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        首先解釋一下這篇文章的題目。第一個問號表明，我未必把業已取得的變化，視為代表了混凝土技術已取得了顯著的進步。而第二個問號則表明，本文準備引起討論，而不只是對過去40年變化的簡單羅列。
（李慶蘭 摘譯自英國《CONCRETE》雜志 2004/Feb. P.52-54 顧耀臣校）
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        我也應該解釋一下為什么選擇40年這一個時間段。主要原因是，到1963年，能夠解釋清楚混凝土基本性能的許多科研工作都得到了證實，包括透水性、孔隙率、水化和強度、抗凍融性和一些化學侵蝕機理。對收縮、徐變和溫度效應都有了一個基本的認識。
        選擇1963年作為開始點的另外一個原因是我的書《混凝土性能》[1]是在這一年首次出版的。從這一版開始，到第二版、第三版和直到1995年的第四版，都能看到所發生的變化；2003年出版了第九版[2]。最近幾年混凝土的變化，及其在施工實踐中遇到的問題，在2003年出版的《內維爾論混凝土》[3]中都進行了討論。
? 波特蘭水泥
        1963年將波特蘭水泥分為五種基本類型：普通型、快硬型、低水化熱型、抗硫酸鹽型和（至少在美國的）改性型。從那時起，這種分類一直都很管用，但是，當使用者不明白這些類型不是相互排斥的，偶爾也會產生些問題。舉個例子，一些水泥可以同時既是普通型又是快硬型的、或既是普通型又是低水化熱型、或既是低水化熱型又是抗硫酸鹽型、或既是普通型又是抗硫酸鹽型。這可以解釋為：各種類型水泥規范所規定的最低或最高的物理性能，以及各種化學組分的含量。事實上，這些也只是可計算出的可能含量而已。
        盡管，近40年來，波特蘭水泥的基本類型一直沒有改變，但是，某些水泥的性能已經發生了重大的變化。大多數變化來自于新的水泥生產方法。這些新方法只需要較少的能源，并允許在窯內使用各種燃料，包括煤粉、油、天然氣、石油焦炭和舊輪胎。有些燃料中，含有更多的或許會溶解于水泥的，并在水泥水化反應中可以見到的硫酸鹽。這種溶解也與超塑化劑的作用有相關性。
        波特蘭水泥性能的其他一些變化，來自于水泥中堿的存在和超細研磨。也有一些是其化學組分相關的變化。總之，25年來生產的普通波特蘭水泥，與40年前生產的水泥相比，強度增長更快了。這帶來了商業利益：可以更早地拆模，從而加快了工程進度。然而，這導致了較短的有效養護期。
        那么，為什么水泥生產的改進，反而會帶來結構問題呢？多年來，混凝土的基本驗收標準仍是28天抗壓強度。采用“新型”水泥，要獲得與過去同樣強度的混凝土，所需要的水灰比則更大。因此，為了獲得同樣的工作性，承包者認為使用這樣的水灰比是合理的（即水泥用量少了）。顯然，這種混凝土要比使用老水泥混凝土更容易滲透，進而導致了較大的碳化和侵蝕性介質滲透的風險。
        產生這些問題，是因為設計者沒有意識到結構混凝土長期性能的劣化趨勢，尤其是耐久性，盡管規范一直沒有變化。
? 膠凝材料
        眾所周知，膠凝材料中的成分，已經發生了重大的變化。膠凝材料是指在混凝土拌合物中所含的具有水硬性，或具有潛在水硬性的無機微粉末。還包括那些化學性能上是惰性的，但對水泥強度有作用的具有物理特性的材料。
        在過去，滿足英國水泥標準的材料必需是純的，只能由水泥熟料、石膏和助磨劑制造而成。現在，歐洲標準，也包括英國標準，通常允許摻加一定比例的惰性填充料。
        此外，歐洲標準賦予了膠凝材料一個更廣的定義。有些在40年前就早知道了，尤其是磨細粒化高爐礦渣（也稱作ggbs或礦渣）和火山灰質材料，多數是天然的而不是人工的。過去，通常是就地取材，并且在膠凝材料總量只占一個相當小的比例。今天，普遍使用磨細粒化高爐礦渣，或火山灰質材料，或是將這兩種組分混合使用。應用特別廣泛的一種火山灰質材料系指磨細的燃料灰（也稱作pfa或是硅質粉煤灰）。這是一種從燃煤的發電廠排出的氣體中，采用靜電或機械力沉淀的灰粉。
