杂议混凝土（6）——评说“减水剂的应用对使用水灰比定则的影响”的讨论中的若干认识（中）

丁抗生

（建筑材料工业技术情报研究所，北京 100024）

（4）传统混凝土与其配合比设计规程生死与共。以上对传统混凝土的配合比设计规程其技术依据的软肋进行了揭示，其实，最严厉的批判是要认识到它只与传统混凝土相匹配，它与现代混凝土则远不相匹配，现代混凝土总体上不需要也不可能受它的束缚，不需要遵循和沿用它。这种认识，就是要求变革规程的基本认识，是很容易理解的。

传统四组分的混凝土，其最大、最基本的特点就是简单少变化。它的实用性状，在现场浇注混凝土的场合，就是塑性混凝土，塑性的变化范围有限，但大体上适应现场浇注的工艺（十分原始、简陋）条件，这种工作性性能由水泥浆体量及其稠度、以及砂石的组合情况和用量决定；凭藉着 A 定则—B 公式，混凝土的强度可由变更水灰比作有限范围的变动；正常施工强度较高的塑性混凝土，其耐久性一般是天然良好的。在工厂化生产构件制品，以及筑坝修路造机场等大型工程，得以采用强制成型和湿热处理等特殊工艺装备和措施，而可使用半干硬性混凝土、水工混凝土之类，降低工作性，提高强度。

这些就是传统混凝土的现实，它缺乏能造成性能变化的内在因素，它的四组分配合比只能有三个变数，在相对很局限的范围内作些变动，最终必然只能形成这样的生产和应用格局：通过调控水灰比来调控混凝土强度；水灰比既定则水泥浆体稠度亦既定，调控浆体流动性的唯有浆体体量的因素了，这也就是调控用水量（以及水泥量）；最后一个变数是砂石的组合关系，通常是选定出优化的砂率，辅助完成对混凝土工作性的调控。在这里，混凝土的耐久性没有可能被专门应对处理，只能因为与强度、和易性有些关联而被捎带着设置了。

传统混凝土的配合比设计规程是完全符合这种格局的需要而编制出来的具体实施办法的文件，不追究规程所收纳的内容是否完备妥当，规程正是传统混凝土的现实的写照，它充分、确切地反映了传统混凝土的现实，也只是传统混凝土的现实，没有什么超越这种现实的演绎内容的存在空间。它与传统混凝土完全匹配，也只与传统混凝土相匹配，它与现代混凝土是两重现实天地，不需要也不可能相匹配的。

有人承认现代混凝土与传统混凝土在材料组成和性能表现上有很大变化，但却说依据的基本理论是一脉相承的，配合比设计最主要的理论依据是多孔材料的孔隙率理论，水灰比定则仍然成立云云，一言以蔽之，传统混凝土与现代混凝土之间没有截然的界限，传统的设计理念—依据—规程对现代混凝土仍然有效。笔者不客气地说，这是逻辑紊乱的臆想之论，有点能忽悠人，但不正确。下面笔者来略作阐述。

诚然，多孔材料是大命题、大范畴，传统混凝土是可归入其内的小命题，特定局部的小范畴。多孔材料的孔隙率与强度成负相关关系，传统混凝土则有 A 定则—B 公式的负线性关系，这都合乎逻辑。但不能说传统混凝土有水灰比定则，多孔材料就都该有，同属多孔混凝土材料的铝酸盐水泥混凝土就不符水灰比定则，其强度与灰水比或是某种负相关关系，但绝非负线性关系。那么从传统混凝土变化、扩展到范畴大为延展的现代混凝土，水灰比定则能随之外延吗？按逻辑说，回答是否定的。

事实上，或许在现代混凝土的宽广范畴中，能存在特定的一个小范畴，相当或近似于传统混凝土的一个小范畴，其中能成立水灰比定则，但从现代混凝土的全局来看，不会这样。不要忘了，就在传统混凝土的范畴内，水灰比定则也是有严格限定的“定义阈”的，哪能“擅越雷池”。谁要宣称水灰比定则对现代混凝土“仍然有效”，想当然不行，逻辑推论是逆向也不行，只有凭藉试验数据分析统计，重走一趟Abrams-Bolomy 的研究之路，正确揭示现代混凝土范畴内的有关规律性，给予具体、切实的论证来，虚张声势不可能弄假成真。

