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杨文科先生的专著《现代混凝土科学的问题与研究》一书自2012年6月1日由清华大学出版社出版以来，在海内外学术界引起了巨大的反响，作者根据自己三十年来的现场工程经验，对混凝土这门学科中几乎所有的重要问题，进行了深入地总结和研究，指出了传统理论体系中许多的谬误和偏差，提出了许多独树一帜的新观点。
书在短短三年时间内,连印三次，发行8000余册,创造了同类科技书的发行奇迹。2012年12月1日，由中国混凝土协会组织，在北京召开了研讨会。来自全国各大学、科研机构、工程单位的专家、教授和学者，对书中的观点进行了热烈地讨论。作者也应邀到内地、香港、台湾多所知名大学、科研机构、大型施工企业进行演讲，受到了热烈地欢迎。2013年，该书通过了国际上著名的科技书出版商，权威的Springer公司的严格审查，于2014年11月，由Springer公司出版了该书的英文版，面向全球发行。
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| 內容簡介： |
本书通过大量工程实例、试验研究和理论分析，以及作者二十多年施工现场经验积累，指出了旧的混凝土理论对现代混凝土科学的偏差、不适应性和错误。从配合比、骨料和水泥的使用、纤维的使用、抗冻性、裂缝、耐久性、干缩、自愈合、高性能混凝土的使用等多个方面，对旧的混凝土理论和当前在学术界比较权威的结论，进行了补充、纠正，提出了自己的见解，取得了许多独创的科研成果，特别是对现代混凝土科学理论的研究，取得了一定阶段的开创性的研究成果。
本书对纠正当前混凝土界的一些片面性的或者错误的观点，对正确指导混凝土科学研究，提高当前混凝土工程的耐久性，控制和提高混凝土工程的施工质量，指导大专院校的教学，都有很重要的指导意义。
本书可供土建工程方面的技术人员、科技工作者和大专院校师生参考。
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| 目錄：
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目 录
第1章 混凝土的灵魂——配合比1
1.1 过去配合比所依据的理论基础2
1.2 旧的配合比理论和现代混凝土的不适应性8
1.3 原因和困惑10
1.4 对建立现代混凝土配合比理论的思考12
参考文献23
第2章 重要的原材料——粗骨料25
2.1 骨料品种和成因概述26
2.2 不同岩石骨料对混凝土性能的影响30
2.3 两个不同看法32
参考文献34
第3章 核心原材料——水泥35
3.1 水泥的各项性能指标对混凝土的影响36
3.2 水泥的生产工艺过程简述39
3.3 现代水泥生产工艺
对混凝土质量的影响40
3.4 水泥生产科技正确的发展方向45
3.5 结束语47
参考文献50
第4章 碱骨料反应，你在哪里？51
第5章 引气剂是解决抗冻问题的灵丹妙药吗？61
5.1 冻融破坏对工程的危害62
5.2 目前全世界对提高抗冻性的公认措施和方法——加入引气剂65
5.3 冻融破坏的机理简述68
5.4 对提高实体工程抗冻能力方法和措施的研究68
5.5 引气剂的正确使用方法和范围71
5.6 结束语76
参考文献77
第6章 泌水好还是假凝好？79
6.1 泌水产生的原因83
6.2 假凝产生的原因87
6.3 综合分析91
6.4 假凝和泌水的危害92
6.5 对假凝和泌水问题的防治方法93
参考文献96
第7章 纤维，什么时候有用？97
7.1 与纤维混凝土的缘分和经历98
7.2 试验过程及结论99
7.3 原因分析101
7.4 结束语104
第8章 现代混凝土的癌症——裂缝105
8.1 总论107
8.1.1 桥梁上的裂缝107
8.1.2 房屋上的裂缝109
8.1.3 机场跑道上的裂缝110
8.1.4 道路上的裂缝112
8.1.5 预制构件上的裂缝113
8.2 原因分析114
8.2.1 现场工程师无法解决的原因有五个115
8.2.2 现场工程师难以解决的问题有七个116