        現在，磨細的粉煤灰被稱作工業副產品，而在40年前，它被看作是垃圾產品。我清楚地記得，那時的燃煤發電廠，免費提供粉煤灰，并用卡車運貨上門。問題是，粉煤灰所占的體積很大，并且不易壓縮，會造成處理和運輸的困難。磨細粉煤灰已不再便宜，而且，加入混凝土拌合物中，能起各種有利的作用。含有磨細粉煤灰的膠凝材料，水化速率慢緩，從而，避免了水化熱引發的開裂。磨細粉煤灰可以轉移來自于波特蘭水泥水化產物中的Ca(OH)2，從而使得混凝土不易受到某些化學侵蝕。由于各種拌合物未必含有等量的波特蘭水泥，因此，對有和沒有磨細粉煤灰的拌合物強度的比較，也未必合理。他們可以用，也可以不用相同的膠凝材料總量，或相同的水膠比。此外，含有磨細粉煤灰拌合料的強度發展速度，與只含波特蘭水泥的相比，要慢得多。
        進行比較，唯一有用的基礎是價格，而根據各地的情況，磨細粉煤灰的價格有所不同。對價格的影響主要是：從產地或賣主處進行裝卸和運輸的費用，即能夠控制銷售的發電廠或水泥制造商，尤其當水泥和磨細粉煤灰作為混合產品銷售的時候。我更想強調的是磨細粉煤灰的有利作用。它已經成為一種被更廣泛利用的材料，并且在當今的配合比設計規范中，常常占到膠凝材料的50%，或更多。
        從這40年的發展來看，我很贊賞混凝土從只使用波特蘭水泥，轉變到使用各種膠凝材料（水泥只作為唯一必要的組分）。與我過去曾經做過的一樣，現在我想做一件令人吃驚之舉。我是想說：波特蘭水泥是混凝土的一個必要的組分，但是，它也是混凝土，及其相伴的諸多問題的源頭。讓我舉幾個例子。
        混凝土最常見的問題是：因收縮導致的開裂。由于，收縮發生在已水化的水泥石中，因此，水泥對收縮是有責任的。徐變并不總是有害的，但是，總有意想不到的效應，尤其是撓度的經時性增長，以及預應力損失。產生徐變的正是已水化的水泥石。水化熱的發展，相應的混凝土膨脹和收縮，以及可能產生的溫度裂縫，都起因于波特蘭水泥的水化反應。
        還有其他一些有害的結果，都起因于混凝土中波特蘭水泥的使用。堿－硅反應和堿－碳酸鹽反應，都是由水泥中的堿所造成的（除非使用低堿水泥）；硫酸鹽侵蝕則與水泥中的鋁酸三鈣有關。混凝土中其他一些化學侵蝕，都與Ca(OH)2（水泥水化反應的主要產物）有關，與硅酸鈣水化產物也有關，而硅酸鈣水化產物，也是水泥水化的產物。在某些氣候條件下，凍融作用會導致水化水泥石的破壞，除非采用預防措施，像引入氣體，或采用一個相當低的水灰比。
        我們都知道，不用波特蘭水泥是不可能生產出混凝土的。但是，我們應從技術上的優劣和費用兩方面進行權衡，盡量減少水泥用量。四十年來，在這方面采取了各種方法，并取得了穩步的發展和提高。
? 外加劑
        四十年來，外加劑的使用，取得了很大的增加，美國一直走在前沿。1963年時，英國使用的主要外加劑是減水劑、緩凝劑和作為早強劑的氯化鈣。到了1977年，發現會引起鋼筋銹蝕，因此，從那時起，就禁止使用氯化鈣。
        英國水泥制造商沒有熱中于外加劑。我記得是在一次訪問美國之后，外加劑才變得熱起來。1974-1975年，在我擔任英國混凝土學會會長（Concrete Society）期間，我一直宣傳外加劑的效益，沒想到卻被水泥生產商告知，最好的外加劑是摻加更多的水泥。但是，自從那以后，其態度發生了變化，現在一些水泥生產商也銷售外加劑。
        超塑化劑效益最大。它允許使用特別低的水灰比，甚至低于0.30，卻仍具有足夠的工作性。超塑化劑是很貴的，并且，必須與使用的水泥相適應。每次應用，都需進行適配性試驗。原因之一就是：采用不同燃燒窯所生產的水泥熟料中，SO3的反應變化不定。新穎的改性型超塑化劑將促進其使用，并且有可能與多種水泥適配，超塑化劑將成為一種商品進行供應。
