我國長期持續的建設高潮，使混凝土的生產量越來越大，大量優質的天然資源和工業廢渣被用于生產水泥、礦物摻和料和砂石骨料。隨著自然資源逐漸枯竭，以及環境保護措施的不斷加強，天然資源的開采利用受到越來越多的限制，工業廢渣的供應也日漸緊張。此外，水泥生產技術的進步以及用戶的要求使水泥的品質也發生了很大變化，上游工業生產方式的改變使工業廢渣的品質發生變化，種種變化導致生產混凝土所用的原材料品質也發生了很大的變化。

混凝土結構性能和施工方式的改變使對于混凝土性能的要求也發生了變化。現在要求混凝土具有優良的流變性能，宜于超遠程超高層泵送；要求混凝土具有優良的力學性能，高強早強；要求混凝土具有優良的體積穩定性，不易開裂；要求混凝土具有優良的耐久性，能夠抵抗外界有害介質的侵蝕，具有較長使用壽命。混凝土生產企業則需要嚴格控制生產成本，不愿使用價高的優質原材料。

目前業主與施工企業對混凝土的抱怨主要集中在高流態混凝土的施工性能不好、開裂敏感性高的問題上。為了解決這個問題，一些行業主管部門試圖制定一些技術文件，規范混凝土原材料的品質，從而提高混凝土質量，降低結構開裂的風險。混凝土生產企業對于原材料現狀很無奈，只能采用不符合標準要求的原材料。為了控制混凝土生產成本，滿足結構驗收要求，市場上出現了各種各樣的新材料和技術，幫助混凝土生產企業解決難題。

本文試圖分析混凝土原材料品質變化的原因，討論基于現有原材料，生產高性能混凝土的途徑。

1、膠凝材料品質的變化

1.1 水泥品質的變化

自上世紀八十年代以來，硅酸鹽水泥的生產發生了革命性的變革。現在絕大多數硅酸鹽水泥熟料是用窯外分解窯燒成的，水泥則是由輥壓機-選粉機系統生產的，生產方式的改變導致水泥熟料礦物組成和水泥顆粒級配發生改變。現在轉速高的窯外分解窯能夠煅燒高飽和比高鋁氧率的生料，生產的熟料中C3S和C3A含量高，其熟料的強度高。水泥的粉磨系統效率高，提高粉磨細度并不需要額外增加很多電耗。輥壓機生產出的水泥顆粒均齊，粒度分布范圍小。

采用現在的水泥生產裝備，水泥廠生產高細度的高強早強水泥所產生的經濟效益比較好，因此一些大的水泥企業鼓吹取消低強度等級的水泥。由于水泥熟料強度高，生產P·O42.5普通硅酸鹽水泥時，適量超出標準允許的混合材摻加量，水泥的強度仍然能夠達標。目前標準并不強制檢查水泥中的混合材摻量，因此許多水泥廠生產的普通硅酸鹽水泥中的混合材都是超標的。當水泥廠生產P·O32.5復合硅酸鹽水泥時，通過提高水泥的細度，能夠更多地摻加混合材，從而降低水泥的生產成本。現行標準規定了四種允許的混合材。但是許多地方缺少足夠的合法的混合材資源，一些水泥廠就使用標準禁用的工業廢渣作為混合材。這些摻加非法混合材生產的水泥，其物理力學性能與合格的水泥沒有明顯差異，但其三民些重金屬和放射性元素的含量需要嚴格控制（否則會留下隱患），然而水泥廠和混凝土生產商大多不重視，或有意回避。

水泥組成和顆粒級配的變化導致其性能隨之發生變化。現在的水泥早期強度高，但長期強度增長率低，這種強度發展規律導致水泥的水化熱高，早期放熱速率大，開裂敏感性高。為了降低混凝土的溫升、減小開裂敏感性、改善耐久性，一些混凝土的技術規程和標準規定，配制混凝土所用水泥的C3A含量不得高于8%，比表面積不大于350m2/kg。有人提議，生產專用水泥來滿足某行業的特殊需求。雖然這些措施有科學根據，但在實際工程應用時不可操作。C3A含量是基于熟料化學組成計算出來的，誤差較大；水泥廠并不告訴用戶水泥中的混合材摻量，用戶無法得知水泥中C3A含量。因此規定水泥中的C3A含量限值沒有意義。

現代化的水泥生產線產能很大。為了控制水泥品質，提高生產效率，要求生產平穩進行，不可能為了某個特殊需求，而短暫改變生產工藝參數。小批量生產特殊的專用水泥，成本很高，建設方難于接受。如果建設專用水泥生產線，而水泥不能長途運輸，不能長期存儲，大量專用水泥不能及時在當地銷售，則水泥廠無法組織生產。云南曾建成年產180萬噸的道路水泥生產線，但因當地市場不接受這種水泥，終只能轉產普通硅酸鹽水泥，一些專門為道路水泥生產準備的工藝裝備和引進的生產技術都沒能夠發揮作用。

