杂议混凝土（7）——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（下）

丁抗生

（建筑材料工业技术情报研究所，北京 100024）

三

谈论减水剂的应用对使用水灰比定则的影响，可以有广义和狭义的两个范畴。广义地说，主要是高效减水剂的应用才造就出现代混凝土，把传统的水泥混凝土改变成现代的水泥基混凝土；相应地使传统的配合比设计规程及其基石 A 定则 B 公式被动摇，不说完全被颠覆的话，也必须有脱胎换骨的变革；变革若是消极被动的，渐进的修修补补，则难免左支右拙，顾此失彼；变革若是凤凰磐涅式的，全面创新，一步登天，又耽于臆想，不切实际；如何组织实施规程的变革，确实是需要集思广益、谋定而动、积极作为，而正确的认识是正确施为的基础，认识模糊、浮于表面、误陷迷思、步入歧径则迷途难返。

是减水剂的应用造就了大量掺用掺合料的现实，是减水剂与掺合料并用，再加用或不加用其他外加剂，实现了混凝土各种性能的大幅度变化和提升，开发出了各种具有不同高超性能的混凝土品种。混凝土品种、性能有大幅度变化的内在原因，当然是混凝土的水化硬化机制的相应变化，而这些变化对“使用水灰比定则”没有影响、不起反应？那是不可能的。拣几个所共知的实例来说吧。现在实现混凝土的高强度不是难事，但强度越高，对粗集料的品质性能要求也越高起来了，石子的岩石属性会影响强度结果，必须加以考虑。在规程的强度公式中，回归系数 αa、αb只有碎石和卵石的区分，则显然不能反映这种实际情况。规程规定强度公式用于混凝土强度等级小于 C60 时，承认高强度混凝土范畴 A 定则 B 公式难以施用，不是有人想象的“减水剂的作用是，使得混凝土在更低的水胶比条件下能够密实、均匀及具有适当的施工性能（坍落度），以更好地创造水灰比定则的适用条件”，减水剂是起到了所说的作用，水灰（胶）比定则则未必适用了。对于 C80～C100 的强度，水灰比定则或尚可“参考”，但也同时要“参考”使定则失效的因素，你说这定则算有效算失效？！

再说，传统混凝土其实是做不出稳定可用的“大流动性”混凝土的，现在依靠减水剂和掺合料，大流动性成了主流。在流动性超出塑性混凝土范畴时，A 定则 B 公式还能“正常应用”吗？正如有人指出的，水灰比一定时，混凝土强度随坍落度的大幅度增加会有所降低，坍落度 50～180mm范围内变化时，强度降低幅度还不大，但在 180～240mm 范围内变化时，强度降幅明显变大。不管能用什么机制（理由）来解释这种规律性的现象，流动性大幅度变化会使 A 定则 B 公式失准是客观存在的，这在成立 A 定则 B 公式时就是已知的，所以有坍落度范围的限定，只因过去长期没有流动性超出塑性混凝土的存在，这界限被忽视了。当前大流动性混凝土成为主流，规程制订者没有掌握必要的相关认知来正确策应这种变化，放任滥用“需水量定则”作无限的“推定”计算，对 A 定则 B 公式的适用性受到影响与否缄口不谈。但事实就是事实，遵循规程设计出的大流动性混凝土，不但强度会比 A 定则 B 公式算出的值有走低趋势，而且早期开裂现象严重，表明不但 A 定则 B 公式的应用引起质疑，整个规程的效用都是应该质疑的。

还有，如《混凝土学》教材所言，集灰比是影响混凝土强度的因素之一，一般认为是个次要因素，但在集灰比远离常规时，影响则不可忽略，如附图所示。

附图集灰比对混凝土强度的影响

现代混凝土减水剂的应用可极大地改善工作性，克服成型密实的困难，集灰比可以提高不少，而泵送混凝土、自流平混凝土，则有可能极大降低集灰比；所以，集灰比对强度的影响也会凸显出来，造成 A 定则 B 公式显得失准。上述大流动性混凝土出现的强度降低和开裂问题，与集灰比降低确有干系。

