傳統混凝土由水泥、砂子、石子和水組成。由于九十年代末市場上各水泥品質參差不齊的狀況，建築工程設計和驗收标準或規範對混凝土作了最低水泥用量的下限要求(≥300kg/單方混凝土)，以便從源頭上确保混凝土結構工程的質量安全。近十年來，我國水泥工業進行了全面的現代化改造，擁有規模化、現代化新型幹法先進工藝技術水泥生産線的企業取代了各種立窯和小旋窯水泥廠。現代水泥的均質性好、更細，早期強度更高。另外，水泥标準也相應進行了升級修改，例如:《通用矽酸鹽水泥》(GB175－2007)取消了普通矽酸鹽水泥P·O32.5的低強度等級産品，促進了P·O42.5較高強度等級的普通矽酸鹽水泥在結構工程上的廣泛應用。現代新型幹法水泥和高性能減水劑的普遍使用，使工程應用的混凝土配制強度可以向更高等級發展(C80～C100)。但是由于水泥粒徑更細和早強高，導緻混凝土出現水化熱高、脆性大和易收縮開裂等隐患，如果仍然使用原有的最低水泥用量，這些隐患有增大的趨勢。所以現代混凝土技術發展的關鍵有二:一是使用有水化活性的礦物摻合料(粉煤灰、礦粉)取代部份水泥，在保證或提升28d強度的前提下，降低混凝土的水化放熱，改善脆性和延展性，減少開裂，提高緻密性和耐久性;二是使用高效或高性能減水劑降低混凝土制備時的水膠比。故現代混凝土應由水泥、礦物摻合料、砂子、石子、水和外加劑等6項組分組成。

1建築工程用相關标準規範對最低水泥用量的限定

由

表1可見，在11個工程标準和規範中，2008年以後修訂的《普通混凝土配合比設計規程》(JGJ55－2011)、《混凝土結構耐久性設計規範》(GB/T50476－2008)、《混凝土結構設計規範》(GB50010－2010)、《補償收縮混凝土應用技術規程》(JGJT178－2009)、《大體積混凝土施工規範》(GB50496－2009)、《混凝土泵送施工技術規程》(JGJ/T10－201x)等6個規範已接受了現代混凝土技術進步的成果，認同由水泥和礦物摻合料組成膠凝材料的概念，不再單獨對最低水泥用量設限，而是對混凝土中最低膠凝材料用量(≥300kg/m3)和礦物摻合料其總量中的比例(≤50%)設限。但是，《地下防水工程質量驗收規範》(GB50208－2011)和《建築工程冬季施工規程》(JGJ/T104－2011)仍然對最低水泥用量分别有(≥260kg/m3和≥280kg/m3)限定。對礦物摻合料改善混凝土性能的技術效果，早在工程規範《混凝土礦物摻合料應用技術規程》(DBJT01－64－2002)中就得到了體現，其對地下、水下混凝土設限的水泥用量為≥150kg/m3，其餘為不超過總膠材50%的礦物摻合料。

