粒越多。因此目前大多供应的名义上连续级配石子基本上没有5mm 一10mm 级的颗粒，这是目前我国混凝土用水量居高不下的主要原因。
提高砂石质量在技术上并不是困难的问题，根本问题还是生产关系不顺所造成的。如果水泥厂的石灰石矿山开采不是首先着眼于水泥生料，而是改变工艺，先生产石子，生产水泥时利用生产石子的废弃物（不够时可取石子生产的中间产品作为辅助）, 则可提高能源和资源的效率，降低总体成本。
6 建立从原材料制备一试配一生产一成型工艺一体化的混凝土工程体系设想
和其他产品不同，水泥最大宗的服务对象―混凝土是人工材料中一种最复杂的、非均质、多相、多变的混沌体系，因此为了适应这个特性，水泥不能是最终产品，而应当是混凝土的中间产品；混凝土服务的对象是混凝土结构，从混凝土到混凝土结构的过程又是很复杂的，会受到环境和成型工艺操作的极大影响，因此混凝土也不能是最终产品，而应当是结构物的中间产品。
从水泥一混凝土－混凝土结构物，必须是一体化的连续生产，才能保证结构物这个最终产品的质量―安全的和耐久的。打破狭窄行业之间的樊篱是时代发展的必然。这种生产关系的变更首先不是技术问题，而是观念的转变：
( 1 ）合并水泥原料和与混凝土骨料石灰岩的矿山，采用先进的破碎和筛分技术，生产分级的、粒形优良的单粒级石子，供混凝土在制备时按两级配或三级配上料（实践证明两级配石子后，混凝土用水量可减少约20 % ) ，用5mm 以下的颗粒制作人工砂；用砂石下脚料制作水泥生料，不足的部分另外取分级的人工砂或5mm 一10mm 的颗粒来补充。
( 2 ）通过优化的试验研究将多种矿物掺和料、水泥和外加剂纳人水泥的粉磨系统，生产符合不同混凝土性能和质量要求的低水化热、低需水量、低收缩的胶凝材料，与砂石、外加剂等混凝土其他原料一起作为中间产品，减少中间环节，提高资源和能源的利用效率，降低社会成本，加快建立混凝土成型工艺作为售后服务的机制，大幅度提高混凝土质量，实现对结构工程的优质服务。其中外加剂的生产也纳入本系统，以便控制外加剂和胶凝材料的相容性。其流程如图2 所示。
( 2 ）通过优化的试验研究将多种矿物掺和料、水泥和外加剂纳人水泥的粉磨系统，生产符合不同混凝土性能和质量要求的低水化热、低需水量、低收缩的胶凝材料，与砂石、外加剂等混凝土其他原料一起作为中间产品，减少中间环节，提高资源和能源的利用效率，降低社会成本，加快建立混凝土成型工艺作为售后服务的机制，大幅度提高混凝土质量，实现对结构工程的优质服务。其中外加剂的生产也纳入本系统，以便控制外加剂和胶凝材料的相容性。其流程如图2 所示。
以上流程是把混凝土当作混凝土工程来做：总体控制原材料质量，水泥和砂石按混凝土需要生产，混凝土按工程需要试配、制备后，按合同与工程特点进行浇筑、振捣、养护后交货，即以对混凝土结构的“售后服务”取代目前施工单位对该工序发放的分包，最终完成混凝土的全部工程。这时混凝土供应商对混凝土工程质量负责。
7 混凝土工程生产关系改革预期的节能、降耗、减排效果和社会效益
( l ）节省现有水泥厂生料制作过程中的初级破碎能源，并减少采石场石粉的排放，总体减少石灰石的消耗。
( 2 ）外加剂本身有很好的助磨作用，不同矿物掺和料也有相互助磨作用，可降低粉磨能耗并省去现有水泥所用助磨剂。
( 3 ）可以通过在粉磨水泥中的优化配料和混凝土浇筑前的技术措施，提高混凝土表面密实度，解决大掺量矿物掺和料造成的早期碳化问题，将熟料消耗量减少到40 ％以下，达到减碳的目的。
( 3 ）可以通过在粉磨水泥中的优化配料和混凝土浇筑前的技术措施，提高混凝土表面密实度，解决大掺量矿物掺和料造成的早期碳化问题，将熟料消耗量减少到40 ％以下，达到减碳的目的。
( 4 ）提高石子质量后，可减少混凝土水泥用量佣水量约20 % ，增加节能、降耗、减排的效果，并月．可提高混凝土的耐久性。
( 5 ）混凝土的所有原材料都直接按混凝土需要生产，可解决现有的水泥和混凝土、水泥和外加剂以及混凝土和外加剂之间的矛盾，形成和谐生产的关系，有利于社会稳定。
( 5 ）混凝土的所有原材料都直接按混凝土需要生产，可解决现有的水泥和混凝土、水泥和外加剂以及混凝土和外加剂之间的矛盾，形成和谐生产的关系，有利于社会稳定。
( 6 ）当前施工人员越来越不懂混凝土，“混凝土专业包工队”人员素质差，任意向拌和物中加水和振捣不规范、养护不到位，严重影响混凝土结构质量，混凝土的售后服务机制可从根本上杜绝此问题的发生，保证工程质量，避免将来结构物劣化造成的资源、能源的浪费和建筑垃圾对环境的冲击。
8 尚需研究解决的问题
改革混凝土工程生产关系的难度不在于技术，首先要转变观念，换一种方法思维，采取一种适应当前社会可持续发展的生产模式。既然生产水泥时能把生料预热和分解放到窑外去进行，为什么不能把预拌混凝土中胶凝材料的均化生产放到搅拌机外去进行呢？这个问题谁都能回答，最需要下决心第一个吃螃蟹的关键问题就是要解决各自的经济利益问题。不妨请一位经济学专家参与研究。
有不少人认为在技术上很简单。其实不然，尚有以下问题需要研究：