? 骨料
        混凝土中，大約75%體積是由骨料所占有的。這并不是因為骨料比水泥便宜，而是由于水化水泥石所固有的缺陷，這很早就討論過了。總之，除非用一個特殊的水灰比，否則凈水泥拌合物是很難搗實的。凈水泥拌合物產生的熱量足以煮熟一個雞蛋，自然，冷卻時會收縮而開裂。
        骨料是相當重要的。現在，有什么變化嗎？1963年來，對骨料的各種性能已有足夠的認識，包括：密度、孔隙率、強度、磨損性能、壓碎強度、含水率、含泥量、非安定性粒度、有機雜質、熱性能和鹽污染。在英國和美國標準中，大量關于骨料的合理級配，都是憑經驗得出方法。特別是英國道路研究實驗室，得出了大量的實用數據資料。
        許多關于骨料級配對工作性和密實度影響的技術知識，都是關于天然骨料，它的尺寸、形狀和紋理質感，都是由自然風化所形成的。然而，30年來，在全球的許多地區，天然骨料已經停止供應，即便沒有立刻禁用，從河床或礦坑里開采的天然骨料，也因環境原因，不被采用，因此，必然會開始使用破碎石料。采用破碎所制的碎石，其顆粒表面紋理質感都不同于天然骨料。對于拌合物中使用的骨料，還沒有詳細的方法，來描述其性能。同樣，對于采用經拆除和加工處理的垃圾，制成再生骨料的技術，知之甚微。但是，由于生態和經濟的原因，這些廢料是必須使用的。
        長期以來，都是依賴于來自幾何級數遞減的系列篩的級配曲線。標準篩孔徑尺寸為：63.0、31.5、16.0、8.00、4.00、2.00、1.00、0.500、0.250、0.125和0.063mm的系列一直沿用至今。
        同樣，對一種骨料形狀和顆粒質感進行數學描述，也一直都沒有成為可能，而這兩種性能，對于采用相同級配骨料的拌合物的工作性有很大的影響。隨著納米技術的問世，盡管物理學家能夠用非常專業的方法測定、描述和合成表面，但是，我仍認為，我們應該為沒有取得進展而感到羞愧。
? 水
        水是混凝土的一個必要組分，它使拌合物具有工作性，并使水泥水化。由于，拌合水一般都使用自來水，因此，沒什么問題，并且能夠滿足拌合和養護的要求。但是，并不是所有混凝土的澆筑都能夠用到城市供水，許多現代工程都在干旱地區，那里水的供給是一個問題。
        對于一個已知水源的適用性，應根據水質分析，再做出決定。水不應含有油或脂肪，不應有過多的懸浮腐殖質物質或雜質。關于化學組成，一直都沒有采用系統的檢測方法，必須依賴經驗的方法。最好的方法是BS EN1008 2002 -- 混凝土的拌合水規范中的規定，對混凝土拌合水的可用性進行抽樣、檢測和評估，包括混凝土生產過程中經回收處理的水，再重新用于混凝土拌合水[4]。這個標準可能受一些強制性的限制比較保守，因此，對于混凝土是完全沒有問題的。
        養護用水的水質也很重要，但是，養護用水和拌合水的要求是不一樣的。舉個例子，含有固體雜質或是堿金屬碳酸鹽的水，可以用于養護，卻不能用作拌合水。同樣，來自于混凝土廠的含有堿金屬碳酸鹽，或殘留的外加劑的洗刷水，可用于養護，卻不能用作拌合水。海水一定不能用于養護齡期短的混凝土，因為氯離子滲透會導致鋼筋銹蝕。40年來，我沒有看到這方面成熟的通用操作指南。
? 工作性和密實度
        首先，我們如何測定工作性？通常采用塌落度，這個方法沿用了80多年之久。很難想象還有比它更加粗糙的方法了。拌合物的粘結和無離析很重要的，但是，這些都是通過眼睛來判斷。開發了許多裝置和技術，因為，都不能測定現場拌合物的任何基本性能或特定性能，因此，沒有一項能夠被接受。就像塌落度試驗方法，只要能測定出從攪拌站出來和經過一段時間后混凝土的工作性就行了。
        拌合物中的水，來自計量器中蓄水池和骨料表面所吸收的水分。吸收的水，可以通過料堆中取樣測定出來，通常這也是一個很粗糙的方法。即使是一個很干燥的料堆，橫向、豎向、及隨著時間變化，含水率都不同。因此，攪拌機的操作者根據觀察拌合物，或測量攪拌機的扭矩，來修訂輸入水的數值，扭矩也受到骨料級配的影響，因此，整個技術都是非常粗糙的。
