混凝土是近百年來(lái)最通用最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)材料，由于其具有強(qiáng)度高、耐久性好、來(lái)源廣泛的特點(diǎn),一直得到人們的喜愛(ài)和應(yīng)用。但是，隨著水泥生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步和材料應(yīng)用的不斷擴(kuò)展,現(xiàn)代混凝土的應(yīng)用反而越來(lái)越讓人感到缺乏自信，雖然強(qiáng)度越來(lái)越高，應(yīng)用越來(lái)越廣，但其耐久性越來(lái)越差和裂縫越來(lái)越多已成為不爭(zhēng)的事實(shí)，導(dǎo)致當(dāng)前質(zhì)量問(wèn)題隨處可見(jiàn)，質(zhì)量事故接二連三，如長(zhǎng)此以往，質(zhì)量隱患令人擔(dān)憂(yōu)，質(zhì)量事故還將持續(xù)。經(jīng)多年的工程實(shí)踐及對(duì)比分析，筆者認(rèn)為，是到該用邏輯推理來(lái)重新還原早已讓人們記憶模糊了的早期混凝土的本構(gòu)關(guān)系的時(shí)候了。

       有一定生活閱歷并留心觀察混凝土結(jié)構(gòu)的人都會(huì)提出這樣一個(gè)問(wèn)題，為什么國(guó)內(nèi)早期的混凝土結(jié)構(gòu)問(wèn)題較少，而現(xiàn)在的混凝土結(jié)構(gòu)問(wèn)題較多？為什么早期他國(guó)在我國(guó)建造的構(gòu)筑物近百年仍堅(jiān)固耐用？要回答這一問(wèn)題，必須從混凝土最核心的材料——水泥的本構(gòu)關(guān)系，也同樣是混凝土的本構(gòu)關(guān)系說(shuō)起。

       近二百年來(lái)，隨著社會(huì)需求的不斷擴(kuò)展和水泥生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步，水泥產(chǎn)品一直是朝著顆粒粒徑越磨越小、強(qiáng)度越來(lái)越高的方向在發(fā)展。據(jù)1897年日本小樽港建設(shè)的文獻(xiàn)資料記載，當(dāng)年使用的水泥是200微米方孔篩篩余量小于10%,而當(dāng)前我們所使用的水泥是80微米方孔篩篩余量小于10%，兩者對(duì)比可見(jiàn)，當(dāng)前的水泥平均顆粒粒徑比百年前的水泥平均顆粒粒徑要小得多，且不是一個(gè)數(shù)量級(jí)。經(jīng)筆者研究分析，正是因?yàn)檫@一級(jí)差，使現(xiàn)有水泥的本構(gòu)關(guān)系與早期水泥的本構(gòu)關(guān)系相比發(fā)生了根本性的變化，從而導(dǎo)致現(xiàn)有混凝土強(qiáng)度的持續(xù)性逐年下降，裂縫越來(lái)越多，耐久性越來(lái)越差，質(zhì)量事故頻發(fā)也就成為必然。下面，我們通過(guò)相關(guān)的數(shù)據(jù)對(duì)比來(lái)進(jìn)一步闡述不同時(shí)期水泥的本構(gòu)關(guān)系，并據(jù)此分析不同的本構(gòu)關(guān)系對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)帶來(lái)的不同影響。

       一百多年前，日本小樽港的建設(shè)者為了尋找混凝土強(qiáng)度的長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)律，他們做了一件到目前為止仍前無(wú)古人后無(wú)來(lái)者之事，也正因?yàn)榇�，小樽港已成為世界許多混凝土專(zhuān)家朝圣的“圣地”。在建設(shè)初期，他們就制作了六萬(wàn)多個(gè)試件，分別存放在海水中、淡水中和大氣的自然環(huán)境中讓其自然老化，并每年定期取出部分試件進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)，整個(gè)過(guò)程持續(xù)長(zhǎng)達(dá)百年并獲取百年的強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律,為后人留下了極其寶貴的科學(xué)數(shù)據(jù)。