至于本来就有杜撰意味的所谓需水性定则，在现代混凝土范畴内肯定该销声匿迹。砂石的组合使用技术则可能被继续沿用，更可能向砂石一体化的方向深入发展变化。总之，传统混凝土与其配合比设计规程是生死与共的关系，这种规程与现代混凝土并不搭介、不相匹配，现代混凝土必将摆脱对传统规程“萧规陈随”的错乱局面，创建出契合现代混凝土现实情况的新规程来。

（5）现代混凝土需要形成创新的格局。换角度继续讨论。在材料组成和性能表现上有很大变化，现代混凝土与传统混凝土是截然不同的。由于增加了掺合料和外加剂这两大类组分，能极大影响和改变混凝土的各种性能，使混凝土许多性能的拓展有了现实可能性，掺合料和外加剂的应用简单方便，也就是配料控制，易于调控，成为混凝土性能的新的有效调控因素。

传统混凝土缺乏性能调控因素，弄得只能用水灰比来调控强度，用用水量调控浆体流动性，辅以砂石组合的调控实现工作性，就只能勉为其难地做到这种程度，别的性能都是顺其自然，无可奈何，所谓考虑耐久性，只是因为强度与和易性与耐久性有些关联，稍带着被照应了，哪有针对性的设计应对？这是笔者反复揭示的事实，传统混凝土的现实格局。

掺合料和外加剂的应用才有了充分有效的现实可行性来彻底改变这种格局。改变格局的最关键因素是高效减水剂的应用，它比用水量更加有效地影响着水泥浆体的流动性能，得以用来对水灰比和用水量两个方面都实施调控，也就是把浆体的质和量都能控制住。而掺合料的使用得以实现灵活变动胶凝材料的组成和性能，从而改变混凝土的诸多相应性能，例如可降低胶材的水化热，这对大体积混凝土是很重要的，其他诸如此类的情况还有不少。

最应受关注的是这里提供了通过调控胶凝材料配料实现混凝土强度控制的新的、切实可行的途径和办法。教科书上一直在说，水泥强度和水灰比是决定混凝土强度的主要因素，但是过去似乎只有水灰比可用来调控强度，水泥强度是不变的；现在则胶材（水泥）强度变得灵活可调控，应该认真考虑如何利用这种新情况，合理变革混凝土强度调控的格式。

正如人所言，水灰比通过孔隙率与强度相关联，孔隙状况与抗渗性等耐久性能也是相关联的，这些情况让人会有疑问：改变水灰比（孔隙状况）对其他诸多性能是否也影响甚大而不尽可取？！是否该统筹兼顾工作性、强度和耐久性等必备性能来考虑水灰比的控制？！是否还该一如既往地把水灰比用作调控强度的先决的、主动的手段，或者予以改变？！这种问题久已客观存在，逐渐被认识和重视，应彰显地摆上桌面，寻求解答。当然，一时恐难有正确答案，但已无可回避地要正视它，解答它需要有勇有谋的、全面深刻的创新思维！这也就是构建与现代混凝土的成功实践相应的生产应用模式，用来实现名至实归的高性能混凝土的规范化的方式方法，正确反映现代混凝土成功实践技术内涵的设计规程等的命题及解答。

现代混凝土是蕴含着充分的可动用因素，可以实现当年高性能混凝土的愿想的。许多成功开发和应用的混凝土新品种都证实了这点。但在当前我国混凝土的生产应用中，确实存在着偏差和问题，主要是普通建筑用混凝土早期开裂现象严重又普遍。究其原因，除了粗制滥造、野蛮施工达到质量事故程度的主因之外，从技术层面来检讨，也确实存在混凝土配合比设计未必恰当的问题，主要是在过度追求混凝土的流动性时对抗裂性能等失控。应当指出，除了有些阳奉阴违的例外情况之外，这些开裂的混凝土可都是遵照《普通混凝土配合比设计规程》设计出来的，设计方案要受到当地质监机构按该规程核查的。普遍出现同样的质量事故，可以和应该认定，这些开裂的混凝土并不是按正确的技术设计才能实现的“高性能混凝土”，而只是按《普通混凝土配合比设计规程》设计出来的大流动性混凝土。规程原本是传统塑性和半干硬性混凝土适用的，加了两条采用掺合料和外加剂的算法，就用来设计现代混凝土的新品种，技术理念和依据、作法都一如其旧、无甚革新，这也真够勉为其难的了，只可惜效果不佳，终究捣弄不出性能优良的产品来。