以上事例，是些性能大幅改变，内在机制偏移，某些影响因素由原来“隐性存在”、可以忽略，变得“影响彰显”、必须正视的明显变故情况，容易受到注视。其实无须彰显性能的大幅变化会给 A 定则 B 公式带来麻烦，只要明确了掺合料和外加剂（减水剂）的使用，明确了由传统水泥混凝土向现代水泥基混凝土的机制转变，A 定则 B 公式的存在和应用就已全然生变，名实两异了。这不， JGJ55—2011规程，把以前的水灰比 W/C 改成了水胶比 W/B。水灰比强度公式 W/C＝(αaƒce)/(ƒcu,0＋αaαbƒce)，变成了水胶比强度公式W/B＝(aƒb)/(ƒcu,0＋αaαbƒb)。并相应提出了胶凝材料胶砂强度 ƒb与水泥胶砂强度 ƒce的计算式 ƒb＝γƒγsƒce。这些是把 A 定则 B公式的技术内涵全给变更了，“依然不变”的只是线性公式的形式，对此，是应该清醒地认识领会的。

笔者前面的论述中已经提到，对 JGJ55—2011 规程中水胶比强度公式和胶材胶砂强度算式的提出都感到似乎论证不足、考虑欠周、有些贸然。这次讨论中，梁文泉、邓兴才各引用实例，较详细地论述了按规程公式计算强度与实测结果偏离甚大，明显失准，认为或因未能考虑减水剂的影响所致，周志涛、李田也表达了类似认识。笔者认同规程对减水剂作用认识不足，对其影响所及未能给出反映的意见。但对如何能反映减水剂的影响，应该在强度公式中反映还是在胶材强度算式中反映等问题，笔者尚未形成清晰的认识，提不出建设性的意见来，暂时还只能是“质疑派”。

不过，不论强度公式和胶材强度算式在考虑外加剂（减水剂）作用后会如何变化，它们都是现代混凝土的重要基本计算公式。笔者在前面的论述中已经说过，这里要重复强调，这两个公式与以前的水灰比强度公式技术意义有很大差异。水灰比公式实际上是水灰比单变量的一元线性方程式，通过改变水灰比来调控强度，形成传统混凝土的设计和生产模式。水胶比强度公式及胶材强度算式，则现实地提供了水胶比和胶材强度这两个决定混凝土强度的可变量，相当于二元联立方程式，就此，不仅可以通过改变水胶比来调控强度，还可以现实可行地改变胶凝材料组成和性能来调控强度，这有可能形成现代混凝土新的设计和生产模式。当然，若用改变胶材组成来改变强度，规程的胶材强度算式是不足取用的，好在商品混凝土企业不难通过系统实验，精准把握使用材料的胶材组成与其胶砂强度 ƒb的函数关系，或者在既定的水胶比和胶材组成与混凝土强度之间的对应关系。若问这样做法有何意义？不妨设想从混凝土的组成结构和基本性能考虑，多半会存在最佳胶材浆体体积、最佳水胶比之类的规律、守则，既然可灵活变动 ƒb来实现 ƒcu,0，就无须让 W/B作为主动变量，为了 ƒcu,0变化无常了。

另外，减水剂的应用彻底结束了靠用水量调控混凝土流动性（工作性）的模式，消除了锻炼周纳出的所谓“需水性定则”存在和使用的实用意义，虽然 JGJ55—2011 规程中5.2“用水量和外加剂用量”一节还在做纸上文章，实际设计和生产中都是凭经验和试验处置的。当前的实际问题是用水量在与流动性（工作性）脱钩后该如何选用有些“进退失据”，需要用新认识、新思路、新章法来解决。这和上述水胶比选用问题相关联，还有其他基本面上的问题，需要统筹全局的创新思维作全盘处理。