       其發(fā)展規(guī)律表明，百年前的水泥,無(wú)論是在上述哪種自然環(huán)境中，相對(duì)于28天強(qiáng)度而言，混凝土后期強(qiáng)度都有近100%左右的增長(zhǎng)，強(qiáng)度的最高值出現(xiàn)在存放期35年左右，之后強(qiáng)度逐年下降，至存放期95年混凝土強(qiáng)度仍高于原28天強(qiáng)度約20%，據(jù)此，混凝土具有百年以上壽命也就成為不爭(zhēng)的事實(shí)，這也就是筆者定義的早期混凝土最具說(shuō)服力的長(zhǎng)期強(qiáng)度發(fā)展本構(gòu)關(guān)系。這種本構(gòu)關(guān)系不僅影響了我們兩代人，也實(shí)實(shí)在在的害了我們兩代人。因?yàn)閹资�年�?lái)，我們都是想當(dāng)然的依據(jù)這種本構(gòu)關(guān)系來(lái)制定相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)施工的，而未考慮隨著水泥生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步，特別是水泥磨得更細(xì)以后，混凝土強(qiáng)度發(fā)展的本構(gòu)關(guān)系已發(fā)生了根本性的變化。也就是說(shuō)，百年前水泥配制的混凝土，28天水化反應(yīng)后，其自身內(nèi)部仍蘊(yùn)含有100%的強(qiáng)度增長(zhǎng)儲(chǔ)備，這部分強(qiáng)度儲(chǔ)備極具自我修復(fù)自我完善和強(qiáng)身健體的功能,所以，耐久性非常好。而當(dāng)前水泥配制的混凝土，由于水泥過(guò)細(xì)，28天水化反應(yīng)已基本完成，混凝土自身內(nèi)部的強(qiáng)度增長(zhǎng)儲(chǔ)備已不復(fù)存在，所以，其自我修復(fù)自我完善和強(qiáng)身健體的功能也就完全喪失，耐久性差也就成為必然。這就是用兩個(gè)不同時(shí)期水泥配制的混凝土，因本構(gòu)關(guān)系的不同而得出兩個(gè)截然不同的結(jié)果。

       為了進(jìn)一步說(shuō)明此問(wèn)題，在此引用日本海洋工程研究所的相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。上世紀(jì)中葉，為了與小樽港的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，日本海洋工程研究所用當(dāng)時(shí)比表面積下限為250㎡/㎏的水泥進(jìn)行混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)，并在海洋性氣候環(huán)境條件下存放。其最終結(jié)論是，混凝土存放5年強(qiáng)度達(dá)到最高，增長(zhǎng)約40%，然后逐年下降，至10年甚至低于原來(lái)的28天強(qiáng)度。

       由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比可見(jiàn)，水泥顆粒粒徑的大小對(duì)混凝土強(qiáng)度的長(zhǎng)期發(fā)展起著決定性的作用，水泥顆粒粒徑越大，強(qiáng)度增長(zhǎng)的幅度也就越大，持續(xù)增長(zhǎng)的時(shí)間也就越長(zhǎng)，耐久性也就越好，否則反之。近些年國(guó)內(nèi)許多橋梁、高架橋事故多發(fā)生在使用期滿(mǎn)10年這一關(guān)鍵的時(shí)間節(jié)點(diǎn)之后也就不足為奇，因?yàn)橐援?dāng)時(shí)的水泥標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的水泥配制混凝土，如采用同理推定法，10年后的混凝土強(qiáng)度已自然下降至28天強(qiáng)度值以下，更何況國(guó)內(nèi)水泥標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)日本水泥標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō)，對(duì)水泥顆粒粒徑的要求更細(xì)，故其時(shí)間節(jié)點(diǎn)必將相對(duì)提前，后果也將會(huì)更加嚴(yán)重。

眾所周知，水泥主要是由四大礦物成分組成，其含量最高、對(duì)強(qiáng)度貢獻(xiàn)最大的是硅酸三鈣，而硅酸三鈣28天的水化深度是10微米，其水化速度在四大礦物中屬中間值，以當(dāng)前硅酸鹽水泥平均顆粒粒徑40微米計(jì)，如按水化最不利的球形體計(jì)算，28天水化反應(yīng)已完成近90%，由此也進(jìn)一步說(shuō)明，用當(dāng)前水泥配制的混凝土，28天后強(qiáng)度幾乎沒(méi)有多少增長(zhǎng)的余地，相比早期水泥而言，耐久性差也就成為必然。

       當(dāng)前，業(yè)內(nèi)有一種觀點(diǎn)很流行，也很有市場(chǎng)，認(rèn)為混凝土中因摻加了大量的礦物摻合料，使二次水化得以持續(xù)，確保了混凝土后期強(qiáng)度仍有較大幅度的增長(zhǎng)，耐久性得到進(jìn)一步的增強(qiáng)，而相應(yīng)的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)也允許按60天或90天進(jìn)行強(qiáng)度評(píng)定。對(duì)于這一問(wèn)題，筆者有不同的看法。