（说到这里，笔者要另外说两句。关于高性能混凝土的定义上的歧义，不外乎三点。一是指具体的新品种，还是多品种的共名，抑或只是种理念。二是在特定的性能上达到高水准就算，还是在多项基本性能要求上综合体现出“高”度来。三是究竟对材料和工艺有无特殊要求。笔者最关注第三点，认为“采用常规材料和常规工艺生产制造”的说法含糊其辞，引起误解，才造成盲目实践的危害。因为这种说法，商品混凝土企业才会用《普通混凝土配合比设计规程》来设计生产泵送混凝土等“高性能混凝土”，滥觞全国，延续至今。）

当前普遍性易开裂的大流动性混凝土的事实，无可推诿地证实用《普通混凝土配合比设计规程》不可能正确驾驭现代混凝土的多元化的技术调控因素，实现优质新品种现代混凝土的生产。这是从失败中得出的教训，告诫人们：现代混凝土急切需要符合自己技术特质的生产技术模式以及相应的设计规程。这种规程尚付缺如，但它正潜存于现代混凝土的大量成功的实践之中，只待能把它萃取出来。回顾本世纪初几年间，笔者在商砼企业做混凝土配合比设计，一直不按规程，而用陈建奎的全计算法，守住了两条底线：重视石子搭配使用、优化其级配状况，控制胶材浆体体积 ≤350L，通常≤330L，这样正常生产和施工的混凝土很少开裂。这两条经验或许也是集成现代混凝土的新规程的点滴素材。

《普通混凝土配合比设计规程》前两年再度修订，承认了由水泥向胶材的转变，似有开悟，但仍坚守以两个定则为依据的传统混凝土的技术理念模式不变，缺乏深切认识掺合料和外加剂导致混凝土由水泥的变为水泥基的，相应水化机制和进程、结果都有实质性的变化，需要重新审视包括两个定则在内的对混凝土变化机制与性状表现的规律性的认知，重新建构统筹实现混凝土各项主要性能要求的路线图及各项具体实施办法的方案，制订出新思维的设计规程来指导混凝土的生产和应用，焕新现代混凝土的现实表现。旧规程看待掺合料只是节省水泥的廉价替代物，还怕用了降低强度，想出了“超掺系数”的办法来补救，弄得数据紊乱不堪，显示出十足的表面和片面性，可谓“愚不可及”。冬烘先生们不愿正视掺合料的复杂性，它并不是水泥，它作为胶材组成成分的强度贡献和水泥有不同机制不应混同，在需水性能和状态稳定性方面它呈现出“微细集料”的性质与水泥也是从机制到结果表现全然不同的，想把掺合料简单化地当作水泥，把胶凝材料完全等同于水泥，用个水胶比定则及相应强度公式就把掺合料的应用问题给“解决”了，实在太“想当然”。对 2011 年的新版旧规程，给出了混凝土强度等级小于C60 时的水胶比强度公式，又给出了胶凝材料强度 fb=rfrsfce的算式，这两个公式成立和适用的条件以及准确性，是应该探讨的，应用这两个公式能否有不同于既往的新创意，亦值得研究。

旧规程对待减水剂的应用更是简单、表面、片面化，对流动性和大流动性混凝土，也硬要施用“需水量定则”，“推定”出虚拟的“需水量”来，再用减水剂的减水率把推定的需水量降下来。冬烘先生们对需水量定则就那么信奉，无限制地搬用？对减水剂的巨大作用就只着眼于这么个用法？实在让人无语。这是比用“超掺系数”对付掺合料更“滥”的对付外加剂（减水剂）的作法，没有实际意义。也难怪当前按这种规程设计出的流动性和大流动性混凝土普遍容易开裂了。要想生产不开裂的大流动性现代混凝土，不能指望而且需要抛弃《普通混凝土配合比设计规程》的无效指导，需要抓紧制订适合现代混凝土用的新设计规程，能真正指导掺合料和外加剂的正确使用，先草拟个临时用法条例也成。

以上几段评议，由谈水灰比定则变成谈配合比设计规程了，两者原本紧密关联，倒也不算跑题。对《普通混凝土配合比设计规程》这翻新的旧皇历，曾说过要给予揭示和批判，这次大致说了个梗概，迟早总是要说的。说得重复且有些空泛，那是因为有些看法笔者尚朦胧难写，如果展开争论或讨论，就具体事项一一道来，是可以清楚明晰的。

