配制高性能混凝土的技术原则！

［摘 要］何谓高性能混凝土，业内有许多不同的解读和看法。但混凝土的施工性、设计强度的保证和耐久性是公认的三项评估高性能混凝土的技术要素。以往的观念，混凝土配合比的设计常常以强度为唯一指标，而忽视了施工性和耐久性指标。强度是重要的，必须达到。但如果施工性不好（包括混凝土和易性、粘聚性、保水性、可泵性等）就会影响混凝土的密实度，出现裂缝而影响混凝土的耐久性。根据混凝土原材料——水泥、掺合料、减水剂、水的特性，本文就设计和配制高性能混凝土时运用“二多二少”原则的实践结果与同行分享经验。

［关键词］绿色建材；高性能混凝土（HPC）；“二多二少”原则

0 前言

根据住建部和工信部的文件，高性能混凝土作为重要的绿色建材，对提高工程质量、降低工程全寿命周期的综合成本，以及发展循环经济、促进技术进步、推广混凝土行业的结构调整具有重大意义。为此，商品混凝土企业配制和生产高性能混凝土将成为混凝土发展的方向。

商品混凝土企业目前正面临减产能的大环境。要在这个大环境下不被淘汰就必须要从改善供应侧（服务客户、控制成本、技术创新）着手。大浪淘沙中部分企业一定会被淘汰，也会有优秀企业脱颖而出。

混凝土企业要生存首先是看其能否在减价竞争（甚至是零利润）中通过升级转型、技术创新、提高混凝土质量、降本增效实现盈利，在市场竞争中生存和发展。另一面，企业还必须通过“应社会发展要求企业提供绿色建材”这一关，也就是商品混凝土企业必须转型生产高性能混凝土，以符合社会对绿色发展的需要。

高性能混凝土的广泛应用和推广需要正确的理念和科学的发展技术支持作为支撑。住建部和工信部多次发文要求混凝土企业发展高性能混凝土（简称 HPC），就是要求混凝土在设计和生产中体现强度和耐久性并重，混凝土有良好的拌合物施工性能。而选用优质原材料、优化混凝土配合比、绿色和预拌生产、精细化施工、科学验收，则是从原材料优化技术到绿色生产技术一体化的技术。

下文就 HPC 的评价、配制和生产的讨论只是抛砖引玉，希望业界重视，共同为商品混凝土行业的市场发展和绿色建材概念的推广作出贡献。

1 原材料的评估和选择

 混凝土原材料的评估和选择是为优选原材料、优化配合比、生产绿色建材服务。

1.1 水泥

水泥是为混凝土提供强度不可或缺的必要成分，但同时也为混凝土带来负面的作用：如水化热、收缩。水泥生产中使用石膏不当、选用掺合料不当、水泥矿物中的 C3A 成分过高、水泥磨细度太大等都会给混凝土的耐久性和施工性带来负面的影响。所以选择水泥不应只看价格，还必须注重品质。而且在设计混凝土配合比时，应该考虑在满足设计强度和足够富余系数情况下尽量少用水泥，从而减少水泥对混凝土耐久性和施工性的负面影响。

1.2 水

水是提供混凝土施工性能必不可少的原材料，也是影响强度和耐久性的主要源头。如何能在保证施工性的前提下，尽量减少混凝土单位用水量，是配制生产 HPC 所必需的重要准则。

1.3 减水剂

减水剂在商品混凝土中的作用越来越凸显。木质素系减水剂是利用造纸废液生产的，是废物利用的环保产品。因其减水率只有 8%～14% 被称为普通减水剂。

70 年代，在我国研发和生产多核体萘磺酸钠，减水率达到 18%～20% 以上，称为高效减水剂。但由于生产过程排放造成的污染（特别是甲醛的释放），大中城市已基本禁止生产，逐渐被第三代聚羧酸系高性能减水剂所取代。

快速发展的聚羧酸减水剂是环保型的产品。因其减水性特别好，大量推广已成大势所趋。聚羧酸系减水剂具有减水率高、适应性好等优点。但是，一般聚羧酸对砂石含粉、泥量以及掺量和用水量特别敏感（这些因素都会造成混凝土施工性的劣化）因此给聚羧酸减水剂的快速推广造成了一定的影响。近年已有减水剂生产企业针对以上敏感性问题研制了高性能新型多功能聚羧酸减水剂，并已成功应用于混凝土生产中。