有時在混凝土輸送的時候，進行用水量的最終調整。將水加到攪拌機中，再偷偷地快速拌一下。我不批評這個過程是因為：混凝土必須達到所要求的工作性，才能用現有的搗實方法將其搗實。而混凝土的搗實比堅持所規定的水灰比更重要。因為，不能完全搗實的混凝土，其質量會變得非常差。
然而，重要的是：不能超過水灰比所規定的最大用水量。但是，規范常常規定的是最小水泥用量。水泥用量越大，所配制的混凝土越好，這種觀點是沒有科學依據的。高水泥用量，使混凝土在可接受的工作性下獲得相當低的水灰比。因此，在攪拌機中，應同時對水泥用量和水灰比進行直接控制。
? 養護
        在工程量清單中，養護一直都沒有單獨立項進行計費，幾乎沒有現場養護專家。從60年代以來，這種情況一直都沒有什么變化。但是，與40年前相比，越來越多的工程在干燥地區施工，因此充分養護的需求與日俱增。
        我不想否認薄膜養護方面的重要的發展，在這方面有許多產品在賣。關于薄膜養護的效果有許多不同的觀點，但是，這并不真正適用于水灰比為0.35甚至更低的混凝土的養護。同樣，在混凝土垂直表面做濕養護通常是很困難的，尤其是采用模膜澆筑的混凝土。
        很遺憾，養護的重要性一直沒有被重視。我曾看到過許多工程實例，混凝土的設計和澆筑都很好，但是，卻由于缺乏養護，造成混凝土早期毀損。
取得進展的領域
        預拌混凝土的大量增長和泵送混凝土的廣泛應用，代表了施工作業的巨大進步。同樣，隨著超塑化劑的使用，使得能夠對水灰比相當低的混凝土進行澆筑。但是，超塑化劑一直很貴，并沒有得到廣泛應用。
        當前，已發生了從規定性的規范到性能方法方面的重大轉變。這給有見識和能干的預拌混凝土供應商，提供了更大的贏利空間。如果以一個較低的價格供應滿意的混凝土，并且從中贏利的話，對于任何一方都是有利的。
        減小混凝土澆筑時的性能變化是很重要的，因為，我們經常會忘記，混凝土配比的目的是為了使混凝土99%滿足規定的性能，例如設計強度。然而，混凝土的設計與相應的性能的價值有關。通常，強度只滿足試驗強度的50%。舉個簡單的例子，設計強度是40MPa，標準偏差是3.5MPa，那么平均強度就是40+3.5×2.33＝48MPa。根據選擇的檢測方法—是否采用一個立方體試塊或是一個圓柱體試件的檢測結果，還是兩個或者三個同時檢測結果的平均值，其檢測情況會復雜化。重要的一點是，生產成本依據是強度48MPa，而真正要求的是40MPa。可以通過更好的攪拌操作，來減少設計強度值與測定平均強度值的差距。在現代化的攪拌站，在這方面已取得了巨大的進步。
        為什么發展受到了限制？
        正如前面所提到過的，研究這些主題，諸如拌合水的質量，或攪拌站骨料的性能，都缺乏經濟上的激勵。許多大學一直在做的研究，多數是科研型的，而不直接針對普通施工過程中，獲得性能更優的混凝土。
        現在，有相當多的關于纖維增強混凝土和碳纖維增強水泥方面的技術知識，但是，這些是高特性材料。大學的研究者們已經撰寫了成千上萬篇關于堿骨料反應、延遲鈣礬石反應的論文。最近的多是關于硅灰石膏（風硬石）硫酸鹽侵蝕。我認為這類論文，與要求獲得更優的混凝土所需要的文章相比，已太多了。
        結論
        本文提問中問號的答案是，40年來，有許多進步。但是，與其他技術領域，諸如電子、計算機、計算機控制設備相比，進步甚微。汽車制造商主要依賴機器人，而混凝土生產廠使用機器人幾乎聞所未聞。
        我承認，總體上，土木工程一直是勞動密集型的產業，而混凝土行業又落在最后。但是，混凝土行業的飛躍時代已經到來，如果混凝土行業想保持它在土木工程中顯著的地位，目前并不需要開展新的科學研究，只需將其他領域中現有的科學知識和技術應用到混凝土工業中就行了。