|
浙江大学建筑工程学院 钱晓倩： 这只是作者的一点思考，与大家共榷，不成论文，故而省却了格式、引文等等，对事对人，共争鸣，守底线，辩是非，谋发展。 几点共识：由于普通混凝土是最大宗的建筑材料，故必须实现和易性、强度、耐久性和经济性的协同，若只是小宗材料，对经济性就不至于成为四要素之一，仅仅是三大技术性能的协同要容易得多。在实验室条件下，单一技术功能的实现没有任何难度，即使是最差的原材料，仅单单让和易性或强度或耐久性满足要求并不难。在原材料性能完全确定和稳定的前提下，在实验室条件下协同实现也没有任何困难，甚而可以优化优化再优化。即使在某一原材料性能发生变化，且知道其变化量或变化规律时，调整一下配合比也没有任何困难。如水泥强度从48降到43、水泥温度从70℃降到20℃度、或砂细度模数从2.3增大到3.0、或粗骨料空隙率从40%增大到48%、或外加剂减水率下降几个点等等，现有技术能力基本才能保障。 当从实验室走向生产应用时，若能提供性能合格且稳定的原材料，即便增加了春夏秋冬的季节变化、结构部位的变化、运输距离的变化……等等变量，那怕是部分原材料的性能有欠缺，但只要稳定，相信我们的技术人员在积累了足够经验时，也能轻松应对。 但我们目前的生产应用面对的是原材料性能的快速随机变化，又不知正负变量，而且往往来不及系统测试就要投入生产，这时你就无所适从，若要保证质量的底线，则只有加大标准差或变异系数的设定，放弃经济性，要不然定有湿鞋时。所以才有貌似最简单的混凝土，变成了最复杂。 大家对JGJ 55《普通混凝土配合比设计规程》多有争议，但该规程提供的混凝土配合比设计方法是经验的总结，原理明确，对采用合格原材料配制真正的普通混凝土具有明确的指导意义，是基础；但有局限性：他采用的是一种简化了的中值原理，提供的是一种粗犷的简易计算方法，因而具有通用性，但定然失去部分精确性；虽然也可以根据原材料性能通过计算来实现，但更多的是提供了简便的选择性参数：如骨料系数、单方用水量、拨开系数和胶凝材料富余系数等等；其实分析总结一下近年来世界各国发展起来的“系统化的高性能混凝土配合比设计方法”、“英国的Domone PLJ等提出的设计方法”、“美国混凝土协会（ACI）的设计方法”、“法国国家路桥试验室（LCPC）的设计方法”、“Mehta P.K和Aitcin P.C的设计方法”、“全计算法”、“钢纤维混凝土配合比设计方法”、“基于正交试验的混凝土配合比设计方法”、“利用计算机程序和人工智能的设计方法”、“自密实混凝土配合比设计方法”、“基于神经网络的混凝土配合比优化设计方法”等等，凡此种种，均是基于材料信息、工程信息和已有的数据资料加经验，以期计算出更加适合实际生产应用的配合比，这是一种科学或技术进步，非常值得肯定，但最终进入工程应用前，都离不开试验验证与调整，这是不争的事实，而且其基本原理是相通的，并没有真正的改变或突破。 作为混凝土生产企业，不管是档案袋里的经典配方，还是自己计算设计的配合比，技术路径总是计算（包含凭经验提取的系数）加试验调整。 对朱效荣提出的“数字量化混凝土实用技术”，不知是出于不屑、不愿还是不敢？几乎没有发声。但出于责任与良心，这里不得不谈谈，最近几年非常活跃，出了书且到处“培训”。特别是看了借用中国农业大学场地举办的培训班网上录像（https://www.iqiyi.com/w_19s4e3rax9.html）及近期在上海交通大学举办的培训班总结（http://www./show-9-2742-1.html）后，更觉得非说不可，要不然真会误人误事。 