1.4 掺合料

掺合料包括矿粉、粉煤灰、硅粉、炉渣粉、钢渣粉、磨细石灰石粉等。矿粉、粉煤灰和硅粉是最成熟的产品。掺合料对混凝土是非常重要的原料。不仅可以直接降低混凝土的成本，而且可以提高混凝土的耐久性和施工性及混凝土后期强度。特别是增加矿粉掺量，对提高混凝土抗蚀性和减少电通量是十分有效的措施。

但是不少磨细厂在粉磨时（特别磨细粉煤灰）掺入很多不明物料，造成产品劣化，致使混凝土品质下降。所以粉煤灰和矿粉要选择好的，矿粉最好选择活性在 S95 以上的。

1.5 地方材料 （砂子、石子）

混凝土中砂子和石子占了 75% 的重量。因为受到运输价格和计算碳排放的限制只能就近选择。砂子受地域限制，变化甚大。在江河的上游，砂子偏粗（细度模数 3.0～3.6），含泥量极少。用此类砂生产混凝土会造成混凝土浆体包裹性不好、泌水、石子沉底、泵送困难等。江河的下游，砂子太细（细度模数 1.3～1.8）、含泥量高，使用时又会造成混凝土中单位用水量高、水泥量也高。使用聚羧酸减水剂特别敏感，导致混凝土质量波动。其他也有使用石粉、山砂等等，质量也不稳定。

石子也需要就近取材。有些商品混凝土企业取用的石子存在针片状多、含泥量高等质量问题，这些应尽可能避免。

2  如何改善商品混凝土企业的供应侧

在整体降产能的环境下，哪些企业将会被淘汰呢？要从市场面和改革面双重来分析。

从市场面看，商品混凝土企业必须降本增效，用优质优价获取成功；从改革面来讲，商品混凝土企业要走绿色环保之路，除了除尘淋水、污水处理、生产废渣达到零排放外，还需要走上绿色建材的道路：要节能减排、要核算碳排、要生产高性能混凝土。

所以无论从市场面和改革面，商品混凝土企业要生存就必须依靠改革的方向、市场的力量、技术创新的动力，走上绿色发展、循环发展和可持续发展的道路。很明显，外加剂和混凝土的技术创新将成为推广绿色建材、高性能混凝土的主要载体。

住建部和工信部发文，今年将有 5 个省市成为推广高性能混凝土的先锋。如何生产高性能混凝土？怎样的混凝土才算高性能混凝土？本文将罗列 6 个商品混凝土企业与外加剂新技术的创新配制，并用以生产高性能混凝土的探索。

3  如何评价高性能混凝土？如何配制和生产高性能混凝土？

高性能混凝土（HPC）的设计生产体现了强度和耐久性并重：优质原材料、优化配合比、绿色生产、良好的拌合物施工性、精细化施工、科学验收。本文认为，高性能混凝土应该从施工性、满足设计强度和耐久性三个要素来评价，还

要考虑到这三个要素的关联性。

要改变强度越高越好的观念（强度必须达到设计和规程的要求就可以了）。耐久性是影响结构物寿命、影响经济效益和社会效益极为重要的指标，也是绿色可持续发展的要求。施工性（包括坍落度、扩展度、和易性、砂浆包裹性、可泵性、坍落度损失等）是保证混凝土均质性、精细施工的综合性指标，也是可以杜绝混凝土劣化倾向出现的重要指标。

配制和生产高性能混凝土，在设计混凝土配合比时应该考虑“二多二少”的原则，也就是要多掺优质的高性能减水剂，多用优质的矿物掺合料，少用水泥，少用水。因为优质的高性能减水剂是实现高性能混凝土的重要组成，在改善混凝土性能方面起着决定性的作用。低水胶比的混凝土可以提升强度，并全面改善和提高混凝土各种性能（提高耐久性，改善和易性、粘聚性和保水性等施工性能）。多用掺合料可以降低水化温度、推进提高后期强度、改善混凝土内部结构、提高密实性、抗腐蚀能力和改善混凝土抗裂性能。水和水泥要少用，是因为大幅减少混凝土单位用水量可以提高混凝土密实性，改善混凝土耐久性。水泥既是提高混凝土强度的主要原料，但同时又产生了水化热、收缩等负面作用严重影响混凝土的耐久性。所以要在保持强度的前提下尽量少用水泥。