1 ．如何做到不同工程需要的胶凝材料组成与性能优化和产品定型化？
2 ．改变传统水泥从单一凝结时间优化石膏的方法，如何按多项性能优化石膏？
3 ．如何建立符合混凝土规律的水泥性能检测试验方法和产品标准？
4 ．如何使用成品胶凝材料进行混凝土配合比设计？包括程序设计和试验验证；
5 ．如何实现混凝土生产与施工质量过程控制技术与自动化体系？
6 ．如何进行水泥一混凝土－施工工艺流程、物料平衡、体系仿真，包括生产的过程测算和优化，以适应现代化生产的需要？
7 ．对生产关系改革前后的总体和长期投人产出比进行系统分析。
1 ．如何做到不同工程需要的胶凝材料组成与性能优化和产品定型化？
2 ．改变传统水泥从单一凝结时间优化石膏的方法，如何按多项性能优化石膏？
3 ．如何建立符合混凝土规律的水泥性能检测试验方法和产品标准？
4 ．如何使用成品胶凝材料进行混凝土配合比设计？包括程序设计和试验验证；
5 ．如何实现混凝土生产与施工质量过程控制技术与自动化体系？
6 ．如何进行水泥一混凝土－施工工艺流程、物料平衡、体系仿真，包括生产的过程测算和优化，以适应现代化生产的需要？
7 ．对生产关系改革前后的总体和长期投人产出比进行系统分析。
市场经济的特点之一就是产品多样化以适应不同的需要，不同的生产方式可以适应不同对象的需要。任何时候都不能“一刀切”地采取单一模式。上述设想可以根据现有条件逐步实现。例如水泥集团收购、合并混凝土搅拌站只是个很
初级的阶段，可以先从自有矿山的生产方式着手改造，为集团搅拌站提供优质骨料，培训、鼓励集团搅拌站先使用集团的复合水泥，然后再进一步发展。
只有生产关系的创新，才能保证技术的创新。
只有生产关系的创新，才能保证技术的创新。
参考文献：
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[ 5 ] ACI 363 委员会，State of the arts report on high strength concrete , 1994 .
[ 6 ] WiIbert S. Langley , Georges G . Carette , and V . M Malhotra , Structural Concrete Incorporating High Volumes of ASTM Class F Fly Ash ACI Materials Journal 1 Septemhe 卜october 1989 汇7 」Andre Bisaillon , Michel Rivest , and V - M . Malhotra , Performanceof HighweVOlume Fly Ash Concrete in Larse Experimental Monoliths . ACI Materials Journal / March 一April 1994
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[ 11 ] 5 . A . Podmasova , SH . T Bahev , YU . 5 . Volkov , New Low Walter Demand Binders for High 一Strength Concretes , Proceedings of International Conference on High 一Strength Concrete , Norway，1993 .
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[ 13 」J . E Jonasson , V . Ronin , Energrtically Modified Cement ( EMC ) , Proceedings of International Conference on High 一Strength Concrete , Norwav , 1993
[ l4 ］北京城建集团有限责任公司混凝土分公司、清华大学，《环保型胶凝材料及其配制高性能混凝土的研究》鉴定文件，1 999 年。
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[ l4 ］北京城建集团有限责任公司混凝土分公司、清华大学，《环保型胶凝材料及其配制高性能混凝土的研究》鉴定文件，1 999 年。
作者简介
廉慧珍，1933 年生，清华大学土木工程系教授。自上世纪70 年代起承担多项高强混凝土及其流态的科研任务，以及“七五”和‘八五”国家重点科技攻关专题。
是我国最早使用扫描电子显微镜研究水泥浆体微结构和混凝土界面的专家之一，三次承担国家科学基金的研究课题在矿物掺和料作用和水浆体并取得突出的成果。
是我国最早使用扫描电子显微镜研究水泥浆体微结构和混凝土界面的专家之一，三次承担国家科学基金的研究课题在矿物掺和料作用和水浆体并取得突出的成果。
来源：混凝土世界2011.06