解決混凝土結構工程質量問題的根本途徑― 變革混凝土工程的生產關系
清華大學土木水利學院廉慧珍
摘要：混凝土材料不是最終產品，其最終產品是通過規范化的工藝制成的結構構件?；炷凉こ淌前ㄟx擇和控制原材料，經過試配、生產、運送，直到澆筑、振搗、收面、養護（控制溫度和濕度）至指定齡期的全過程。完成最終產品的是混凝土工程。其中澆筑、振搗、收面、養護是混凝土工程中影響最終產品質量的關健工藝。脫離此關鍵工藝的混凝土拌和物不能保證最終產品的質量。當前混凝土工程已被分離到不同行業，由不懂混凝土的人強制性地向混凝土生產商供應原材料，生產出的混凝土拌和物又交給更加不懂混凝土的人去完成最終產品，信息不對稱造成各方職責無法到位，難以確定混凝土工程的責任者。出現質量問題時，必然糾紛不止。這種水泥一混凝土一施工的生產關系已經阻礙了混凝土工程技術和建設的健康發展，造成能源、資源的浪費和對環境的沖擊，改革是必需的。
1,混凝土工程生產關系現狀及對工程質量的影響
生產關系的實質是生產資料的占有和利益分配的關系。改革傳統水泥一混凝土一施工的關系必然涉及各方面的利益，因此生產關系的改革是一種革命性的變革，必然會遭到傳統勢力的反抗。生產力的發展是必然的規律，生產關系的具體形式必須適應生產力發展的要求。從人類歷史發展來看，生產關系的變革符合隨著生產力發展的否定之否定規律：從原始社會的無分工逐漸到自然分工―主要是家庭中按性別、年齡分別外出狩獵和家務的分工；此后又逐漸產生三次社會大分工：第一次是農業和畜牧業分離；第二次是手工業和農業分離；第三次是出現商業，產生專門從事商業活動的商人。在這樣三次社會大分工的過程中，逐漸形成物質生產勞動和精神生產勞動、體力勞動和腦力勞動的分離和對立。18 世紀( 1765 年）開始的第一次工業革命和19 世紀（1870 年）開始的,第二次工業革命所帶來的分工至今越來越精細。然而，20 世紀以來生產力的飛速發展，又需要集約化、規?；?；科學技術的高度發展需要聯合與傳承，需要不同學科交叉。若干跨學科的新技術、新理論的出現，說明打破專業藩籬和學科壁壘是現代社會發展的又一次需要和必然，否則將會阻礙當代科學技術新的突破。當前混凝土工程的生產關系也面臨著變革的問題。
100 多年以來，水泥和混凝土一直分屬于兩個學科體系，在生產中存在嚴重的行業隔離現象，水泥界的觀念是：“我們就要高C3S 、高強度、低能耗，至于對混凝土有什么影響，那是混凝土的事”，他們不了解除了強度之外，混凝土還應當有什么樣的質量要求；混凝土界一味追求強度的提高，認為水泥強度高才能提高混凝土強度，并不了解水泥廠采取什么樣的技術路線提高水泥的強度，也不了解這樣的技術路線對混凝土會產生什么影響。在過去水泥強度和混凝土總體強度等級多較低、混凝土結構服役環境相對簡單的情況下，水泥和混凝土之間的相互矛盾并不明顯。而如今，隨著社會與科學技術的發展，水泥業和作為用戶的混凝土業之間的矛盾不斷凸現：主要是因為高效減水劑的大規模使用后，混凝土強度不再依賴于水泥強度，但水泥強度卻還在不斷提高，使用新型干法窯的初衷是為了降低能耗和環境保護的需要，而現在卻西一味地提高強度而增加粉磨的能耗，以致當前用量仍然很大的C25 以下混凝土要么幾乎無法配制，要么勉強配出來的，則強度大大超過設計要求，或者嚴重離析、泌水，影響結構質量：同時因為水泥過細和因此而造成顆粒級配的不合理，使混凝土開裂敏感性增大、和外加劑相容性變差、抗拉強度下降、后期強度倒縮、耐久哇變差……。這似乎應該是水泥界不了解其所服務的對象所造成的弊端。
過去教科書中所說“配制混凝土時，水泥強度一般應為混凝土強度的1 . 5 倍一2 . 5 倍”，是針對當時用0 . 44 / 0 . 46 的水灰比檢測的水泥強度、而混凝土又不使用減水劑的條件而言的。而今，32.5 水泥完全能配制出用于某種環境的C60 混凝土，而用于C20 混凝土時仍然強度太高，復合水泥用于C30、C40 常用混凝土很好，但許多人不愿意用，認為復合水泥‘強度低”、“混合材品種和摻量不透明”，這是混凝土界下了解水泥的生產而造成的結果；另一方面，他們自己反而為了降低成本而打著“提高耐久性”的旗號，在生產混凝土時盲目增大礦物摻和料用量，甚至只看強度而啟用未經全面研究和工程考驗的其他礦物粉料，最快顯露的直接結果就是混凝土拌和物離析、泌水嚴重，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應商的矛盾、混凝土供應商和質檢之間的矛盾。