下面例举了六个商品混凝土企业如何使用多功能聚羧酸减水剂的案例，探索利用“二多二少”的原则，配制和生产高性能混凝土。

表 1 中所列编号 1～4 分别是 C25、C30、 C35 和 C40 四种不同强度等级的混凝土配合比。

节省水泥用量 40～60kg，单位用水量也减少 20kg 以上，施工性能（坍落度和扩展度）得到明显改善，避免了工人在工地上加水造成的混凝土品质劣化。

表 2 中的数据是使用多功能聚羧酸减水剂的效果。PCA-2 是抗泥型多功能母液 1:4 加水配制。因为当地砂石含泥量较高，使用抗泥型母液可以得到更加稳定的效果。全部每立方米节省 56kg 水泥，达到降本增效、节能减排的预期目标。

混凝土单位用水量减少 20～25kg，减少了混凝土收缩和水化热，混凝土密实度也提高了。有利于改善耐久性。

表 3 所示是 C30 和 C40 采用一般聚羧酸减水剂（试配1 和 3）与采用 F98B 多功能聚羧酸母液和 1:4 水稀释（试配 2 和4）的试验对比。明显看到（试配 2）比（试配 1）在C30 混凝土中，减少单位用水量 10kg，水泥用量减少 30kg；在 C40 混凝土中，（试配 4）比（试配 3）单位用水量减少12kg，减少水泥用量 30kg。达到降本增效的目的，同时向用“二多二少”配合比配制用高性能混凝土的方向迈进一步。

表 4 试验结果显示水泥用量减少 30kg，单位用水量减少10kg。现正在做进一步大量试验。

表 5 原配比 1 中，已采用较好的聚羧酸减水剂。水泥用量已属较低的水平。但试验结果显示，水泥用量又减少15kg。达到进一步降本增效、减水、减水泥的效果。

表 6 中（试验 1、2）和（试验 3、4）为不同时段所做的对比试验。结果显示，每立方米减少单位用水量 23kg 和减少水泥用量 35kg。试验将污染性较大的萘系减水剂换成较环保的聚羧酸减水剂，使用更先进的混凝土配合比，向绿色建材生产跨进了一大步。

结束语

（1）HPC 混凝土作为重要绿色建材，其推广和应用可提高工程质量，提高结构物耐久性，促进技术进步，发展循环经济。

（2）HPC 应体现强度和耐久性并重。混凝土绿色和预拌生产需要混凝土具有良好的拌合物施工性能，有利于精细化施工。所以，简单的来说可以用施工性、满足设计强度和耐久性三个要素来评定 HPC。

行业内有些认为高强度等级混凝土就是高性能混凝土，水泥用量高就可以保证强度，就是高性能混凝土，有些地区甚至限定每立方混凝土最低水泥用量等这些观念是需要改变了。

（3）在设计、配制和生产 HPC 时，可以通过（在保证达到设计强度的前提下）减少水泥用量，减少单位用水量，使用优质减水剂和掺合料，实现全面改善混凝土的和易性、粘聚性和保水性等施工性能；提高混凝土的密实度和耐久性；增加强度保证。

混凝土的水泥用量大幅减少，不仅减少了水泥水化热、收缩等的负面作用，还做到了节能减排；而多用优质的高性能减水剂，在改善混凝土各种性能方面起决定性的作用；由于减水率高，可以大幅降低混凝土单位用水量；另外，多用优质的矿物掺合料可以降低水化温度，推进混凝土后期强度，减少裂缝，改善混凝土内部结构，提高密实度；提高抗腐蚀性；提高耐久性。