8.2.3 现场工程师可以解决的问题有十一个117
8.3 裂缝的分类119
8.3.1 失水裂缝119
8.3.2 温度裂缝120
8.3.3 干缩裂缝120
8.3.4 受力裂缝121
8.4 失水裂缝产生的原因、危害及防治121
8.4.1 失水裂缝产生的原因122
8.4.2 失水裂缝的危害123
8.4.3 失水裂缝的防治123
参考文献127
第9章 粉煤灰，真的只有优点吗？129
9.1 粉煤灰使用中还没有解决的问题130
9.2 总结140
参考文献141
第10章 外加剂——是药三分毒143
10.1 笔者对几种主要外加剂负面作用的认识144
10.2 外加剂掺量不当引起的严重质量事故146
10.3 工程施工过程中必须使用外加剂吗？150
10.4 外加剂的正确使用方法151
10.5 结论152
参考文献152
第11章 耐久性的致命因素——干缩155
11.1 干缩裂缝产生的过程156
11.2 干缩裂缝的危害159
11.3 干缩裂缝产生的原因169
11.4 结束语172
参考文献172
第12章 混凝土的医生——自愈合173
12.1 自愈合现象的发现174
12.2 原因分析182
12.3 实际工程中对自愈合原理的运用184
12.4 结束语188
第13章 高性能混凝土，真的高性能吗？189
13.1 普通混凝土和高性能混凝土的区别190
13.2 在实际工程中的应用效果对比193
13.3 结束语194
第14章 正确的耐久性研究思路在哪里？199
14.1 耐久性变差的原因和研究误区200
14.2 解决耐久性问题的正确方法202
14.3 结束语206
参考文献207
第15章 现代混凝土的科学基础209
15.1 问题的发现211
15.2 第二阶段混凝土的概念214
15.3 三阶段假说的提出217
15.4 原因分析223
15.5 三阶段理论对现代混凝土研究的科学意义227
15.6 结束语229
参考文献231
第16章 吐鲁番民用机场水泥混凝土道面失水裂缝试验研究总结报告235
16.1 试验的意义与目的236
16.1.1 试验的意义237
16.1.2 试验的目的238
16.2 试验方案238
16.2.1 失水裂缝产生的时间、
大小、形状和性质238
16.2.2 失水裂缝的危害240
16.2.3 失水裂缝产生的原因242
16.2.4 试验方案245
16.2.5 组织机构的形成及分工251
16.3 试验过程251
16.3.1 材料、人员、机械准备251
16.3.2 混凝土配合比252
16.3.3 过程控制253
16.3.4 养护与观察过程266
16.3.5 对渗透速度的试验269
16.3.6 对水灰比的试验273
16.4 试验总结及结论275
16.4.1 概论275
16.4.2 环境气候影响总结276
16.4.3 原材料总结278
16.4.4 配合比总结280
16.4.5 对添加聚酯纤维的总结283
16.4.6 对网状裂缝的总结285
16.4.7 对施工工艺的总结288
16.4.8 总结论289
16.5 对吐鲁番机场混凝土施工的总要求290
16.5.1 对施工准备的要求290
16.5.2 施工过程控制290
参考文献294
附录A 似是而非的“比表面积法”理论295
附录B 西直门旧桥混凝土破坏原因分析310
附录C 关于混凝土碱含量限值的思考318
附录D 我国重要混凝土构筑物的失效、破坏、修复与防治325
附录E 关于我国当前纤维混凝土研究与 使用中的问题和误区331
附录F 关于纤维混凝土应用的讨论337
附录G 十年前后同一混凝土试块的抗压强度数据对比及分析340
附件H 雾里看花的高性能混凝土343
《现代混凝土科学的问题与研究》读后感353
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| 內容試閱：
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第1章
混凝土的灵魂——配合比