在過去現場生產混凝土時，由于懂得混凝土，知道如何保證工程質量，施工方自己對混凝土質量負責；然而，從提高生產效率和工業文明的角度來看，預拌混凝土無疑是混凝土生產的一個進步，問題是有利必有弊。如今，混凝土基本上是脫離工程的，施工人員越來越不懂混凝土了，混凝土供應者也不管施工，施工方并不對混凝土負責。于是常出現因施工單位的“無理”要求，擅自在拌和物中加水，改變配合比等等現象，造成工程驗收時糾紛不止，嚴重影響了混凝土工程質量。而混凝土供應商也只負責運到工地交貨為止，并不管施工單位如何處理和對待混凝土的拌和物，難以確認對最終產品的責任。有人說：“現在混凝土怎么打，實際上是民工說了算，隨意加水的問題拗不過民工。”這真實反映了混凝土施工中的普遍現象。誰能解決？誰來解決？
2 當前預拌混凝土生產存在的問題
行業隔離的結果造成雙方相互誤導，而從生產關系上來看，現在水泥和混凝土兩個行業是各自獨立的經濟實體，雙方都有各自的生產資料占有和分配方式與制度，亦即都有各自的利益立場。礦物摻和料由誰摻好？實質上是錢由誰賺的問題?，F狀必然是各不相讓。然而，從發展生產力的角度，公平地說，目前由攪拌站摻用摻和料有如下弊端：
( l ）因為原材料種類多，常有人把粉煤灰錯當成水泥，甚至有人把膨脹劑當成了礦渣使用，這類事故時有發生，一旦發生，損失就很大。解決此類問題就會增加管理的成本。
( 2 ）水泥廠將熟料與適量石膏共同粉磨來生產水泥（包括摻混合材的水泥和復合水泥）時，其中的石膏是進行整體優化的，攪拌站用水泥摻用礦物摻和料時，則不可能對石膏再進行優化，因此礦物摻和料的摻人就會稀釋石膏，而且也稀釋石灰，而石膏和石灰恰恰對礦物摻和料有激發作用。于是，摻用摻和料的混凝土早期強度低、凝結緩慢，與外加劑相容性差、干縮大、長期彈性模量較低。
( 3 ）為了迎合攪拌站解決這個問題的需要，有人辦起礦物摻和料的生產廠（名為“復合膠凝材料”，不含外加劑）, 把不同礦物摻和料按一定比例（比例的根據是什么？）混合，再加入一定量的石灰和石膏（加人量的根據是什么？) ，當前“礦粉”這種有意無意混淆視聽的產品，其中有的就是在生產礦渣粉時摻人了如粉煤灰或石粉（什么巖石的粉？）和一定量的石膏混合而成。石膏的優化必須和水泥結合，即對全部膠凝材料整體優化，目前市場的添加石膏或復合都是脫離水泥的、盲目的。且不論這種產品如何適應不同環境中的不同工程的需要，即使這種產品能用，在攪拌站摻到水泥中后，也不能解決一個致命的難題―攪拌不均勻。所生產的水泥的質量勻質性是最重要的，因此從原材料、生料、熟料，直到水泥成品，每一道工序都經過均化，而混凝土攪拌站是無法做到這樣均化的。傳統混凝土拌和物達到變異系數穩定所需攪拌時間約為75秒⑴，現今摻入礦物摻和料和外加劑的拌和物，全程攪拌達到均勻的時間（包括加水前的干拌）為150 秒⑵。而目前我國預拌混凝土通常攪拌時間都是30 秒，個別最長的也不過l 分鐘，延長攪拌時間勢必影響產量，所以至今基本無人能做到。
( 4 ）由于混凝土攪拌站難以控制進廠水泥的來源，則幾乎不可能從根本上解決水泥與外加劑的相容性問題。西方國家控制預拌混凝土坍落度損失一般采取外加劑分次摻人的方式：在攪拌機中上料時先摻人一半，然后通過輸送車上攪拌機中的傳感器，感應拌和物黏度變化，而自動添加其余部分。我國混凝土廠商沒有人舍得投資安裝這種裝置，一律將外加劑溶入拌和水中一起投人。這是外加劑使用效果最差的方式，不僅坍落度損失無法克服，而且也不經濟―大量外加劑被骨料表面所吸附，使外加劑效率下降，不得不增加摻量。外加劑摻人最好的方式是在粉磨水泥時兼作助磨劑而摻人，外加劑由于被先吸附在水泥顆粒的表面，在混凝土加水攪拌后能緩慢釋放而長時間保持在混凝土拌和物中的濃度，不僅可提高流化效果、減少坍落度損失，還可避免外加劑被骨料吸附而降低效率的問題。從外加劑效率來說，也是礦物摻和料在水泥廠摻好。
( 2 ）水泥廠將熟料與適量石膏共同粉磨來生產水泥（包括摻混合材的水泥和復合水泥）時，其中的石膏是進行整體優化的，攪拌站用水泥摻用礦物摻和料時，則不可能對石膏再進行優化，因此礦物摻和料的摻人就會稀釋石膏，而且也稀釋石灰，而石膏和石灰恰恰對礦物摻和料有激發作用。于是，摻用摻和料的混凝土早期強度低、凝結緩慢，與外加劑相容性差、干縮大、長期彈性模量較低。