（4）要改善供应侧。商品混凝土企业要降本增效、要生产绿色建材、生产HPC。这两条路是必须同时进行，缺一不可的。

文中试配结果初步展示了以高性能减水剂的技术创新作为商品混凝土企业降本增效、发展绿色建材、生产 HPC 的载体，有可行之处。值得进一步的讨论和研究。［摘 要］何谓高性能混凝土，业内有许多不同的解读和看法。但混凝土的施工性、设计强度的保证和耐久性是公认的三项评估高性能混凝土的技术要素。以往的观念，混凝土配合比的设计常常以强度为唯一指标，而忽视了施工性和耐久性指标。强度是重要的，必须达到。但如果施工性不好（包括混凝土和易性、粘聚性、保水性、可泵性等）就会影响混凝土的密实度，出现裂缝而影响混凝土的耐久性。根据混凝土原材料——水泥、掺合料、减水剂、水的特性，本文就设计和配制高性能混凝土时运用“二多二少”原则的实践结果与同行分享经验。

［关键词］绿色建材；高性能混凝土（HPC）；“二多二少”原则

0 前言

根据住建部和工信部的文件，高性能混凝土作为重要的绿色建材，对提高工程质量、降低工程全寿命周期的综合成本，以及发展循环经济、促进技术进步、推广混凝土行业的结构调整具有重大意义。为此，商品混凝土企业配制和生产高性能混凝土将成为混凝土发展的方向。

商品混凝土企业目前正面临减产能的大环境。要在这个大环境下不被淘汰就必须要从改善供应侧（服务客户、控制成本、技术创新）着手。大浪淘沙中部分企业一定会被淘汰，也会有优秀企业脱颖而出。

混凝土企业要生存首先是看其能否在减价竞争（甚至是零利润）中通过升级转型、技术创新、提高混凝土质量、降本增效实现盈利，在市场竞争中生存和发展。另一面，企业还必须通过“应社会发展要求企业提供绿色建材”这一关，也就是商品混凝土企业必须转型生产高性能混凝土，以符合社会对绿色发展的需要。

高性能混凝土的广泛应用和推广需要正确的理念和科学的发展技术支持作为支撑。住建部和工信部多次发文要求混凝土企业发展高性能混凝土（简称 HPC），就是要求混凝土在设计和生产中体现强度和耐久性并重，混凝土有良好的拌合物施工性能。而选用优质原材料、优化混凝土配合比、绿色和预拌生产、精细化施工、科学验收，则是从原材料优化技术到绿色生产技术一体化的技术。

下文就 HPC 的评价、配制和生产的讨论只是抛砖引玉，希望业界重视，共同为商品混凝土行业的市场发展和绿色建材概念的推广作出贡献。

1 原材料的评估和选择

混凝土原材料的评估和选择是为优选原材料、优化配合比、生产绿色建材服务。

1.1 水泥

水泥是为混凝土提供强度不可或缺的必要成分，但同时也为混凝土带来负面的作用：如水化热、收缩。水泥生产中使用石膏不当、选用掺合料不当、水泥矿物中的 C3A 成分过高、水泥磨细度太大等都会给混凝土的耐久性和施工性带来负面的影响。所以选择水泥不应只看价格，还必须注重品质。而且在设计混凝土配合比时，应该考虑在满足设计强度和足够富余系数情况下尽量少用水泥，从而减少水泥对混凝土耐久性和施工性的负面影响。

1.2 水

水是提供混凝土施工性能必不可少的原材料，也是影响强度和耐久性的主要源头。如何能在保证施工性的前提下，尽量减少混凝土单位用水量，是配制生产 HPC 所必需的重要准则。

1.3 减水剂

减水剂在商品混凝土中的作用越来越凸显。木质素系减水剂是利用造纸废液生产的，是废物利用的环保产品。因其减水率只有 8%～14% 被称为普通减水剂。

70 年代，在我国研发和生产多核体萘磺酸钠，减水率达到 18%～20% 以上，称为高效减水剂。但由于生产过程排放造成的污染（特别是甲醛的释放），大中城市已基本禁止生产，逐渐被第三代聚羧酸系高性能减水剂所取代。

快速发展的聚羧酸减水剂是环保型的产品。因其减水性特别好，大量推广已成大势所趋。聚羧酸系减水剂具有减水率高、适应性好等优点。但是，一般聚羧酸对砂石含粉、泥量以及掺量和用水量特别敏感（这些因素都会造成混凝土施工性的劣化）因此给聚羧酸减水剂的快速推广造成了一定的影响。近年已有减水剂生产企业针对以上敏感性问题研制了高性能新型多功能聚羧酸减水剂，并已成功应用于混凝土生产中。