还有现代混凝土改变着规程中一条重要但似乎平常的规则，那就是在通常也就是 5.0 到 10.0、16.0、20.0、31.5、40.0mm 的石子颗粒级配范围内，应力求选用最大公称粒径尽可能大些的连续级配，理由主要是这样会使石子堆积的孔隙率最小。构成规程的用水量表和砂率选用表都是按石子最大公称粒径厘定出来的，可见这条规则也是非同小可的。但是，碰上现代混凝土的高强混凝土和泵送混凝土、自密实混凝土，其他更强硬的理由立马就打破了这条规则，向减小石子最大粒径的方向走去，原来的那些陈说也就缄口噤声了。这种变化，固然是特殊的“机制”使然，表现现代混凝土颠覆旧规程的规定、定式，则彰显无遗。

综上所述，水灰比定则被实质性地改动，具有全新的内涵，用法也必定要有创新；需水性定则以及其他规则的作用在有限范畴内尚可留存，在更广大范畴已名存实亡；旧设计规程其实完全无力指导（更别说是规范）掺合料和外加剂（减水剂）正确有效的使用，因为它不具备统筹规划现代混凝土的组成、结构和性能关系的科学认识和合理策划的新思维体系；沿用旧规程的老套路弄出来的，就是目前广被诟病的、易开裂的大流动性混凝土之类的商品混凝土产品，这是皮相上采用了掺合料和外加剂（减水剂），但骨子里遵守传统混凝土的法则设计出的产品，出现性能不良问题是容易理解的。

总之，减水剂造就出现代混凝土的技术现实。现代混凝土与传统混凝土处在不同的技术层次上，现代混凝土对传统混凝土的技术体系现状有全面的突破和改变，不只是具体事项上的参差抵牾，更是技术层次上的全盘变革，从这个角度看，减水剂颠覆了传统混凝土。笔者认为，这就是广义地看待减水剂的应用对使用水灰比定则的影响的课题所应该持有的开阔的认识。

四

狭义地看待减水剂的应用对使用水灰比定则的影响，那就是注目于在水胶比定则的强度公式中是否和如何引入反应减水剂的作用的函数关系。这次讨论中不少人是直奔这个狭义话题而言，意见显然分为两种，一种意见认为无须设置反应减水剂作用的专门的“参数”，另一种意见认为必须有所设置，但如何设置？设置成什么样子？则未有详论。这里孰是孰非？！

笔者 8 年前在几个商品混凝土企业以及外加剂企业工作数年，使用全计算法做混凝土配比的系列化和系统性的设计，效果甚好。但是，从实践中发现了与减水剂（超塑化剂、泵送剂）使用有关的两大偏差需要克服。当时通过系列化及补充实验解决了生产应用问题，但限于研究试验条件，强度偏差问题虽确定为存在，但并未能给予妥善的“解决”，直到如今。

全计算法有经验公式，计算超塑化剂掺量与混凝土坍落度增幅的对应关系，其思路与规程推定用水量再按减水率折减的方法基本相同，异曲同工。但计算结果经常出现偏差，经试验研究查明，偏差原因主要来自两个方面，一是各企业所用碎石通常都不符合规程要求，使规程 75～90mm “标准”坍落度的需水量查表值与实际值经常严重偏离，二是各企业所用超塑化剂的减水效率系数值失准，这些基本数值的失控当然使公式计算结果偏差。不过，这两种偏差原因在既定的企业大致是既定的，有系统误差的性质，用两三组平行的对比试验解联立方程式，就可以把基准数据的“真值”求解出来，再带入公式中，公式就能算得较准确了。另外，凭经验由偏差的坍落度测试结果调整超塑化剂掺量，也是很切实有效的。像用试验的方法确定合适的砂率一样，用试验调整的方法确定实现坍落度要求的超塑化剂掺量，笔者是认可的。全计算法超塑化剂掺量计算的问题如上述就算解决了。