( 3 ）為了迎合攪拌站解決這個問題的需要，有人辦起礦物摻和料的生產廠（名為“復合膠凝材料”，不含外加劑）, 把不同礦物摻和料按一定比例（比例的根據是什么？）混合，再加入一定量的石灰和石膏（加人量的根據是什么？) ，當前“礦粉”這種有意無意混淆視聽的產品，其中有的就是在生產礦渣粉時摻人了如粉煤灰或石粉（什么巖石的粉？）和一定量的石膏混合而成。石膏的優化必須和水泥結合，即對全部膠凝材料整體優化，目前市場的添加石膏或復合都是脫離水泥的、盲目的。且不論這種產品如何適應不同環境中的不同工程的需要，即使這種產品能用，在攪拌站摻到水泥中后，也不能解決一個致命的難題―攪拌不均勻。所生產的水泥的質量勻質性是最重要的，因此從原材料、生料、熟料，直到水泥成品，每一道工序都經過均化，而混凝土攪拌站是無法做到這樣均化的。傳統混凝土拌和物達到變異系數穩定所需攪拌時間約為75秒⑴，現今摻入礦物摻和料和外加劑的拌和物，全程攪拌達到均勻的時間（包括加水前的干拌）為150 秒⑵。而目前我國預拌混凝土通常攪拌時間都是30 秒，個別最長的也不過l 分鐘，延長攪拌時間勢必影響產量，所以至今基本無人能做到。
( 4 ）由于混凝土攪拌站難以控制進廠水泥的來源，則幾乎不可能從根本上解決水泥與外加劑的相容性問題。西方國家控制預拌混凝土坍落度損失一般采取外加劑分次摻人的方式：在攪拌機中上料時先摻人一半，然后通過輸送車上攪拌機中的傳感器，感應拌和物黏度變化，而自動添加其余部分。我國混凝土廠商沒有人舍得投資安裝這種裝置，一律將外加劑溶入拌和水中一起投人。這是外加劑使用效果最差的方式，不僅坍落度損失無法克服，而且也不經濟―大量外加劑被骨料表面所吸附，使外加劑效率下降，不得不增加摻量。外加劑摻人最好的方式是在粉磨水泥時兼作助磨劑而摻人，外加劑由于被先吸附在水泥顆粒的表面，在混凝土加水攪拌后能緩慢釋放而長時間保持在混凝土拌和物中的濃度，不僅可提高流化效果、減少坍落度損失，還可避免外加劑被骨料吸附而降低效率的問題。從外加劑效率來說，也是礦物摻和料在水泥廠摻好。
3 當前水泥對混凝土不適應的問題及其對工程質量的影響
從水泥廠現狀來看，其大宗的用戶是混凝土制造商，然而水泥生產并未考慮現今用戶的特點和需要，例如，混合材比硅酸鹽水泥對水灰比有更大的敏感性。隨水灰比的減小，摻用礦物摻和料后水泥強度增高的幅度大于硅酸鹽水泥的強度提高的幅度⑶。按照現在人們的從眾思維方法，對水泥質量的評價主要認為強度高的水泥才是好水泥?，F行水泥標準把標準修訂前的水灰比0.44～0.46 增大到0.5 ，使得混合材水泥的標稱強度降低得更多，用戶就誤認為“凡是有摻和料的水泥都不是正品，性能都不好。”實際上，現在的混凝土強度與水泥強度已經不再是線性的關系了，用強度高低作為質量的標準已是落后的、不科學的觀念?，F行32.5水泥照樣能配制出C60 混凝土。傳統觀念認定的水泥強度，實際上是作為產品出廠合格檢驗所用的指標，只是水泥的標稱強度（即以產品標準檢測而稱謂的強度），是統一用0 . 5 的水灰比檢測的，并非真值（真值是測不出來的）。水泥廠這種對強度理解上的誤區導致了不得不追求用助磨劑使水泥比表面積已達400m2 / kg 以上，還要求助磨劑廠供應能增強的助磨劑，甚至有的還借助于工業鹽來增強，對工程危害極大。
除強度以外，當前反映最多的有如下問題：
( l ）水泥與外加劑的相容性問題
使用現行標準加水量無法檢測當前水灰比普遍低于0 . 5 的混凝土中外加劑與水泥的相容性⑷，而且水泥廠不知混凝土廠使用的是什么外加劑，也無法在出廠前進行檢驗。這一方面表明現行水泥標準已不能適應混凝土的現狀了，另一方面表明水泥和混凝土行業隔離，生產、檢驗分家的現狀也已不能適應當前的混凝土質量控制的要求了，國外也存在如此的問題。外加劑標準中要求用“標準水泥”檢測外加劑與水泥的相容性，這是毋庸置疑的，因為目的是檢測外加劑的質量，水泥廠用出廠合格的外加劑和自己現有的水泥進行相容性試驗，如果水泥不具備“標準水泥”的質量，當然可能不相容，問題出在水泥而不是外加劑；即便是試驗相容性“合格”了，也是用0 . 5 水灰比檢測的，不能表明在混凝土中的行為，問題同樣出在水泥廠。
( 2 ）水泥因粉磨得太細而需水量增大
上世紀80 年代的水泥標準稠度用水量一般都在24 ％一26 % ，現在則普遍在30 ％左右?；炷翗I提出希望水泥需水量要小，水泥廠采取的措施是在助磨劑中摻人少量減水劑。摻人減水劑后水泥所表現的需水量并非一定工藝下水泥的本征特性，造成水泥需水量增大的顆粒細度和級配的不合理并未因減水劑的摻加而改變，混凝土在使用中反而因這種隱藏的信息而造成試配的難度。由于人們對大型水泥企業的信任，盡管我國水泥產能過剩，產量足夠，在市場上還是顯得水泥供不應求，以致于水泥廠不管混凝土的需要而仍然我行我素。
（3）行業隔離所造成的信息不對稱
