前言
传统混凝土由水泥、砂子、石子和水组成。由于九十年代末市场上各水泥品质参差不齐的状况，建筑工程设计和验收标准或规范对混凝土作了最低水泥用量的下限要求(≥300kg/单方混凝土)，以便从源头上确保混凝土结构工程的质量安全。近十年来，我国水泥工业进行了全面的现代化改造，拥有规模化、现代化新型干法先进工艺技术水泥生产线的企业取代了各种立窑和小旋窑水泥厂。现代水泥的均质性好、更细，早期强度更高。另外，水泥标准也相应进行了升级修改，例如:《通用硅酸盐水泥》(GB175－2007)取消了普通硅酸盐水泥P·O32.5的低强度等级产品，促进了P·O42.5较高强度等级的普通硅酸盐水泥在结构工程上的广泛应用。现代新型干法水泥和高性能减水剂的普遍使用，使工程应用的混凝土配制强度可以向更高等级发展(C80～C100)。但是由于水泥粒径更细和早强高，导致混凝土出现水化热高、脆性大和易收缩开裂等隐患，如果仍然使用原有的最低水泥用量，这些隐患有增大的趋势。所以现代混凝土技术发展的关键有二:一是使用有水化活性的矿物掺合料(粉煤灰、矿粉)取代部份水泥，在保证或提升28d强度的前提下，降低混凝土的水化放热，改善脆性和延展性，减少开裂，提高致密性和耐久性;二是使用高效或高性能减水剂降低混凝土制备时的水胶比。故现代混凝土应由水泥、矿物掺合料、砂子、石子、水和外加剂等6项组分组成。
1建筑工程用相关标准规范对最低水泥用量的限定
由
表1可见，在11个工程标准和规范中，2008年以后修订的《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55－2011)、《混凝土结构耐久性设计规范》(GB/T50476－2008)、《混凝土结构设计规范》(GB50010－2010)、《补偿收缩混凝土应用技术规程》(JGJT178－2009)、《大体积混凝土施工规范》(GB50496－2009)、《混凝土泵送施工技术规程》(JGJ/T10－201x)等6个规范已接受了现代混凝土技术进步的成果，认同由水泥和矿物掺合料组成胶凝材料的概念，不再单独对最低水泥用量设限，而是对混凝土中最低胶凝材料用量(≥300kg/m3)和矿物掺合料其总量中的比例(≤50%)设限。但是，《地下防水工程质量验收规范》(GB50208－2011)和《建筑工程冬季施工规程》(JGJ/T104－2011)仍然对最低水泥用量分别有(≥260kg/m3和≥280kg/m3)限定。对矿物掺合料改善混凝土性能的技术效果，早在工程规范《混凝土矿物掺合料应用技术规程》(DBJT01－64－2002)中就得到了体现，其对地下、水下混凝土设限的水泥用量为≥150kg/m3，其余为不超过总胶材50%的矿物掺合料。
2最低水泥用量的合理设限依据
2.1水化机理从水化硬化机理看，混凝土的水泥熟料矿物水化硬化生成凝胶状水化硅酸钙和结晶状水化铝(铁)酸钙、水化硫铝酸。钙和氢氧化钙等，晶状水化产物彼此搭接成网架，形成早期强度;凝胶状的水化硅酸钙填充网架空隙，形成后期强度的发展。在此，约20%的块状水化产物——氢氧化钙不但自身胶结性差，而且妨碍凝胶状水化产物与砂石骨料界面的粘结。矿粉和粉煤灰等矿物掺合料水化硬化相对滞后，并与硅酸盐水泥熟料矿物水化生成的氢氧化钙反应，继续生成胶结强度好的低钙硅比水化硅酸钙凝胶，且不断填充空隙，减少块状氢氧化钙量，使混凝土胶结相越来越致密，强度也随之增长，即二次水化和填充效应。