且不说“数字量化”的标题问题，因为每一种配合比设计方法都是用“数字”表达的“量化”参数。引用一段作者自述：“……建立了多组分混凝土理论，确立了以建立水泥强度与混凝土强度对应关系确定水泥用量、以标准稠度用水量对应的水胶比作为混凝土中胶凝材料有效水胶比的方法，实现胶凝材料水化形成的浆体孔隙率最小，孔径最小，使硬化后的混凝土形成的孔径小于水分子直径，提高了混凝土的抗渗水能力，实现混凝土不透水，由于水分无法进入，提高了混凝土抗冻融循环的能力，由于混凝土浆体的密实度提高，几乎达到大理石的密实度……”。且一再强调“用标准稠度的水泥浆配制的混凝土强度最高、最密实……”等等。实在不愿意浪费笔墨和大家的时间，只要有一点点水泥强度和混凝土强度常识就不至于提出“用标准稠度的水泥浆配制的混凝土强度最高、最密实……”等等这样错误的概念和观点。另外，朱效荣还提出了很多新名词，如：“水泥浆强度”。 （1） 式中：R28是水泥胶砂28d强度，VC0是水泥占胶砂体积分数；大家知道该值稳定在0.17左右，意味着胶砂强度42.5MPa时，水泥浆强度达250MPa，其物理意义显然是不成立的。 又如：提出了“水泥基准用量”的新名词，首先是混淆“标准稠度用水量”的概念。大家都知道标准稠度用水量是以达到标准稠度时的用水量百分率表示的，无量纲。而朱效荣重新定义为有量纲（kg）的一个数值，从而导出因单位换算需要看似很复杂的标准稠度水泥浆表观密度计算式（略去，因为这样的简单计算不值一提）。接着提出了单位混凝土强度所需要水泥浆用量的计算式： （2） 式中：R是质量强度比（kg/MPa），物理意义为提供1MPa强度所需水泥浆的用量；C是提供1MPa强度所需水泥的用量，考虑施工与现场环境达不到理想状态，因此取R=C；mρ是1m3纯浆体质量（kg），数值等于标准胶砂中水泥水化形成的纯浆体的密度（即标准稠度水泥浆的密度）；σ0是标准胶砂中水泥水化形成的纯浆体的强度（MPa）。并进一步提出配制强度为fcu,p的混凝土基准水泥用量计算式C01为： （3） 这里最需要关注的是“考虑施工与现场环境达不到理想状态，因此取R=C”，即按“数字量化”理论应该是标准稠度水泥浆的质量，但一“考虑施工与现场环境”却成为了水泥质量，两者相差一个“标准稠度用水量”，至少25%以上吧。显然这一“考虑”是不一般的考虑，也不是一般人能考虑的，也就不再有“数字量化”的影子。 再如：朱效荣提出了“胶凝材料的分配”新方法，提出根据“活性系数”或“填充系数”，来计算粉煤灰、矿粉或硅灰掺用比例，显然不存在物理关系。若用“活性系数”或“填充系数”来计算超量系数倒是有一定道理，在一定程度上也有物理含义，但不是用量分配系数。即便如此，实质上这与业内通用的“活性指数”加超量系数或规程中提供的“影响系数”来确定掺合料的超量部分，并没有本质差别，只有量的不同，其本质相当于“通过试验确定超量系数”，而不是简单的计算。 另外，朱效荣提出的许多似是而非的新名词，如“泌水值”、“胶结用水量”、“胶凝材料用水”、“骨料用水”，砂的“压力吸水率”等等。除了物理概念不清外，总结其所谓配合比设计的目标只有一个“施工和易性”，并不考虑强度和耐久性协同，甚至也不具有经济性。 下面是一组朱效荣在上海交通大学举办的“培训总结”中由9家单位提供原材料进行的和易性试配结果（原文并没有提供更全面的强度等级等信息），其配合比调整记录见表1。虽然一再强调“一次成功”，但实际上9组试验结果中有3组的和易性一次达到要求，而有6组并非“一次成功”。