信息不對稱不僅影響交易，而且成為對工程質量影響的最大問題。由于受到混凝土“強度第一”觀念的誤導，當前的水泥磨得太細，而且有越來越細的趨勢，原本水泥廠為了降低能耗而使用助磨劑，現在使用助磨劑卻主要是為了磨得更細，以便摻人更多的混合材來降低成本?；旌喜膿蕉嗌?、摻什么，都已和標準無關了，目標只是強度。其結果是水泥和減水劑相容性差，混凝土抗拉強度與抗壓強度比值下降、抗凍性差、開裂敏感性增大，混凝土強度早期很高，28 天以后就不再增長了；初始期所形成的可見與不可見的內部缺陷因水泥在早期水化消耗殆盡，后期沒有水化物去修復，更會增大在溫、濕度交替變化下的開裂敏感性，加速混凝土劣化。即使在無化學窩蝕和凍融循環的一般環境下，也會如此。
混凝土從業者要求水泥不要太細但要早期強度高，這又是他們不懂得水泥的無理要求，不知道現在提高強度靠的主要手段就是磨細。在這個問題上，水泥和混凝土的從業者都應當知道一個常識，即“早長晚不長”, “早熟早死”。速生的楊樹、催肥的家禽家畜等等如此，人亦如此，混凝土更是如此。
一些大型水泥廠因生料制備的需要，一般有自備石灰石礦山，從原巖的開采到逐級破碎到最后的細顆粒；另一方面，有的攪拌站還有自備礦山生產自用的石子和人工砂，產生數量很大的石灰石粉。雙方都在浪費能源和資源。這也表明行業隔離的現狀已經阻礙生產力的發展，阻礙科技進步，影響混凝土工程的質量和資源、能源的合理利用。
混凝土從業者要求水泥不要太細但要早期強度高，這又是他們不懂得水泥的無理要求，不知道現在提高強度靠的主要手段就是磨細。在這個問題上，水泥和混凝土的從業者都應當知道一個常識，即“早長晚不長”, “早熟早死”。速生的楊樹、催肥的家禽家畜等等如此，人亦如此，混凝土更是如此。
一些大型水泥廠因生料制備的需要，一般有自備石灰石礦山，從原巖的開采到逐級破碎到最后的細顆粒；另一方面，有的攪拌站還有自備礦山生產自用的石子和人工砂，產生數量很大的石灰石粉。雙方都在浪費能源和資源。這也表明行業隔離的現狀已經阻礙生產力的發展，阻礙科技進步，影響混凝土工程的質量和資源、能源的合理利用。
4 混凝土生產關系的變革符合社會發展否定之否定的規律
人類最早發現，在有些石頭（石灰巖）上用火燒烤食物后該石頭會變得松軟，遇水體積膨脹并產生很大的熱量，因而開始了石灰的生產；后來又發現含有一定量黏土的石灰石燒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動福度大．產品不穩定，繼而用人工添加黏土調配原料生產出現代硅酸鹽水泥的雛形。從古代至今，用于混凝土的膠凝材料經歷了否定之否定的發展過程。在圖中標明：
第一次否定：從氣硬性石灰的使用到與火山灰混合使用以得到水硬性；
第二次否定，對第一次否定的否定：用黏土質石灰石燒制的水硬性石灰，發展到因天然黏土質石灰石成分不穩定而用黏土和石灰石人工配料鍛燒的硅酸鹽水泥；
第二次否定，對第一次否定的否定：用黏土質石灰石燒制的水硬性石灰，發展到因天然黏土質石灰石成分不穩定而用黏土和石灰石人工配料鍛燒的硅酸鹽水泥；
第三次否定，對第二次否定的否定：為調節硅酸鹽水泥強度、降低水化熱、提高抗化學腐蝕性，出現了摻混合材的硅酸鹽水泥；
第四次否定，對第三次否定的否定：適應大跨度、高聳結構工程使用高強混凝土需要的高強度硅酸鹽水泥；
第五次否定，對第四次否定的否定：使用硅酸鹽水泥的混凝土耐久性問題凸現，發現“高強不一定耐久”⑸而在混凝土中摻用礦物摻和料；
—下一次否定，對第五次否定的否定：因在混凝土中摻礦物摻和料具有不可克服的缺點，而使用由水泥廠按混凝土需要生產的膠凝材料，進而發展成膠凝材料一混凝土－混凝土施工成型工藝一體化的生產關系的變革。
每次否定之否定都沒有簡單地回到上一次否定之前，而是向前發展了。第五次否定之否定也不是簡單地回到混合材料水泥的使用，而是改為在混凝土中摻用礦物摻和料，原因有三：
( 1 ）過去含混合材的水泥盡管有較低的水化熱、較高的抗化學腐蝕性質，但用統一水灰比檢測的強度，就成了以“犧牲強度”為代價。在以強度作為第一甚至唯一評價標準和方法的傳統觀念支配下，用戶無法接受。
—下一次否定，對第五次否定的否定：因在混凝土中摻礦物摻和料具有不可克服的缺點，而使用由水泥廠按混凝土需要生產的膠凝材料，進而發展成膠凝材料一混凝土－混凝土施工成型工藝一體化的生產關系的變革。
每次否定之否定都沒有簡單地回到上一次否定之前，而是向前發展了。第五次否定之否定也不是簡單地回到混合材料水泥的使用，而是改為在混凝土中摻用礦物摻和料，原因有三：
( 1 ）過去含混合材的水泥盡管有較低的水化熱、較高的抗化學腐蝕性質，但用統一水灰比檢測的強度，就成了以“犧牲強度”為代價。在以強度作為第一甚至唯一評價標準和方法的傳統觀念支配下，用戶無法接受。
( 2 ）礦渣和硅酸鹽水泥熟料硬度的差別使其共同粉磨后顆粒細度相差較大，磨得越細，相差越大，造成其中的礦渣比表面積太?。▽τ诒缺肀砻娣e為330m2 / kg 的水泥來說，礦渣比表面積大約只有250m2 / kg 左右），不能發揮礦渣活性的潛能，不僅水泥強度低，而且因保水性差而不利于混凝土的抗滲和抗凍等性質。