配合比是混凝土的灵魂。混凝土的性能、质量和耐久性的好坏都与配合比有直接或间接的关系。工程的设计强度明确以后，现场工程师首先要考虑的是如何做好配合比。怎样才能做好配合比？做配合比时我们的理论依据是什么？应坚持什么样的原则？对现代混凝土来说，无论是理论基础，还是在理论基础之上建立起来的规范，都出现了许多新问题。 这些问题是怎么产生的？如何解决？这些是当前困扰混凝土科技界最严重的技术难题。
二十年前，配合比的理论基础有比表面积法、水灰比原理及鲍罗米强度计算公式等 ，以及在此基础上制定的规范，可以说混凝土科学技术理论也是在此基础上发展起来的。那时，依据理论和规范做具体的配合比工作，基本上满足工程需要，也基本符合工程实际。但现在，用二十年前的比表面积理论、水灰比原理和规范来指导现代混凝土，特别是现代混凝土的配合比工作，已经是错误很大，相差千里了。比如说，二十年前，以比表面积法为理论基础制定的配合比规范认为，提高砂率，强度就必然会相应降低，可对现代混凝土来说，却不是这样；适当地加大水灰比，强度也必然会相应降低。对现代低水胶比混凝土来说，这个说法也不一定对。以上种种原因，使现代混凝土的配合比工作，从理论到规范，都出现了混乱和问题，以致现在工地上的配合比工作，主要靠工程师们的经验进行，靠老一代传帮带。所以我们必须重新建立配合比问题的理论基础，使它能和现代混凝土的技术进步相匹配、相适应，并在此基础上建立新的符合工程实际的规范。但现代混凝土的配合比工作，由于受太多的因素影响，因此建立新理论，制定新规范，绝不是一件容易之事，也绝非个人之力所能为。本章是作者根据个人经验，来讲解现代混凝土的配合比理论问题和在做配合比时应注意的原则及事项。以抛砖引玉，向各位专家学者请教。
1.1 过去配合比所依据的理论基础
从世界上第一次发现天然水泥以来，1824年，英国利兹的一个施工人员约瑟夫阿斯普丁Joseph Aspdin提出“波特兰”水泥的一个专利，大家认为这是混凝土技术的开始。有了水泥，还要将粗、细骨料和水与其混合在一起才能形成混凝土，才能进行工作。这四个组分如何搭配，它们各自合理的比例是多少？这就是混凝土配合比问题的首要理论实质。
近二百年来，关于如何进行颗粒的合理搭配 ，配合比在理论上有三种方法，分述如下。
1. 比表面积法
此法是最早、也是使用时间最长的一种方法。这种方法的实质是，粗细骨料都是一种零散体，只有用水泥和水 ，如同粘接剂一样把它们粘接起来，才能形成人造石头——混凝土。那么粘接剂水泥的需要量，就与粗细骨料提供的表面积总量有关。粗细骨料提供的总的表面积越多，在达到一定的强度要求的前提下，水泥的需要量就越大；相反，就会越少。在这种思路指导下，粗骨料相对细骨料，在同等体积下，粗骨料提供的比表面积比细骨料要小得多，所以，在做一个具体的配合比时，在满足施工要求的前提下，尽可能地提高粗骨料用量，降低砂率，是比表面积法最重要的原则。最通俗的理解是，比表面积法把水泥看成能粘结砂石的一种“浆糊”。那么砂石提供的表面积越少，达到同样强度所需的水泥“浆糊”就越少。
图1-1所示为混凝土内部粗细骨料示意图，可见粗骨料越多，在达到一定强度时水泥需要量就越少。
图1-1 混凝土内部粗细骨料示意图
如果我们把图1-2中的粗骨料放大，取掉一个粗骨料用细骨料代替，表面积就会成倍增加。在达到同等强度的前提下，水泥的需要量就会加大。
比表面积法认为，在一定的条件下，尽可能地降低水泥用量，就可以降低工程成本，减少混凝土的收缩。特点是尽可能多地使用粗骨料，减少细骨料用量和水泥的使用量。
总之，在混凝土科学的发展历程中，配合比中的比表面积法是使用时间最长的一种方法。在理论上有简单易懂的特点，但到目前为止，还有些问题没有搞清楚，还需要经验来补充。比如说，我们在配合比中，根据工程需要，减少了1千克粗骨料，那么需要增加多少千克细骨料，由此又需要增加多少千克水泥呢？这个问题上百年来一直靠经验来处理。
图1-2 混凝土中由细骨料代替粗骨料引起的表面积变化示意图
2005年，北京市建筑工程研究院退休的工程师傅沛兴，提出了骨料的表面积和直径的关系：认为当骨料的直径减少一半时，其表面积就会增加一倍。例如，当我们用直径为2cm的骨料代替直径为4cm的骨料时，水泥用量就会增加一倍。以下是傅沛兴工程师对正方体的计算。
以边长为2m的正方体为例：