三分之二没有“一次成功”，而是试拌中根据“经验”随意增减用水量，最大偏离是直接少加相当于57kg/m3的水，或增加13kg/m3并同时增加3.8kg/m3的外加剂。本来和易性试拌调整就是混凝土配合比设计中的重要一环，但“培训总结”中提供的是直接减水或直接加水，显然背离了配合比调整的基本准则，放弃了对强度、耐久性及经济性的控制，不误人乎？ 从试验室到工程应用，亦即是预拌混凝土的生产，影响因素众多：内因有原材料品质；和易性、强度和耐久性等要求；结构部位（梁板柱、长墙、基础底板和承台、桩基、水下、体量、配筋……）不同等等。外因有气候条件（温度、湿度、风速）；运输距离；施工和养护方式等等。因为生产的预拌混凝土是半成品，将其比作米，则最终需要的混凝土实体结构可比作是饭。生产企业通常比施工单位更懂混凝土性能，因此，生产企业有责任和义务提供煮饭的要领。一方面是我们没有主动权，左右不了施工养护等作业方式；另一方面我们的生产企业也不是太懂得在不同环境条件下如何才能煮好饭：不同结构部位的施工要领、不同气候条件下的施工要领、不同配筋、不同浇筑高度、不同面积和体量、不同泵送高度或距离等等的施工与养护要领。从而使得本应由生产和施工双方协同保障的混凝土工程质量，相互脱离，导致裂缝和强度匀质性问题频发。 到目前为止，对普通混凝土而言，业已形成的方方面面，在相当程度上只能算作“技术”，还谈不上“科学”，但要解决混凝土技术问题，必须采用科学的研究方法，这是不容置疑的。什么是科学研究方法？无论是归纳法还是演绎法，对混凝土而言，试验研究是基础的基础，只有通过科学设计的实验方法，获得扁平化的实验数据，通过大数据分析，归纳出普适性结论，并用以指导生产和应用。由于混凝土原材料、生产设备、运输设备、泵送设备、成型养护方式、结构形式和部位、气候条件、强度与耐久性要求等等的不同，使得即使在统一的试验研究条件下获得的数据，由此得出的理论指导，到具体应用时也会发生偏离，因此，根据实际情况进行相应的调整是必然的，但科学研究及普适性结论的指导意义也是巨大的，因此，我们必须倡导科学严谨的试验研究。 近年来发表的混凝土相关研究论文数量可以用海量来表示，也许出于“论文”本身的形式需求，太多的试验结果都会被过度分析，并总结出似乎具有普遍指导意义的“结论”，这是非常不可取的研究方法。特别是有许多试验结果客观反映了离散性或反常规性，硬要根据固有的理念去总结，更不可取，甚至失去了试验研究的本身价值。如： （1）被指数化。混凝土的强度与弹性模量的关系，并不完全线性化，那是因为原材料不同、配合比不同、成型养护方式不同等原因导致的，对同一原材料、同一配合比设计方法、相同的成型养护方式而言，混凝土强度与弹性模量在一定范围内呈现线性关系是非常正常的。且看图1的分析（以免不必要的争议，权作举例），当与作者沟通时，作者认为：应该是指数关系，不应该是线性关系。这种被固化的思维，至少缺了点创新意识。当然还有图中密集整齐的“试验数据”真实性问题，显然缺少了点“科学研究”意识。 （2）被线性化。图2的含气量与强度关系试验结果虽然缺少些规律性，除了试验误差及方法严谨性等原因外，更可认为是真实的试验数据，这一实事求是的精神还是要肯定的。但强行线性化其规律，显然又缺少一点“科学研究”精神。 （3）意识决定论。很多试验研究是在预期目标下实施的，无可争议，但当试验结果与预期不一致时，以怎样的态度给出客观的结论，是科学研究的态度问题。这在再生骨料混凝土研究中体现的问题较多。如再生粗骨料的纳米改性法、纳米浆液浸渍表面强化法、超声波强化技术、碳化增强法、聚合物浸渍法和裹浆法等等，均旨在提高再生骨料的性能，以期达到普通骨料的性能，这些研究可以认为是有需要的，当然更有发表论文的需要。