( 3 ）現在已有磨細礦渣的產品，盡管有的水泥廠也在將共同粉磨生產礦渣水泥，但是混凝土自己摻用礦物摻和料則能降低成本獲取更多的利潤。于是，“摻和料由誰來摻”的問題轉化成“錢由誰來賺”的矛盾。
( 3 ）現在已有磨細礦渣的產品，盡管有的水泥廠也在將共同粉磨生產礦渣水泥，但是混凝土自己摻用礦物摻和料則能降低成本獲取更多的利潤。于是，“摻和料由誰來摻”的問題轉化成“錢由誰來賺”的矛盾。
有的水泥專家認為，索性只生產高強度的純硅酸鹽水泥（當然可以提高價格來補償利潤），讓混凝土有加大摻和料摻量的強度余地，摻和料的錢就由混凝土去賺吧！有的混凝土專家也認為，在混凝土中摻用礦物摻和料比使用含混合材的水泥質量易于控制。然而，這只是短視的觀點。社會發展需要多樣化的產品供用戶選擇，以滿足日益增長的各種不同需要。產品品種單一化則更會增加用戶的麻煩和社會的不和諧，是不符合社會發展規律的。
對“摻和料由誰摻”的問題應當跳出各自眼前的利益來看待。一方面，從雙方長遠的發展著眼，不能只顧眼前而堵塞各自發展的前途；另一方面，水泥和混凝土都是服務于社會的產品，摻和料究竟由誰摻的問題，首先要從社會發展的利益出發。產品的經濟效益是和社會效益密切相關的，沒有社會效益的產品是沒有生命力的。摻和料究竟由誰摻從根本上要服從于結構工程的安全性和耐久性要求。
就組分復雜的現代混凝土的實際需要來說，把混凝土所需要用的膠凝材料放回到工廠去生產，在共同粉磨中做到原材料的預均化，就能夠不增加現行攪拌時間而大大提高混凝土的勻質性。攪拌站總體成本不會增加，反而對節約能源和資源、降低質量管理成本都會產生明顯的效益。從整體來講，不僅可以實現水泥廠和攪拌站雙贏，而且更重要的是有利于建設工程的質量和耐久性。從圖1 中按照已發生的否定之否定歷程的規律預測下一次否定之否定的趨勢，可見在水泥廠生產混凝土需要的膠凝材料是符合客觀規律的。
對“摻和料由誰摻”的問題應當跳出各自眼前的利益來看待。一方面，從雙方長遠的發展著眼，不能只顧眼前而堵塞各自發展的前途；另一方面，水泥和混凝土都是服務于社會的產品，摻和料究竟由誰摻的問題，首先要從社會發展的利益出發。產品的經濟效益是和社會效益密切相關的，沒有社會效益的產品是沒有生命力的。摻和料究竟由誰摻從根本上要服從于結構工程的安全性和耐久性要求。
就組分復雜的現代混凝土的實際需要來說，把混凝土所需要用的膠凝材料放回到工廠去生產，在共同粉磨中做到原材料的預均化，就能夠不增加現行攪拌時間而大大提高混凝土的勻質性。攪拌站總體成本不會增加，反而對節約能源和資源、降低質量管理成本都會產生明顯的效益。從整體來講，不僅可以實現水泥廠和攪拌站雙贏，而且更重要的是有利于建設工程的質量和耐久性。從圖1 中按照已發生的否定之否定歷程的規律預測下一次否定之否定的趨勢，可見在水泥廠生產混凝土需要的膠凝材料是符合客觀規律的。
5 國內外水泥和混凝土生產關系現狀
水泥廠辦攪拌站在西方發達國家已有多年的歷史，例如法國、德國、瑞士。在國外很少在攪拌站摻用礦物摻和料，水泥廠的水泥品種基本上都可以滿足使用要求。只有加拿大因V . M . Malhotra 多年提倡和推廣大摻量粉煤灰⑹、⑺、⑻、⑼，將大摻量粉煤灰和磨細礦渣列人2004 年頒布的混凝土標準中⑽。新加坡的雙龍水泥公司生產磨細礦渣摻量為70 ％一75 ％的水泥，銷售時，該廠的中心實驗室為用戶進行試配，提供符合用戶工程需要的混凝土配合比。日本的水泥是把熟料和不同礦物摻和料粉磨后按細顆粒級配后混合優化石膏摻量而制成，混凝土不單獨摻用摻和料；歐洲水泥標準允許礦渣水泥中礦渣摻量達95 % ，也是由水泥廠生產而不是在混凝土中摻加的。目前我國由于供需雙方認識和誠信的問題，一般做不到。
上世紀80 年代，前蘇聯水泥科學研究院和混凝土與鋼筋混凝土科學研究院合作進行低需水性水泥膠凝材料( BHB ）的研究⑾，1991 年投人小批量生產。1993 年，俄羅斯正式注冊為BHB （該符號為俄文，音譯成英文為VNV ）水泥，已有數家水泥廠生產。BHB 的后綴數字代表該水泥中熟料的用量。其余除石膏外的組分為礦渣、粉煤灰、石英砂粉中的兩種或三種。相對于普通水泥標準稠度用水量25 ％一30 % , BHB 一100 一BHB 一40 的標準稠度用水量為16 ％一20 ％。BHB 水泥熟料用量可減少達50 ％一70 % ，但所配制的混凝土強度可達80MPa 一100MPa ，用于配制混凝土具有低水化熱和較好的耐久性、工作性等優點。該水泥中熟料取代量最多可達70 % ，強度卻比基準水泥的高。例如其中BHB 一50 水泥用量只有350kg / m⒊時，混凝土強度可達55.9MPa 。這種水泥無疑是可持續發展的。