回过头来再谈水灰比定则。

3 水灰比定则的理论背景

这次讨论中也有仁兄不以生产和试验案例结果为然，大谈水灰比定则以多孔材料的孔隙率理论为背景，认证其永远正确、继续有效，不受使用掺合料和减水剂等的干扰。至于具体的理论内涵，大多只空泛地提到“以孔隙率为媒介建立起水灰比与强度的负相关关系”，但也有人具体地说“水灰比定则的实质是混凝土中的水分在水化或者挥发以后在混凝土中留下孔洞，减少了混凝土的有效承载面积，表现出了强度的降低。……”是否还有更具体、深入的阐释？尚且未闻，只能权当没有。

之所以教材中要藏头藏尾地表达 A 定则—B 公式与孔隙率理论相契合的论断，是因为孔隙率理论被深入进行的研究所非议、被淘汰了。对水泥水化机制—水化物状况—水的存在形态—凝胶和水泥石的孔隙结构等系统性、全过程的深入全面、详实精细的研究，一直是水泥化学追索的主题，并取得令人信服的丰富认知，从孔隙机制来认证强度机理的理论，势所必然地集成和进化出上世纪中期 T.C.Powers 的胶空比理论，原来“多孔材料的强度理论认为，水泥石的强度发展取决于孔隙率。”至此则“更准确地说决定于水化生成物充满原始充水空间的程度”，“显然，胶空比的物理意义较水灰比更为明确”。这样，新陈代谢下来，孔隙率理论就走向消泯，胶空比理论成为人们真正认可的混凝土强度理论。而“水灰比”对应于“原始充水”状况，水灰比定则只能与孔隙率理论相互对应，它不能和胶空比理论融洽一致，不能取得真正翔实可凭藉的理论依据，这是很尴尬难办的事，所以教材上才要慎言，力求作淡化的处理。

教材毕竟忠实于科学。各种教材在介绍混凝土强度理论时，都与 T.C.Powers 的孔隙理论并列介绍脆性材料断裂理论，包括 Griffith 与 F.H.Wittmann 等人的界面能理论，以及 A.Ф.Полак 的结晶接触点理论等。而且都明确说出这些理论对孔隙率理论的进一步非议来。《土木工程材料》教材，在前面刚引述的“……建立……孔隙率……与强度之间的关系，像鲍罗米的……关系式，……它在……配合比设计中起着理论指导作用。”这段话之后，紧接着就说：“但按照断裂力学的观点看，决定断裂强度的是某处存在的临界宽度的裂缝，它和孔隙的形状和尺寸有关，而不是总的孔隙率。因此，用断裂力学的基本观念来研究混凝土的强度，是一个新的方向。……”立马就对孔隙率理论和有关公式来了个否定。其他教材也都是如此论说，“应该指出，孔隙率对强度的影响是一个比较笼统的概念，没有考虑到水泥石组分结构的特点。同时，在水泥石中，有不同的孔或微裂缝，其中有些孔或裂缝比其他孔对断裂过程更活跃，因此孔隙率这一个指标太笼统。”这里是从胶空比理论和断裂理论共同对孔隙率理论作出否定。

综上所述，教材早就明确，水灰比定则只能依托被淘汰的多孔材料的孔隙率理论作解说，而不能从研究深入发展所建立的胶空比理论和断裂力学理论中求得进一步的论证解说，反面是要受新理论的质疑和非议的。这次讨论中，有些人居然祭出孔隙率理论作法宝，用来庇护水灰比定则不受诸般邪祟侵袭，永保平安，这真叫人不知该作如何看待为好？！或许如上文所述，大家一同重温教材有关内容并取得共识，是明正视听的唯一办法。