       首先，礦物摻合料的二次水化必須是以硅酸鹽水泥水化反應(yīng)能產(chǎn)生足夠的氫氧化鈣為前提，沒(méi)有這個(gè)前提，二次水化將成無(wú)源之水，無(wú)本之木。而硅酸鹽水泥水化后到底能生成多少氫氧化鈣？礦物摻合料的二次水化又需要多少氫氧化鈣？對(duì)于這些問(wèn)題，目前理論研究還沒(méi)有準(zhǔn)確的說(shuō)法，也談不上法理依據(jù)，更沒(méi)有長(zhǎng)期耐久性試驗(yàn)成果的支撐。如將工程結(jié)構(gòu)置于諸多邏輯關(guān)系均未完全確定的前提下應(yīng)用，其安全隱患無(wú)疑是顯而易見(jiàn)的，當(dāng)前，施工現(xiàn)場(chǎng)大量的工程質(zhì)量問(wèn)題不也充分證明了這一點(diǎn)嗎？

       其次，由于當(dāng)前的硅酸鹽水泥過(guò)細(xì)，28天的水化反應(yīng)已基本完成，相應(yīng)生成的氫氧化鈣總量也已基本產(chǎn)生，雖礦物摻合料的二次水化反應(yīng)在邏輯上會(huì)相對(duì)滯后，但整體膠凝材料的水化反應(yīng)都是在相互混合疊加的進(jìn)行中接近尾聲，除非水泥顆粒較粗，28天后水化繼續(xù)進(jìn)行并提供更多的氫氧化鈣。所以，從總體上講，期盼通過(guò)摻加礦物摻合料來(lái)大幅提高混凝土后期強(qiáng)度并增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性幾乎是不可能的。

      第三，混凝土28天強(qiáng)度是特征強(qiáng)度，并非恒定值，故在標(biāo)養(yǎng)條件下，常用混凝土28天后的強(qiáng)度都在增長(zhǎng)，并非僅摻加礦物摻合料的混凝土強(qiáng)度在增長(zhǎng)，只是增長(zhǎng)的幅度會(huì)有差異。如若后者增長(zhǎng)的幅度沒(méi)有較前者大幅提高，采用60天或90天進(jìn)行強(qiáng)度評(píng)定是否合適那是值得商榷的，因?yàn)樘崆巴钢Я嘶炷�土自身固有的�?shù)量有限的那一部分強(qiáng)度儲(chǔ)備，對(duì)結(jié)構(gòu)的使用安全不利。另外，筆者也做過(guò)實(shí)體結(jié)構(gòu)的鉆芯取樣檢測(cè)對(duì)比，其結(jié)果并不能證明大摻量礦物摻合料混凝土28天后的強(qiáng)度仍有較大幅度的增長(zhǎng)。

       由上述分析可知，因本構(gòu)關(guān)系的變化所帶來(lái)的質(zhì)量問(wèn)題已經(jīng)不是局部的、個(gè)別的現(xiàn)象，而是帶全局性的、系統(tǒng)性的質(zhì)量問(wèn)題。要想徹底解決這些問(wèn)題，必須從頂層設(shè)計(jì)抓起，全面協(xié)調(diào)促進(jìn)相關(guān)行業(yè)思想觀念的徹底轉(zhuǎn)變，僅靠某個(gè)單位或個(gè)人是難以解決系統(tǒng)性問(wèn)題的。另外，當(dāng)今社情，無(wú)論是哪個(gè)單位、哪個(gè)部門(mén)、哪個(gè)人，都有非常強(qiáng)烈的自我保護(hù)意識(shí)，認(rèn)可本構(gòu)關(guān)系的變化，在某種意義上講，就意味著否定過(guò)去的許多努力和研究成果，也是否定自己，其難度和阻力可想而知。

       我們常用“知恥而后勇”來(lái)育人，如落到頭上，常常是避而不談。但是,要?jiǎng)?chuàng)新要發(fā)展，必須首先知恥、談恥，正如金一南將軍所言，不對(duì)恥進(jìn)行艱難、沉重的思索，就不可能期盼勇會(huì)來(lái)得更加猛烈、更加持久、更加高效。那么，我們到底恥在哪？筆者才疏學(xué)淺，看是否能從以下三個(gè)方面來(lái)分析，不妥之處，懇請(qǐng)指正。