真正的问题出在强度上。当初，对减水剂的使用效果，笔者也是相信通行的观点的，即如《土木工程材料》教材所言：“减水剂的使用效果：（1）维持用水量和水灰比不变的条件下，可增大混凝土拌合物的流动性；（2）在维持拌合物流动性和水泥用量不变的条件下，可减少用水量，从而降低了水灰比，可提高混凝土强度；（3）显著改善了混凝土的孔结构，提高了密实度，从而可提高混凝土的耐久性；（4）保持流动性及水灰比不变的条件下，在减少用水量的同时，相应减少了水泥用量，即节约了水泥。此外，减水剂的加入还有减少混凝土拌合物泌水、离析现象；延缓拌合物的凝结时间和降低水化放热速度等效果”。当时，也曾想过，在同一减水剂的作用机理下，割裂成减水、增坍、增强、节约水泥的不同效果说事，似乎有点形而上学，但没有深想下去。反倒是误会了如此说法中减水剂降低水灰比提高强度的语意，理解成了减水剂需要或只能通过降低水灰比才能体现增强作用，从这次讨论中可以看出，大多数人恐怕迄今仍然秉持着这种理解。

在全计算法的强度设计中，应该承认，也没有认识到减水剂（超塑化剂）“独立具有”增强作用，也是以为要借助于降低水灰比来提高强度的，所以从 JGJ55—2000 规程中照搬其水灰比强度公式来借用，未考虑还须引入采用减水剂（超塑化剂）的“修正”项。这和当前 JGJ55—2011 的认识并无区别，都有片面性的错误。不过，由于笔者从不认同超掺系数的做法，不去计算胶材的强度，而直接诉诸试验结果，又是利用计算法模版进行系列化和系统化的设计试配，所以，倒也无碍于取得使用的生产设计方案，虽然有时也怀疑“系统性偏差”甚大有何缘故，也都从别的方面去找原因了。

直到有次在某企业，为了选用性价比高的超塑化剂，进行了一系列对比试验，用同一个未掺塑化剂的基准混凝土配合比，分别掺加不同厂家、品牌的超塑化剂，调整掺量使混凝土达到相同的初始坍落度，测定试样坍落度，测定试样坍落度经时损失和强度结果。结果发现，所用十多种超塑化剂，不但增坍和保坍性能有差别，抗压强度结果也有很大差异，与 C30 基准混凝土强度相比，除包含引气成分的超塑化剂使强度大体持平外，各种超塑化剂都使强度有不同程度的提高。有种减水剂型的保坍性能较差，却使强度明显增长三个强度等级还多点，使笔者大受震撼。其它几种各厂产品，使强度增长一、二个强度等级不等。重复进行类似试验，扩大变动掺量（水灰比不变，坍落度有变）的试验，一再证实上述情况的存在。

总结实验结果，笔者的意见是：

（1）只要超塑化剂掺用到一定的量以上，就会明显影响混凝土的强度，而不论水灰比有无改变。由于超塑化剂都是复合型的或复配成的（萘系高效减水剂本身就是萘磺酸盐甲醛缩合物和 Na2SO4并存的，加缓凝剂等复配的超塑化剂更是复合的剂型），对强度的影响可以有很大差异，减水成分、早强成分（Na2SO4、三乙醇胺等等）有明显增强效果，缓凝成分、引气成分则会降低强度、减少主体成分的增强幅度。

（2）增强效应与超塑化剂的掺用量也有正相关关系，但有上限，似乎与超塑化剂的有效用量范围是同一机理。对比而言，超塑化剂的品种差异对混凝土的增强效应是首位的，掺量增减的增强效应是第二位的。

（3）减水剂的增强效应从机制上说主要是改善混凝土的孔结构，提高密实度。水灰比是通过孔隙率与强度相瓜葛。使用超塑化剂时若降低水灰比，那是叠加上了降低孔隙率而增强的因素，是额外的增强效果，由于水灰比的变化范围不小，额外的增强效果也有可能更突显些。