但从绝大部分研究结果看，仅仅从定性角度似乎均有一定的效果，还能提出强度指标提高了多少的量化值，但从真正定量的角度综合分析，稍加考虑一下生产工艺和成本增量等因素，得出的结论应该是否定的。其实能证明某种改性方法的不可取，也是一种科学的结论，但也许是我们的杂志还没有这样的先例，所以只能给出并不科学客观的结论，显然有失“科学研究”的宗旨。 （4）偷换概念。仍以再生骨料为例。一是旨在采用种种技术措施生产“高性能”再生骨料，目标甚至要求超过普通骨料，真让人啼笑皆非，但确确实实是由从事再生骨料研究和应用的研究人员提出的命题并努力之中。普通骨料本身没有标准值，性能可以千差万别，因此参照系设定有问题；再生骨料更是千差万别，理论上应该只是混合物，若用某一特定的再生骨料再经特定的工艺加工再与特定的原生骨料比对，就没有任何科学研究和应用价值；再者，再生骨料终究是建筑垃圾的再生利用，应有它合理的性能和应用定位。二是关于再生骨料的应用领域问题，根据再生骨料性能设定应用领域应该是科学研究需要回答的问题，也可以说有了基本共识。但近年来有用来研究生产C60以上高性能混凝土，单从技术层面看，只要技术措施到位并无障碍，但从科学研究的角度思量一下，这仅仅是可研究而无实际应用价值的研究。更有利用再生骨料生产透水混凝土的研究，透水混凝土的核心要素之一是界面粘结强度要求高，而再生骨料的最弱项恰恰是界面粘结强度低，显然是不合常理的设计，只能认为是为了论文而讨巧。 更离谱的是凭想象“做”出来的试验结果。还是以朱效荣提供的“试验结果”为例，图3中显示的是混凝土水胶比与强度的“试验”结果。旨在强调其提出的“理论”—“标准稠度”对应的强度是最高的。且不说在没有减水剂条件下0.05、0.10等水胶比时如何成型，也不说0.8水胶比时混凝土是何种状态，真正做过“试验”的都懂。大家都知道“标准稠度”是人为规定，仅仅为了统一凝结时间和体积安定性测试时的标准状态，与强度没有任何关系。这么荒诞的观点，居然还“借用大学校园”，由“机构组织”全国培训，实为误人子弟。 图 3 无从定义的试验结果 在没有掺用减水剂等外加剂之前的混凝土水灰比与收缩之间的关系，根据标准规定的经3d湿养护后测得的28d收缩规律显示“水灰比越大收缩越大”，可以认为是经典结论，即使采用今天的水泥配制混凝土，其规律仍然是。但掺入减水剂后，根据标准试验方法是在同坍落度条件下进行的收缩率比测试，即掺减水剂混凝土的水灰比减小了，但收缩是增大的，无论是合格品或优等品，收缩率比小于35%即可，即使是高性能聚羧酸减水剂，收缩率比也只需要控制在100%以内。大量的试验研究结果均早已证实了掺减水剂的混凝土，水胶比越小，收缩越大，不再是“水灰比越大收缩越大”。特别是考虑从初凝开始的前3d早期收缩，其增加值更大，这已成为共识。标准试验方法的3d湿养护与否对不掺减水剂的混凝土总收缩量影响不太显著，而对掺减水剂的混凝土十分显著。从目前工程施工进度的实际出发，3d湿养护是不保的，因为24h内均急于下一道施工工艺，从而早期收缩裂缝泛滥。但至今在工程界对于收缩裂缝的成因或控制措施上，总是将水灰比控制或坍落度控制作为首选，从而放松了对早期严格精细的养护措施。其实对于C50及以下的混凝土浇筑后只要保证湿养护，即无干燥收缩裂缝。 没有结论从而没有结语，只期许与混凝土同仁共勉，秉持科学研究的态度，坚持科学研究与生产应用实际紧密结合，敢做敢为，敢于说不，为混凝土技术和工程质量提升尽一份力。 原文参见《混凝土世界》2019年08期 P32-P36 |
|
|