       第一，當(dāng)前的通用硅酸鹽水泥，由于比表面積下限定得過(guò)高，上限又不封頂，水泥過(guò)細(xì)已成為現(xiàn)實(shí)，從而導(dǎo)致混凝土28天后的強(qiáng)度幾乎沒(méi)有多少增長(zhǎng)的余地，耐久性差也就成為必然。從上述的本構(gòu)關(guān)系分析可知，當(dāng)前的水泥與早期的水泥相比，已發(fā)生了根本性的變化，混凝土強(qiáng)度的發(fā)展趨勢(shì)，已由短期的上升轉(zhuǎn)為長(zhǎng)期下降，并非長(zhǎng)期上升。據(jù)理推定，許多質(zhì)量事故，特別是受自然環(huán)境影響較大的橋梁和高架橋，多是因混凝土強(qiáng)度的長(zhǎng)期下降而突然發(fā)生，并非純施工質(zhì)量問(wèn)題�？墒�，在以往的事故鑒定中，又有哪一起事故是從水泥這一最核心并取決定性作用的材料去分析和查找原因的呢？因此，事故的真相往往是因查出了幾個(gè)沒(méi)有必然聯(lián)系的腐敗分子而被忽視和掩蓋。如不承認(rèn)這個(gè)現(xiàn)實(shí)，不調(diào)整相應(yīng)的水泥標(biāo)準(zhǔn)，不將混凝土強(qiáng)度的長(zhǎng)期發(fā)展趨勢(shì)及有效強(qiáng)度持續(xù)期明明白白地在規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中加以表述，事故頻發(fā)還將持續(xù)。

       第二，設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)使用年限的要求是有明確界定的，但其相應(yīng)對(duì)混凝土耐久性的要求也僅限于無(wú)足輕重的最低強(qiáng)度等級(jí)、最大水膠比、最小膠凝材料用量等，對(duì)如何確�；炷�土在其使用年限內(nèi)強(qiáng)度不降低缺乏必要的相應(yīng)條款，而目前的水泥標(biāo)準(zhǔn)對(duì)混凝土強(qiáng)度的長(zhǎng)期發(fā)展又不能提供足夠的信任和保障，僅保護(hù)鋼筋而不保護(hù)混凝土，這是規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)間的盲區(qū)，導(dǎo)致那些沒(méi)有任何防護(hù)措施的露天結(jié)構(gòu)混凝土,因強(qiáng)度的自然下降而引發(fā)質(zhì)量問(wèn)題和事故也就不可避免。這同樣是因水泥的本構(gòu)關(guān)系已發(fā)生了根本性的變化，而相應(yīng)的混凝土規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)能“與時(shí)俱進(jìn)”導(dǎo)致的后果。

       第三，當(dāng)對(duì)混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生懷疑或是發(fā)生工程質(zhì)量事故后,通常都是采用鉆芯取樣的檢測(cè)技術(shù)規(guī)程進(jìn)行強(qiáng)度評(píng)判。國(guó)家設(shè)計(jì)規(guī)范、施工驗(yàn)收規(guī)范都明確規(guī)定，標(biāo)養(yǎng)試件強(qiáng)度與實(shí)際結(jié)構(gòu)強(qiáng)度之間存在0.88的換算關(guān)系，這一換算關(guān)系美國(guó)和德國(guó)取0.85，丹麥取0.90，挪威取0.70。也就是說(shuō)，許多國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)都認(rèn)為兩者之間由于工作環(huán)境和養(yǎng)護(hù)條件存在明顯差異，需要進(jìn)行換算，所不同的是取值不一�？墒�，國(guó)內(nèi)現(xiàn)行的通用檢測(cè)技術(shù)規(guī)程卻認(rèn)為不存在這一差異，不能進(jìn)行換算，由此導(dǎo)致檢測(cè)技術(shù)規(guī)程高于國(guó)家驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)13.6%。其依據(jù)就是相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)及混凝土已非28天強(qiáng)度，需將后期增長(zhǎng)的強(qiáng)度給予扣除，還原28天強(qiáng)度。鑒于當(dāng)前水泥28天后強(qiáng)度幾乎沒(méi)有多少增長(zhǎng)的余地，如采用此規(guī)程對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)而常常出現(xiàn)不合格的現(xiàn)象也就不足為奇，大量的施工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)也都充分證明了這一點(diǎn)。

       另外,對(duì)于那些使用期超過(guò)10年且設(shè)計(jì)沒(méi)有對(duì)混凝土表面采取任何保護(hù)措施的露天結(jié)構(gòu)，由于混凝土強(qiáng)度的自然下降,一旦事故發(fā)生而采用此規(guī)程進(jìn)行判定，在上述雙重不科學(xué)不合理因素的作用下，企業(yè)及個(gè)人承擔(dān)不該承擔(dān)的法律責(zé)任也就成為可能,冤案的出現(xiàn)也就難以避免。而更為可悲的是,事故的真正原因被不協(xié)調(diào)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)所掩蓋而無(wú)法起到有效的警示作用，嚴(yán)重影響了當(dāng)前混凝土技術(shù)和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)發(fā)展、協(xié)調(diào)發(fā)展。

       眾所周知，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是合適的,但是,當(dāng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作為質(zhì)量問(wèn)題和質(zhì)量事故最終評(píng)判的法律依據(jù)時(shí)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，那是有悖公理的。（待續(xù)）