1.4 掺合料

掺合料包括矿粉、粉煤灰、硅粉、炉渣粉、钢渣粉、磨细石灰石粉等。矿粉、粉煤灰和硅粉是最成熟的产品。掺合料对混凝土是非常重要的原料。不仅可以直接降低混凝土的成本，而且可以提高混凝土的耐久性和施工性及混凝土后期强度。特别是增加矿粉掺量，对提高混凝土抗蚀性和减少电通量是十分有效的措施。

但是不少磨细厂在粉磨时（特别磨细粉煤灰）掺入很多不明物料，造成产品劣化，致使混凝土品质下降。所以粉煤灰和矿粉要选择好的，矿粉最好选择活性在 S95 以上的。

1.5 地方材料 （砂子、石子）

混凝土中砂子和石子占了 75% 的重量。因为受到运输价格和计算碳排放的限制只能就近选择。砂子受地域限制，变化甚大。在江河的上游，砂子偏粗（细度模数 3.0～3.6），含泥量极少。用此类砂生产混凝土会造成混凝土浆体包裹性不好、泌水、石子沉底、泵送困难等。江河的下游，砂子太细（细度模数 1.3～1.8）、含泥量高，使用时又会造成混凝土中单位用水量高、水泥量也高。使用聚羧酸减水剂特别敏感，导致混凝土质量波动。其他也有使用石粉、山砂等等，质量也不稳定。

石子也需要就近取材。有些商品混凝土企业取用的石子存在针片状多、含泥量高等质量问题，这些应尽可能避免。

2  如何改善商品混凝土企业的供应侧

在整体降产能的环境下，哪些企业将会被淘汰呢？要从市场面和改革面双重来分析。

从市场面看，商品混凝土企业必须降本增效，用优质优价获取成功；从改革面来讲，商品混凝土企业要走绿色环保之路，除了除尘淋水、污水处理、生产废渣达到零排放外，还需要走上绿色建材的道路：要节能减排、要核算碳排、要生产高性能混凝土。

所以无论从市场面和改革面，商品混凝土企业要生存就必须依靠改革的方向、市场的力量、技术创新的动力，走上绿色发展、循环发展和可持续发展的道路。很明显，外加剂和混凝土的技术创新将成为推广绿色建材、高性能混凝土的主要载体。

住建部和工信部发文，今年将有 5 个省市成为推广高性能混凝土的先锋。如何生产高性能混凝土？怎样的混凝土才算高性能混凝土？本文将罗列 6 个商品混凝土企业与外加剂新技术的创新配制，并用以生产高性能混凝土的探索。

3  如何评价高性能混凝土？如何配制和生产高性能混凝土？

高性能混凝土（HPC）的设计生产体现了强度和耐久性并重：优质原材料、优化配合比、绿色生产、良好的拌合物施工性、精细化施工、科学验收。本文认为，高性能混凝土应该从施工性、满足设计强度和耐久性三个要素来评价，还

要考虑到这三个要素的关联性。

要改变强度越高越好的观念（强度必须达到设计和规程的要求就可以了）。耐久性是影响结构物寿命、影响经济效益和社会效益极为重要的指标，也是绿色可持续发展的要求。施工性（包括坍落度、扩展度、和易性、砂浆包裹性、可泵性、坍落度损失等）是保证混凝土均质性、精细施工的综合性指标，也是可以杜绝混凝土劣化倾向出现的重要指标。

配制和生产高性能混凝土，在设计混凝土配合比时应该考虑“二多二少”的原则，也就是要多掺优质的高性能减水剂，多用优质的矿物掺合料，少用水泥，少用水。因为优质的高性能减水剂是实现高性能混凝土的重要组成，在改善混凝土性能方面起着决定性的作用。低水胶比的混凝土可以提升强度，并全面改善和提高混凝土各种性能（提高耐久性，改善和易性、粘聚性和保水性等施工性能）。多用掺合料可以降低水化温度、推进提高后期强度、改善混凝土内部结构、提高密实性、抗腐蚀能力和改善混凝土抗裂性能。水和水泥要少用，是因为大幅减少混凝土单位用水量可以提高混凝土密实性，改善混凝土耐久性。水泥既是提高混凝土强度的主要原料，但同时又产生了水化热、收缩等负面作用严重影响混凝土的耐久性。所以要在保持强度的前提下尽量少用水泥。