笔者的上述意见，本应该用试验数据来论证的，可惜当时的试验总结报告丢失了，也没能再做实验，所以一直没撰文论说。但这些试验是很容易组织实施的，笔者希望一般商品混凝土企业的实验室都做些试验来验证笔者所说事项的真伪。非常高兴这次讨论中巩建飞在短文中给出了一组数据，说明：

（1）在水胶比及胶凝材料一定的前提下，掺外加剂混凝土强度比空白混凝土强度有所提高。

（2）在水胶比和胶凝材料一定的前提下，外加剂掺量在一定范围内变化对掺外加剂混凝土强度影响较小。部分证实了笔者的论述。

说也凑巧，就在讨论进行时，厦门建科院彭军芝寄来了稿件《不同减水剂种类对混凝土收缩的影响研究》，该文发表在《商品混凝土》第 5 期 P19～21。该文试验了第一、二、三代减水剂共 10 种样品，混凝土固定水胶比 0.4，固定试验配比（水泥∶粉煤灰∶水∶砂∶石=5.10∶0.90∶2.40∶11.25∶16.05），属于正常材料的常规配合比，按规程进行混凝土性能测试，所得减水剂对混凝土工作性能和力学性能的影响结果汇总如下附表。

结果显示，应用不同品种减水剂增大工作度，大致达到泵送坍落度水平，混凝土的 28d 抗压强度参差不齐，最大与最小差别二个等级强度（10MPa）还多，3d 抗压强度差别更悬殊，最大与最小相差一倍还多，达 20MPa。可惜该实验缺了未掺减水剂的基准（空白）混凝土的性能测试数据，否则定能更多地验证笔者的上述定性认识。笔者亟盼能有人进行系统性的对比试验研究，来得出有关的定性和定量结论，试验并不难做，但实验方案要缜密、周全。

附表减水剂对混凝土工作性能和力学性能的影响

从这次讨论中可知，虽然只有巩建飞这样明确提出了“在水胶比和胶材一定的前提下，减水剂的掺加就会明显提高混凝土强度，而掺量的影响相对较小”的认识，与笔者的认识不谋而合，但其它一些人似乎也是“若有所知”的，因此，提出尚须在强度公式中引入反映减水剂影响的参数的意见。至于如何正确反映？有人认为可纳入胶材强度中，即将胶材和减水剂组合，作为一种新型改性胶材来看待；有人认为可把减水剂所产生的强度值作为一个回归系数在水灰比强度公式中运算，或者说水灰比和减水剂同时决定混凝土强度，是平行的二元化概念。这些设想都是有道理的，鉴于问题的复杂性，或许需要综合性的处置方法，取决于必须开展系统性的试验研究所获得的规律性的认知。

笔者认为，实验研究中必须处理好两个关键性课题：其一是减水剂的作用和水灰比因素的作用，既是相互独立又是可以叠加的，如何剖分或结合两者的影响？！目前从原理机制到实验数据都尚难提供明白无误的设想来论断，须缜密慎重；其二是减水剂的使用形态不同。超塑化剂、泵送剂等等，都是复合型产品，是减水剂作用、保坍剂作用、缓凝剂作用、增强剂作用、引气剂等的不同组合，如何分别地和综合地考虑有关成分和作用的影响，十分复杂又无可回避，只能通过精细组织的试验研究，得出条分缕析的科学结论来，再酌情处理。

笔者强烈呼吁混凝土规程制订部门尽快组织实施减水剂对混凝土强度影响的调查研究和试验研究工作，呼吁混凝土学术界和工程界先来审视和讨论这个课题的实际存在。

以上是笔者对“减水剂的应用对使用水灰比定则的影响”专题讨论一些意见的评述，以及自己的一些见解。信口放言，难免错讹。如有严重分歧意见。欢迎赐教笔者，据理指斥笔者信口雌黄，笔者必洗耳恭听。如有认同意见，亦盼赐稿呼应，共同把学术探讨和争议推向深入。

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[6] Ю. М. 布然诺夫著.龚洛书，柳春圃译.混凝土工艺学[M].北京：中国建筑工业出版社，1985 ,2.

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