矿物掺合料的水化硬化使混凝土内部组成和微结构改善，浆骨界面区优化，连通孔被密闭和细化，显著提高了混凝土的耐久性。另外，由于矿物掺合料在混凝土中取代了部分水泥，水化热造成的温差裂纹等减少，也提高了混凝土的耐久性。因此，仅从水化硬化理论而言，适量使用矿物掺合料对混凝土28d及以后的强度增长是有益的，其致密性和耐久性的提高更加显著。但是，实现这一功效的前提是必须有足够量硅酸盐水泥熟料的存在。2.2抗碳化性能显然，混凝土中矿物掺合料越多，相应的硅酸盐水泥熟料量越少。表2是混凝土毛细孔中液相Ca(OH)2浓度的理论估算。由表2可见，当矿物掺和料为50%时，混凝土空隙中液相氢氧化钙Ca(OH)2浓度约为100g/L，大于Ca(OH)2的饱和浓度(12.7g/L，pH＞12.7);当矿物掺和料达到60%时，由于其水化消耗的Ca(OH)2量大于硅酸盐水泥熟料矿物水化生成的Ca(OH)2量，导致混凝土毛细孔液相中Ca(OH)2浓度大幅降低至零，低于Ca(OH)2的饱和浓度(12.7g/L，pH＞12.7)，钢筋表面的钝化膜消失或减薄，碳化和钢筋锈蚀加速。故混凝土中矿物掺合料用量不应超出50%的上限。
2.3冬季施工冬季施工中，混凝土尽快达到受冻临界强度非常重要，也即混凝土早期强度发展要求高，故混凝土中的水泥应有最低用量限定。根据建筑科学研究院的试验结果，在普通硅酸盐水泥用量大于220kg/m3(折合纯熟料量～160kg/m3)的条件下，所制备的混凝土能够达到《建筑工程冬季施工规程》(JGJ/T104－2011)对临界强度的要求。2.4最小水泥用量设限内容综上所述，现代混凝土必须使用矿物掺合料才能改善、优化混凝土的各项现期和长期性能。掺合料能发挥有益效果的前提是必须有足量硅酸盐水泥熟料矿物的水化产物生成。虽然目前的建筑规范标准中对混凝土中水泥最低用量设限，但没有对水泥的品种和强度等级设限。根据《通用硅酸盐水泥》(GB175－2007)标准，不同品种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，如不予以区别，即使对单方混凝土最低水泥用量设定，也不能保证混凝土有足够的硅酸盐水泥熟料含量。详见表3。由此可见，如果使用符合通用水泥标准的P.S.A或P.S.B矿渣硅酸盐水泥，即使单方混凝土水泥用量达到了300kg，其实际的熟料含量也就在150kg～240kg和90kg～150kg，并不能保证混凝土各项性能指标。如果使用P.O普通硅酸盐水泥，即使单方混凝土水泥用量在225kg，其折合熟料量也在180kg/m3～215kg/m3，大量的工程实践证明了此用量是适宜的。
3建议
(1)现有涉及混凝土的工程标准规范中设定最低水泥用量是必须的，但不科学、不合理，应该表述为最低硅酸盐水泥熟料用量，当使用不同品种的水泥时，可以按《通用硅酸盐水泥》(GB175－2007)标准中熟料组分含量的下限折算混凝土中的单方熟料用量。(2)在混凝土的工程标准规范后续修订中，如能将最低水泥用量设定为最低硅酸盐水泥熟料用量，一方面可为促进混凝土行业针对不同的结构工程要求，使用品质更加优良的P.I、P.Ⅱ硅酸盐水泥打开通路;另一方面又能真正限制低品质或低强度等级水泥在混凝土中的大量使用(因其符合工程标准中最低水泥用量的要求)，从源头上保证工程结构的质量安全。(3)在水泥标准的后续修订中，应向食品行业学习，必须在产品外包装上或散装随车合格证中明确出厂水泥主要组分和添加组分的名称和含量，以利用户的合理使用。。