V . Alunno Rossetti 等試驗研究并在意大利一家水泥廠投產了一種特種超塑化水泥SPC ( Special Superplasticized Cement ) ，該水泥是在意大利525 型硅酸鹽水泥生產時摻入超塑化劑而制成的，提高了超塑化劑（高效減水劑）的使用效率⑿；瑞典用中熱水泥和硅灰摻人超塑化劑粉磨生產出一種強力改性水泥EMC ( Energetically Modified Cement ) ，專用于高強和超高強混凝土，改性后的水泥比基準水泥的強度提高60 ％以上，可以用0 . 19 的水灰比配制出170MPa 超高強混凝土⒀。
作者從1 994 年開始與北京住總集團合作，進行了低需水量、低水化熱、低收縮的環保型膠凝材料的研究，最后優選試樣中熟料含量均為44 % ，所用礦物摻和料為粉煤灰和礦渣。試驗研究結果表明，組分相同時，與在現場混合使用相比，有明顯的優勢。檢測其性能如下：
標準稠度用水量：12 ％一21 % ，用于不同強度等級；
V . Alunno Rossetti 等試驗研究并在意大利一家水泥廠投產了一種特種超塑化水泥SPC ( Special Superplasticized Cement ) ，該水泥是在意大利525 型硅酸鹽水泥生產時摻入超塑化劑而制成的，提高了超塑化劑（高效減水劑）的使用效率⑿；瑞典用中熱水泥和硅灰摻人超塑化劑粉磨生產出一種強力改性水泥EMC ( Energetically Modified Cement ) ，專用于高強和超高強混凝土，改性后的水泥比基準水泥的強度提高60 ％以上，可以用0 . 19 的水灰比配制出170MPa 超高強混凝土⒀。
作者從1 994 年開始與北京住總集團合作，進行了低需水量、低水化熱、低收縮的環保型膠凝材料的研究，最后優選試樣中熟料含量均為44 % ，所用礦物摻和料為粉煤灰和礦渣。試驗研究結果表明，組分相同時，與在現場混合使用相比，有明顯的優勢。檢測其性能如下：
標準稠度用水量：12 ％一21 % ，用于不同強度等級；
凝結時間：初凝3h00m 一8h00m ，終凝4h30m 一10h00m , 用于不同強度等級；
28 天抗壓強度：50MPa 一80MPa ，用于C30 一C80 不同強度等級；
收縮：水中養護7 天后繼續在空氣中養護28 天的限制收縮≯0 . 02 % ，落差≯0 . 04 個百分點（從水養護7 天所達到的膨脹值，到隨后置于空氣中達到的收縮值，其間的差值稱落差）。
水化熱：用溶解熱法測定，3 天≯250J/g
28 天抗壓強度：50MPa 一80MPa ，用于C30 一C80 不同強度等級；
收縮：水中養護7 天后繼續在空氣中養護28 天的限制收縮≯0 . 02 % ，落差≯0 . 04 個百分點（從水養護7 天所達到的膨脹值，到隨后置于空氣中達到的收縮值，其間的差值稱落差）。
水化熱：用溶解熱法測定，3 天≯250J/g
以上表明，該方式生產的水泥具有低水化熱、優異的工作性、耐化學侵蝕性和長期強度的較高增長率的優點，尤其適用于較高強度大體積的基礎工程。當時用以配制C60 泵送混凝（坍落度為180 mm 一220mm ）時，28天抗壓強度為7l MPa。
1997 年在北京竇店水泥廠試生產了120噸產品，同時送于國家建材質量檢測中心、冶金部廢渣利用質量檢測中心、二京市建工院檢測中心等單位檢測，結果如表1 所示。
1999 年，清華大學土木系進一步與北京城建（集團）混凝土公司合作進行了生產和應用的試驗研究⒁，試生產出200 噸用于C50 以下高性能混凝土的高性能新型膠凝材料，產品中磨細礦渣和粉煤灰總摻量為50 ％。硅酸鹽水泥熟料用量為42 ％一44 ％。其主要性能如表2 所示。
該產品用于北京美林花園公寓2 ＃樓地下一層內墻柱、地下二層I 段車庫，共澆筑260m3 C40混凝土，坍落度200mm ～220mm ，擴展度≥500mm , l 小時后坍落度損失< 10 % ，工作性能優異，水化熱低，體積穩定性好，易于振搗，28 天強度達到設計標號的130 ％一132 % ；共生產50m⒊C30混凝土用于澆筑頂板，28 天強度達到設計標號的124 ％一131 % ;拆模后觀察，混凝土結構表面光潔、密實，無裂縫和蜂窩麻面，顏色純正，外觀質量良好。但因該項技術涉及生產關系的變革，如沒有統籌規劃，難以推行，故至今未得以產業化。水泥和混凝土的原材料及礦物摻和料的地方性都很強，尚需有一定規模的統計性的系統實驗研究和系統設計。