其实，重温教材的话，如果关注原理机制，应该在《混凝土学》之外再读读《胶凝材料学》教材，更多、更详实地知道水泥水化硬化的机制、过程、状况的全程演化情况，取得真实具体的认知，就会认识到一切因果关系都是具体形成的，又都是事物变化的内因（机制）和外因（条件）具体结合着共同作用的结果，对于水灰比定则这样贯通始末、中间经历复杂演变过程的因果关系，能有条件地在一定限定范围内呈现出线性或近似线性关系的规律性来，笔者认为是难得的机缘巧合，是波特兰水泥特有的本性、特有的水化机制在适当环境（条件）下生成的特例，没有理由认为这是必然的、常规的、普适性的结果。如果能像 Powers 那样循着水泥水化过程中的切实情况步步探查，环环相扣理清整个过程，最后能定量论证出原始水灰比与硬化后强度的对应关系是 A定则—B 公式的话，那也没有胶空比理论了，水灰比定则也早就被人罩上“与理论机制完全符合不容置疑”的黄袍了。

对比不同胶凝材料，水化矿物性状、其水化机制、水化条件、过程演进和结果性状都各有不同的具体情况，最初用水量和最终强度之间存在因果关系的话，通常会是不同的曲线。像波特兰水泥那样呈现出 A 定则—B 公式，实属罕见，虽然说不清个中原因，但可以认定是波特兰水泥的矿物组成及其水化机制的独特禀赋所致。混凝土中现在日益大量使用掺合料和减水剂为主的外加剂，掺合料有不同品质性能的粉煤灰、高炉矿渣粉、硅灰、磨细的岩石粉等，它们和水泥毫无实质上的共同之处，彼此之间也是属性全然不同的，唯一共同之处是各以不同机制与水泥掺合到一起后成为水泥石的混杂成分构成水泥石，它们不能像水泥那样自主水化产生水泥凝胶什么的，若有什么次生反应则是和水泥水化产物Ca(OH)2衍生出的、原非水泥所有的机制过程，总之，掺合料只会使得它们与波特兰水泥掺合而成的胶凝材料偏离波特兰水泥原来的水化性状，及至当前现代混凝土大掺量使用多种掺合料的情况下，胶凝材料不知被改性得与纯波特兰水泥的水化特性相去几何了，设想 A 定则—B 公式依然成立，依旧好用，真不知道有几分客观真实性？！笔者是大大疑惑的，希望有人能答疑解惑！

至于外加剂，如高效减水剂，则是直接改变水泥水化的机制和进程。像减水剂的吸附分散、解聚释水机制，破坏了原来水泥浆的絮凝结构，把原来对应于毛细孔水的被束缚水释放出来，成为游离水，加强润湿和润滑作用，这就完全改变了水泥水化初期水存在形态的格局，改变结合水、吸附水、游离水等的比例，相应也改变着以后水泥石的孔结构状况。这明摆着是和强度机理的内涵说到一起了，有人却硬要说这些都与 A 定则—B 公式无关，任你减水剂翻天覆地，我A 定则—B 公式依旧成立，这还是得到理论依据—模型机制所保障的，面对如此执拗的说法，是否感到有些荒唐？！

外加剂的门类很多，各具特色，各有一定的作用机制来影响和改变混凝土的目标性能，效果显著。它们个个会对混凝土的常规机制有不同的干扰，如果能干扰到强度性能的，多半就会对水灰比定则带来冲击。就拿可能是对水泥水化机制干扰最小的引气剂来说，其功能不在于改变强度，却因引入气泡会降低混凝土强度，这种强度降低是引气剂独立特行的结果，有它自己的因果规律，可以说与水灰比定则并行不悖，但对反映强度结果的强度公式还是出了难题的：如何表述引气对强度的影响？！——剔出去另说或许最简单省事，但若有人执拗地要理论此时的强度计算公式，那又将如何？！

好了，不多说了。总之，寻求理论依据，探索具体、详实的原理机制、过程演化和结果状况，真切地形成对混凝土生命链条的全面、完整的认知，正是我们研究问题、解决问题的必由之路，我们信奉科学探索。首先是求真务实，不要迷信于什么模型、理论、本构关系、终极真理、蝴蝶效应之类，那些是捕风捉影、虚张声势、忽悠理智，是玄学而非科学。

以上说了许多，都是为深入讨论“减水剂的应用对使用水灰比定则的”的话题，廓清氛围，排除一些外围问题的阻滞，也提供一些引发思辨的题材。这些外围问题在别处或许是核心议题很值得讨论，但在这里显然障碍着所议话题向具体、深入、细致的深层次发展，使讨论“浅尝辄止”，“半途而废”、“有议无案”、“不了了之”，实际干扰作用甚大，不可忽视。

下面，笔者也对所议话题给个答案。