下面例举了六个商品混凝土企业如何使用多功能聚羧酸减水剂的案例，探索利用“二多二少”的原则，配制和生产高性能混凝土。

表 1 中所列编号 1～4 分别是 C25、C30、 C35 和 C40 四种不同强度等级的混凝土配合比。

节省水泥用量 40～60kg，单位用水量也减少 20kg 以上，施工性能（坍落度和扩展度）得到明显改善，避免了工人在工地上加水造成的混凝土品质劣化。

表 2 中的数据是使用多功能聚羧酸减水剂的效果。PCA-2 是抗泥型多功能母液 1:4 加水配制。因为当地砂石含泥量较高，使用抗泥型母液可以得到更加稳定的效果。全部每立方米节省 56kg 水泥，达到降本增效、节能减排的预期目标。

混凝土单位用水量减少 20～25kg，减少了混凝土收缩和水化热，混凝土密实度也提高了。有利于改善耐久性。

表 3 所示是 C30 和 C40 采用一般聚羧酸减水剂（试配1 和 3）与采用 F98B 多功能聚羧酸母液和 1:4 水稀释（试配 2 和4）的试验对比。明显看到（试配 2）比（试配 1）在C30 混凝土中，减少单位用水量 10kg，水泥用量减少 30kg；在 C40 混凝土中，（试配 4）比（试配 3）单位用水量减少12kg，减少水泥用量 30kg。达到降本增效的目的，同时向用“二多二少”配合比配制用高性能混凝土的方向迈进一步。

表 4 试验结果显示水泥用量减少 30kg，单位用水量减少10kg。现正在做进一步大量试验。

表 5 原配比 1 中，已采用较好的聚羧酸减水剂。水泥用量已属较低的水平。但试验结果显示，水泥用量又减少15kg。达到进一步降本增效、减水、减水泥的效果。

表 6 中（试验 1、2）和（试验 3、4）为不同时段所做的对比试验。结果显示，每立方米减少单位用水量 23kg 和减少水泥用量 35kg。试验将污染性较大的萘系减水剂换成较环保的聚羧酸减水剂，使用更先进的混凝土配合比，向绿色建材生产跨进了一大步。

结束语

（1）HPC 混凝土作为重要绿色建材，其推广和应用可提高工程质量，提高结构物耐久性，促进技术进步，发展循环经济。

（2）HPC 应体现强度和耐久性并重。混凝土绿色和预拌生产需要混凝土具有良好的拌合物施工性能，有利于精细化施工。所以，简单的来说可以用施工性、满足设计强度和耐久性三个要素来评定 HPC。

行业内有些认为高强度等级混凝土就是高性能混凝土，水泥用量高就可以保证强度，就是高性能混凝土，有些地区甚至限定每立方混凝土最低水泥用量等这些观念是需要改变了。

（3）在设计、配制和生产 HPC 时，可以通过（在保证达到设计强度的前提下）减少水泥用量，减少单位用水量，使用优质减水剂和掺合料，实现全面改善混凝土的和易性、粘聚性和保水性等施工性能；提高混凝土的密实度和耐久性；增加强度保证。

混凝土的水泥用量大幅减少，不仅减少了水泥水化热、收缩等的负面作用，还做到了节能减排；而多用优质的高性能减水剂，在改善混凝土各种性能方面起决定性的作用；由于减水率高，可以大幅降低混凝土单位用水量；另外，多用优质的矿物掺合料可以降低水化温度，推进混凝土后期强度，减少裂缝，改善混凝土内部结构，提高密实度；提高抗腐蚀性；提高耐久性。

（4）要改善供应侧。商品混凝土企业要降本增效、要生产绿色建材、生产HPC。这两条路是必须同时进行，缺一不可的。

文中试配结果初步展示了以高性能减水剂的技术创新作为商品混凝土企业降本增效、发展绿色建材、生产 HPC 的载体，有可行之处。值得进一步的讨论和研究。

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