我國近年來也有一些大的水泥集團收購攪拌站、建立混凝土實驗室的情況，但是被收購的攪拌站一般技術水平不太理想。而且水泥廠和攪拌站仍然是“兩層皮”，彼此獨立經營核算，只是水泥可免去中間環節而穩定供應，可降低混凝土的成本。這畢竟是一種進步，但是尚未考慮攪拌站摻用摻和料所造成的質量不均勻、SO3被稀釋而顯不足以外，且尚存在外加劑效率和投料管理等問題。目前我國混凝土技術水平雖有進步，總體上從業人員水平仍跟不上發展的要求。
需要說明的是，當前石子生產大多數仍然技術落后、對環境的粉塵污染嚴重，所生產的石子顆粒形狀差、級配很差，成為影響混凝土質量的關鍵因素之。實際上對于現代預拌混凝土，石子強度已經不再影響混凝土的強度，但是在當前傳統思維支配下，用戶仍然強調石子的強度，而在當前大多數采石場技術落后的狀況下，強度越高的石子，顆粒形狀越差，破碎的顆粒越小，針狀和片狀顆粒越多。因此目前大多供應的名義上連續級配石子基本上沒有5mm 一10mm 級的顆粒，這是目前我國混凝土用水量居高不下的主要原因。
需要說明的是，當前石子生產大多數仍然技術落后、對環境的粉塵污染嚴重，所生產的石子顆粒形狀差、級配很差，成為影響混凝土質量的關鍵因素之。實際上對于現代預拌混凝土，石子強度已經不再影響混凝土的強度，但是在當前傳統思維支配下，用戶仍然強調石子的強度，而在當前大多數采石場技術落后的狀況下，強度越高的石子，顆粒形狀越差，破碎的顆粒越小，針狀和片狀顆粒越多。因此目前大多供應的名義上連續級配石子基本上沒有5mm 一10mm 級的顆粒，這是目前我國混凝土用水量居高不下的主要原因。
提高砂石質量在技術上并不是困難的問題，根本問題還是生產關系不順所造成的。如果水泥廠的石灰石礦山開采不是首先著眼于水泥生料，而是改變工藝，先生產石子，生產水泥時利用生產石子的廢棄物（不夠時可取石子生產的中間產品作為輔助）, 則可提高能源和資源的效率，降低總體成本。
6 建立從原材料制備一試配一生產一成型工藝一體化的混凝土工程體系設想
和其他產品不同，水泥最大宗的服務對象―混凝土是人工材料中一種最復雜的、非均質、多相、多變的混沌體系，因此為了適應這個特性，水泥不能是最終產品，而應當是混凝土的中間產品；混凝土服務的對象是混凝土結構，從混凝土到混凝土結構的過程又是很復雜的，會受到環境和成型工藝操作的極大影響，因此混凝土也不能是最終產品，而應當是結構物的中間產品。
從水泥一混凝土－混凝土結構物，必須是一體化的連續生產，才能保證結構物這個最終產品的質量―安全的和耐久的。打破狹窄行業之間的樊籬是時代發展的必然。這種生產關系的變更首先不是技術問題，而是觀念的轉變：
( 1 ）合并水泥原料和與混凝土骨料石灰巖的礦山，采用先進的破碎和篩分技術，生產分級的、粒形優良的單粒級石子，供混凝土在制備時按兩級配或三級配上料（實踐證明兩級配石子后，混凝土用水量可減少約20 % ) ，用5mm 以下的顆粒制作人工砂；用砂石下腳料制作水泥生料，不足的部分另外取分級的人工砂或5mm 一10mm 的顆粒來補充。
( 2 ）通過優化的試驗研究將多種礦物摻和料、水泥和外加劑納人水泥的粉磨系統，生產符合不同混凝土性能和質量要求的低水化熱、低需水量、低收縮的膠凝材料，與砂石、外加劑等混凝土其他原料一起作為中間產品，減少中間環節，提高資源和能源的利用效率，降低社會成本，加快建立混凝土成型工藝作為售后服務的機制，大幅度提高混凝土質量，實現對結構工程的優質服務。其中外加劑的生產也納入本系統，以便控制外加劑和膠凝材料的相容性。其流程如圖2 所示。
( 2 ）通過優化的試驗研究將多種礦物摻和料、水泥和外加劑納人水泥的粉磨系統，生產符合不同混凝土性能和質量要求的低水化熱、低需水量、低收縮的膠凝材料，與砂石、外加劑等混凝土其他原料一起作為中間產品，減少中間環節，提高資源和能源的利用效率，降低社會成本，加快建立混凝土成型工藝作為售后服務的機制，大幅度提高混凝土質量，實現對結構工程的優質服務。其中外加劑的生產也納入本系統，以便控制外加劑和膠凝材料的相容性。其流程如圖2 所示。
以上流程是把混凝土當作混凝土工程來做：總體控制原材料質量，水泥和砂石按混凝土需要生產，混凝土按工程需要試配、制備后，按合同與工程特點進行澆筑、振搗、養護后交貨，即以對混凝土結構的“售后服務”取代目前施工單位對該工序發放的分包，最終完成混凝土的全部工程。這時混凝土供應商對混凝土工程質量負責。
7 混凝土工程生產關系改革預期的節能、降耗、減排效果和社會效益
( l ）節省現有水泥廠生料制作過程中的初級破碎能源，并減少采石場石粉的排放，總體減少石灰石的消耗。
