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關于水泥品種和混凝土的性能

長期以來,準確的說2009年以前,國際水泥界普遍認為,OPC水泥是性能適宜,廉價實用的最大宗膠凝材料。由OPC制備的混凝土,則是最經濟實用的大宗建筑材料,其消費(需求)量是僅次于水的世界排名第2位的必須材料。在人們可以預見的將來,至少30年甚至50年內,不大可能出現OPC水泥被其他膠凝材料大量取代的情況。


在我國則更是,一般人都以為,水泥的性能和質量完全取決于熟料,水泥中熟料含量越多,熟料標號越高,水泥的性能和質量就越高,用高標號水泥制備的混凝土才會是高性能混凝土等等。


事實上,隨著近10多年國際科技進步的發展,人們發現影響水泥性能的主要因素,除了熟料以外,混合材的深加工程度及其品種多元化,對水泥性能同樣具有較大的影響。挖掘混合材的潛在膠凝活性,可以發揮其部分替代熟料的作用。等量的熟料含量較少的低標號32.5水泥,同樣可以制備出C30以上的混凝土。傳統的高標號52.5水泥,因其單位能耗高,生產中的單位碳排放量高;雖然早期強度較高,但其抗裂性、耐久性和后期、長期強度都較差,利少弊多。面對現在低標號32.5復合水泥的推廣應用趨勢下,高標號OPC水泥已顯頹勢。32.5復合水泥的占比正在逐步提高,所謂水泥品種要向OPC高標號化發展的觀點已經不合時宜了。


與我國不久前實施的全部取消PC32.5復合水泥的做法相反,德國和歐盟經過多年的試驗研究后,2016年決定修訂其水泥標準EN197-1,增添了兩個新的32.5復合水泥的品種CEMII/C-M和CEMVI,熟料系數可分別減少到0.50和0.35。反思檢討我國和德國兩種截然不同思維和決策方式的全過程,足以告誡訓導我們,首先應該認真做好必要的實際市場需求調研工作,以及科學試驗研究論證工作,之后再集思廣益三思而行,以免冒失地犯下方向性的錯誤。所幸我國水泥標準中仍保留有PS、PF和PP32.5水泥。最近市場上出現了用M32.5水泥部分替代PC32.5水泥之勢,說明科學發展規律和市場供需法則是不會隨著某些權利的意志而轉移的。我國現在改正補救,亡羊補牢猶未晚矣。


此外人們還注意到,影響混凝土性能的因素,除了水泥和骨料沙石以外,各種外加劑的選擇和摻用技術也具有一定的作用。因而加強外加劑的研發,同樣是改善提升混凝土性能的一個重要環節。過去那種單純依靠高標號水泥制備高性能混凝土的教條也應修正,須要改進提升科學認知水平。


根據目前已經達到的技術水平,可以預測,在今后15-20年之內,水泥品種科技進步提升發展的趨勢,將會從根本上扭轉OPC一家獨大的局面,逐漸形成以貝利特水泥、硫鋁(鐵)酸鹽水泥、熟料系數0.35~0.55的低標號32.5復合水泥,以及熟料系數0.75~0.9的中、高標號(42.5+少量52.5)OPC水泥為主的四分天下的局面。或者還有少量的熟料系數0~0.20的地礦水泥(Geopolymers),即所謂的無熟料或少熟料水泥。因為前三者,在基礎理論與實際應用方面已經完全成熟可靠,今后只是在消費總量中它們三者的占比逐步提升,傳統OPC的逐漸下降而已。屆時,它們三者雖然還不能完全取代傳統OPC水泥,但是至少已經取代了一半以上。延續到2050年,OPC高標號水泥基本上被取代或許就是大概率事件了。這與人們2009年以前的認知和預測相比就發生了重大的變化,這種可能發生的變化同樣也值得我國關注研判借鑒。

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