現在再想走回頭路，讓水泥廠生產較粗的水泥是不現實的。業主和施工方都要求加快施工速度，要求混凝土快凝早強。為了滿足這一要求，混凝土生產商也要求水泥具有高早強性能，而提高水泥細度是降低成本的技術途徑。業主不關心混凝土是否易于開裂，他們認為這是混凝土生產商應該解決的問題。在各方需求和經濟利益的驅使下，水泥的細度越來越高是不可逆轉的潮流。即使建工行業標準規定了水泥的細度上限，但水泥生產不受建工行業標準的束縛，建設項目只能使用水泥廠大量生產的高細度水泥。導致混凝土結構開裂，水泥只是一個影響因素。只要調整混凝土配合比，有效控制施工過程，是能夠消除高細度水泥的不利影響、制備不開裂的混凝土結構的。

1.2 礦物摻和料品質的變化

近年來，常用的礦物摻和料的品質也發生了很大變化。變化明顯的是粉煤灰。由于環保要求的提高和清潔空氣行動的開展，發電廠的煙氣需要經過脫硫脫硝后排放。而脫硫脫硝產生的廢渣部分被混進了粉煤灰，會影響粉煤灰的性能。由于優質粉煤灰的供應量減少，出現了經過粉磨處理的磨細粉煤灰。這種粉煤灰細度可以滿足應用要求，但球形顆粒量較少，粉煤灰特有的潤滑效應就減小了。因許多地區粉煤灰短缺，導致粉煤灰的品質不能得到保證，性能變化大，這給混凝土的穩定生產帶來一定的困難。

礦渣粉的品質也在下降。一些地區只有S75級礦渣粉供應，一些S95級礦渣粉的7d活性達不到標準要求。另外，也有高活性的超細礦渣粉供應，用于高強混凝土的生產。這種超細礦渣粉的水化熱甚至比普通硅酸鹽水泥還高。使用這種超細礦渣粉，不能降低混凝土的溫升，其開裂敏感性也高，需要特別引起注意。

廣義上來說，含有非晶態的硅鋁質組分的材料都可以作為礦物摻和料使用。現在各種各樣的固體工業廢渣都用于混凝土配制。使用這些新的礦物摻和料，混凝土的力學性能是可以滿足設計要求的，但是其長期性能還需要系統的研究工作來檢驗。尤其是一些重金屬的冶煉渣，需要關注其殘留的重金屬元素滲析特性，以及對人體健康的長期影響。在使用惰性礦物摻和料（如石灰石粉）配制混凝土時，要關注混凝土的長期強度增長率。如果混凝土的長期強度增長率低，則結構的安全系數就會降低。

2、骨料品質的變化

為了保護環境，砂石開采越來越受到限制，很多地方已經禁止開采山石和河砂。由于天然砂石來源逐漸減少，人工砂的供應不斷增加，導致混凝土的配合比和性能也發生了變化。

現在混凝土工業所使用的砂石原料，絕大多數都達不到標準要求的品質。粗骨料的級配不合理，空隙率高。細骨料的含泥量嚴重超標，級配不好，含石率高。許多中砂去除超徑顆粒后，其細度模數大大降低。使用這樣的骨料，混凝土的膠凝材料和減水劑用量必然會增加，導致和易性不好，工作性損失快，強度較低，對混凝土的各種性能都有不利影響。部分地區甚至使用風化程度較高的砂石，這對混凝土性能的不利影響就更大了。

沿海地區大量使用海砂。海砂如果清洗干凈，氯鹽含量得到嚴格控制，就是一種優質的原料。但是目前的問題是真正洗干凈的海砂不多。使用氯鹽含量超標的海砂會給鋼筋混凝土結構的耐久性帶來非常嚴重的危害。由氯鹽導致的鋼筋銹蝕一旦發生，結構物難于維修加固，終只能拆除，這將給國民經濟發展帶來很大的負面影響。

天然砂的供應越來越緊張，人工砂和尾礦砂的用量越來越多。尾礦砂的細度偏細，需要與天然砂搭配使用。目前市場供應的人工砂粒形較差，扁平狀顆粒較多；中間粒徑的含量較低，級配不合理；石粉含量高。這樣的人工砂質量較差。我國當前能夠生產高質量的人工砂，但成本較高，市場接受程度低。實際上，使用優質的人工砂石，雖然砂石成本高，但是可以減少膠凝材料用量，混凝土強度高，混凝土的總體成本并不高。阿聯酋使用四種單粒級的骨料，組成理想的級配曲線，在配制高強混凝土時，其膠凝材料用量比我國類似強度等級的混凝土少約100kg/m3，密度都在2450kg/m3以上。在2014年屆全國混凝土技能大賽上，使用