( 2 ）外加劑本身有很好的助磨作用，不同礦物摻和料也有相互助磨作用，可降低粉磨能耗并省去現有水泥所用助磨劑。
( 3 ）可以通過在粉磨水泥中的優化配料和混凝土澆筑前的技術措施，提高混凝土表面密實度，解決大摻量礦物摻和料造成的早期碳化問題，將熟料消耗量減少到40 ％以下，達到減碳的目的。
( 3 ）可以通過在粉磨水泥中的優化配料和混凝土澆筑前的技術措施，提高混凝土表面密實度，解決大摻量礦物摻和料造成的早期碳化問題，將熟料消耗量減少到40 ％以下，達到減碳的目的。
( 4 ）提高石子質量后，可減少混凝土水泥用量傭水量約20 % ，增加節能、降耗、減排的效果，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產，可解決現有的水泥和混凝土、水泥和外加劑以及混凝土和外加劑之間的矛盾，形成和諧生產的關系，有利于社會穩定。
( 5 ）混凝土的所有原材料都直接按混凝土需要生產，可解決現有的水泥和混凝土、水泥和外加劑以及混凝土和外加劑之間的矛盾，形成和諧生產的關系，有利于社會穩定。
( 6 ）當前施工人員越來越不懂混凝土，“混凝土專業包工隊”人員素質差，任意向拌和物中加水和振搗不規范、養護不到位，嚴重影響混凝土結構質量，混凝土的售后服務機制可從根本上杜絕此問題的發生，保證工程質量，避免將來結構物劣化造成的資源、能源的浪費和建筑垃圾對環境的沖擊。
8 尚需研究解決的問題
改革混凝土工程生產關系的難度不在于技術，首先要轉變觀念，換一種方法思維，采取一種適應當前社會可持續發展的生產模式。既然生產水泥時能把生料預熱和分解放到窯外去進行，為什么不能把預拌混凝土中膠凝材料的均化生產放到攪拌機外去進行呢？這個問題誰都能回答，最需要下決心第一個吃螃蟹的關鍵問題就是要解決各自的經濟利益問題。不妨請一位經濟學專家參與研究。
有不少人認為在技術上很簡單。其實不然，尚有以下問題需要研究：
1 ．如何做到不同工程需要的膠凝材料組成與性能優化和產品定型化？
2 ．改變傳統水泥從單一凝結時間優化石膏的方法，如何按多項性能優化石膏？
3 ．如何建立符合混凝土規律的水泥性能檢測試驗方法和產品標準？
4 ．如何使用成品膠凝材料進行混凝土配合比設計？包括程序設計和試驗驗證；
5 ．如何實現混凝土生產與施工質量過程控制技術與自動化體系？
6 ．如何進行水泥一混凝土－施工工藝流程、物料平衡、體系仿真，包括生產的過程測算和優化，以適應現代化生產的需要？
7 ．對生產關系改革前后的總體和長期投人產出比進行系統分析。
1 ．如何做到不同工程需要的膠凝材料組成與性能優化和產品定型化？
2 ．改變傳統水泥從單一凝結時間優化石膏的方法，如何按多項性能優化石膏？
3 ．如何建立符合混凝土規律的水泥性能檢測試驗方法和產品標準？
4 ．如何使用成品膠凝材料進行混凝土配合比設計？包括程序設計和試驗驗證；
5 ．如何實現混凝土生產與施工質量過程控制技術與自動化體系？
6 ．如何進行水泥一混凝土－施工工藝流程、物料平衡、體系仿真，包括生產的過程測算和優化，以適應現代化生產的需要？
7 ．對生產關系改革前后的總體和長期投人產出比進行系統分析。
市場經濟的特點之一就是產品多樣化以適應不同的需要，不同的生產方式可以適應不同對象的需要。任何時候都不能“一刀切”地采取單一模式。上述設想可以根據現有條件逐步實現。例如水泥集團收購、合并混凝土攪拌站只是個很
初級的階段，可以先從自有礦山的生產方式著手改造，為集團攪拌站提供優質骨料，培訓、鼓勵集團攪拌站先使用集團的復合水泥，然后再進一步發展。
只有生產關系的創新，才能保證技術的創新。
只有生產關系的創新，才能保證技術的創新。
參考文獻：
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[ l4 ］北京城建集團有限責任公司混凝土分公司、清華大學，《環保型膠凝材料及其配制高性能混凝土的研究》鑒定文件，1 999 年。
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作者簡介
廉慧珍，1933 年生，清華大學土木工程系教授。自上世紀70 年代起承擔多項高強混凝土及其流態的科研任務，以及“七五”和‘八五”國家重點科技攻關專題。
是我國最早使用掃描電子顯微鏡研究水泥漿體微結構和混凝土界面的專家之一，三次承擔國家科學基金的研究課題在礦物摻和料作用和水漿體并取得突出的成果。
是我國最早使用掃描電子顯微鏡研究水泥漿體微結構和混凝土界面的專家之一，三次承擔國家科學基金的研究課題在礦物摻和料作用和水漿體并取得突出的成果。
來源：混凝土世界2011.06