2最低水泥用量的合理設限依據

2.1水化機理從水化硬化機理看，混凝土的水泥熟料礦物水化硬化生成凝膠狀水化矽酸鈣和結晶狀水化鋁(鐵)酸鈣、水化硫鋁酸。鈣和氫氧化鈣等，晶狀水化産物彼此搭接成網架，形成早期強度;凝膠狀的水化矽酸鈣填充網架空隙，形成後期強度的發展。在此，約20%的塊狀水化産物——氫氧化鈣不但自身膠結性差，而且妨礙凝膠狀水化産物與砂石骨料界面的粘結。礦粉和粉煤灰等礦物摻合料水化硬化相對滞後，并與矽酸鹽水泥熟料礦物水化生成的氫氧化鈣反應，繼續生成膠結強度好的低鈣矽比水化矽酸鈣凝膠，且不斷填充空隙，減少塊狀氫氧化鈣量，使混凝土膠結相越來越緻密，強度也随之增長，即二次水化和填充效應。礦物摻合料的水化硬化使混凝土内部組成和微結構改善，漿骨界面區優化，連通孔被密閉和細化，顯著提高了混凝土的耐久性。另外，由于礦物摻合料在混凝土中取代了部分水泥，水化熱造成的溫差裂紋等減少，也提高了混凝土的耐久性。因此，僅從水化硬化理論而言，适量使用礦物摻合料對混凝土28d及以後的強度增長是有益的，其緻密性和耐久性的提高更加顯著。但是，實現這一功效的前提是必須有足夠量矽酸鹽水泥熟料的存在。2.2抗碳化性能顯然，混凝土中礦物摻合料越多，相應的矽酸鹽水泥熟料量越少。表2是混凝土毛細孔中液相Ca(OH)2濃度的理論估算。由表2可見，當礦物摻和料為50%時，混凝土空隙中液相氫氧化鈣Ca(OH)2濃度約為100g/L，大于Ca(OH)2的飽和濃度(12.7g/L，pH＞12.7);當礦物摻和料達到60%時，由于其水化消耗的Ca(OH)2量大于矽酸鹽水泥熟料礦物水化生成的Ca(OH)2量，導緻混凝土毛細孔液相中Ca(OH)2濃度大幅降低至零，低于Ca(OH)2的飽和濃度(12.7g/L，pH＞12.7)，鋼筋表面的鈍化膜消失或減薄，碳化和鋼筋鏽蝕加速。故混凝土中礦物摻合料用量不應超出50%的上限。

2.3冬季施工冬季施工中，混凝土盡快達到受凍臨界強度非常重要，也即混凝土早期強度發展要求高，故混凝土中的水泥應有最低用量限定。根據建築科學研究院的試驗結果，在普通矽酸鹽水泥用量大于220kg/m3(折合純熟料量～160kg/m3)的條件下，所制備的混凝土能夠達到《建築工程冬季施工規程》(JGJ/T104－2011)對臨界強度的要求。2.4最小水泥用量設限内容綜上所述，現代混凝土必須使用礦物摻合料才能改善、優化混凝土的各項現期和長期性能。摻合料能發揮有益效果的前提是必須有足量矽酸鹽水泥熟料礦物的水化産物生成。雖然目前的建築規範标準中對混凝土中水泥最低用量設限，但沒有對水泥的品種和強度等級設限。根據《通用矽酸鹽水泥》(GB175－2007)标準，不同品種的水泥含有的活性和非活性混合材的比例不同，折合成熟料含量相差很大，如不予以區别，即使對單方混凝土最低水泥用量設定，也不能保證混凝土有足夠的矽酸鹽水泥熟料含量。詳見表3。由此可見，如果使用符合通用水泥标準的P.S.A或P.S.B礦渣矽酸鹽水泥，即使單方混凝土水泥用量達到了300kg，其實際的熟料含量也就在150kg～240kg和90kg～150kg，并不能保證混凝土各項性能指标。如果使用P.O普通矽酸鹽水泥，即使單方混凝土水泥用量在225kg，其折合熟料量也在180kg/m3～215kg/m3，大量的工程實踐證明了此用量是适宜的。

3建議

(1)現有涉及混凝土的工程标準規範中設定最低水泥用量是必須的，但不科學、不合理，應該表述為最低矽酸鹽水泥熟料用量，當使用不同品種的水泥時，可以按《通用矽酸鹽水泥》(GB175－2007)标準中熟料組分含量的下限折算混凝土中的單方熟料用量。(2)在混凝土的工程标準規範後續修訂中，如能将最低水泥用量設定為最低矽酸鹽水泥熟料用量，一方面可為促進混凝土行業針對不同的結構工程要求，使用品質更加優良的P.I、P.Ⅱ矽酸鹽水泥打開通路;另一方面又能真正限制低品質或低強度等級水泥在混凝土中的大量使用(因其符合工程标準中最低水泥用量的要求)，從源頭上保證工程結構的質量安全。(3)在水泥标準的後續修訂中，應向食品行業學習，必須在産品外包裝上或散裝随車合格證中明确出廠水泥主要組分和添加組分的名稱和含量，以利用戶的合理使用。

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