体积 V1=2×2×2=8m3
表面积 S1=6×2×2=24m2
将其切为8个小正方体时：
总体积 V2=8×1×1×1=8m3
总表面积 S2=8×6×1×1=48m2
计算结果 V2 =V1
S2=2S1
所以，正方体边长小一半，其体积相同，但总表面积增加一倍。
同时，傅沛兴对其他多边形和球形也进行了同样的计算，结果是一样的。这是对比表面积理论很好的补充。但经丁抗生教授验证，这种方法仅适用于正方体和球体，对其他长方体或不规则体并不适用 。所以，如果用于工程实际，还需要有人做进一步的研究。
2. 最大密度法
此法的核心是，组成混凝土的粗、细骨料以及水泥首先应有合理的级配，以求得混凝土有最大的密度和最低的空隙率。如果组成粗细骨料和水泥颗粒的级配不合理，就会在混凝土内部造成很多空隙，这时候套用比表面积理论必然误差很大。所以，组成混凝土的各种颗粒，必须求得最佳级配和最大密度，才能保证混凝土内部有最小的空隙率，如何保证有最大的密度和最小的空隙率呢？主要根据富勒的连续级配理论，其方程式见公式1-1。
P=100 1-1
式中：P——通过某筛孔的百分数，%；
D——粗骨料最大直径，mm；
d——筛孔的孔径，mm。
富勒级配曲线可用公式1-1表示，虽然瑞士学者鲍罗米和法国学者费瑞特根据混凝土实际配置情况有所调整，但级配曲线没有根本性变化。
为满足高性能混凝土与自密实混凝土的砂石最优级配的需要，意大利学者泰勃勒将富勒连续级配公式修改为公式1-2的形式。
P=100 1-2
只有符合富勒曲线，由大小颗粒组成的材料才会有最大的单位容重和最小的空隙率。我国许多行业的施工规范中，对混凝土砂石料级配的要求都是以富勒曲线为基础，并根据我国的具体情况做了适当修改后形成的。目前我国《公路路面混凝土配合比设计规程》中，就是以最大密度法为理论依据的。
3. 魏矛斯断档级配法
魏矛斯认为，在连续级配中，直径相邻的小颗粒会对大颗粒形成的骨架带来不利影响。同样，我国清华大学廉慧珍教授等人的研究也认为：只有当小颗粒的直径约为大颗粒的六分之一时，小颗粒才能完全只起到填充大颗粒骨架形成的孔隙的作用，而不会对骨料的孔隙率起到负面的增加作用。为了不给孔隙率和混凝土的强度带来不利影响，所以必须人为地对混凝土中的大小颗粒进行断档级配。
在这个思路的支配下，混凝土中的粗骨料一般都是单级配而不是二级配。也就是说，粗骨料只用2～4cm的石子，人为去掉0.5～2cm的小石子，提高砂率，在不增加水泥用量的前提下也能达到理想的空隙率最低而强度较高的效果。
以上三种有关配合比的理论是到目前为止我们做任何配合比的依据。
比表面积法以如何减少骨料的总表面积为核心，最大密度法和断档级配法以如何增大骨料的单位容重和最小空隙率为核心。二者表面上看起来似乎有矛盾之处，但仔细分析后就不难发现，最大密度法和断档级配法都是对比表面积法的补充。
比表面积法是使用时间最长、影响最大的一种方法。我国的普通混凝土配合比设计规程到目前为止都是以它为理论依据的。国外的情况也基本一样。最大密度法近二十多年来在我国公路、民航使用较普遍一些。在一个单位，老一代工程师用比表面积法多一些，而中青年一代使用最大密度法多一些。在同一个工地，使用同样的原材料做同一强度的配比，两种方法在粗细骨料的用量上大不相同。表1-1是2003年在广州白云新机场、2005年在内蒙古呼和浩特机场、2008年在天津机场对机场跑道设计抗折强度为5MPa的干硬性混凝土，老一代工程师和中青年工程师所做的配比。
表1-1 广州、天津、呼和浩特机场干硬性混凝土不同配合比对比表
编
号 水泥
kg 水
kg 大石2～4cmkg 小石0.5～2cmkg 大小石比例 砂kg 砂率% 强度MPa 备注
1 320 133 705 705 5∶5 635 31 6.08 广州机场
2 320 133 1080 360 7∶3 617 30 6.12 广州机场
续表
编
号 水泥
kg 水
kg 大石2～4cmkg 小石0.5～2cmkg 大小石比例 砂kg 砂率% 强度MPa 备注
3 315 132 846 564 6∶4 672 32 5.97 呼和浩特机场
4 315 132 987 423 7∶3 588 29 5.86 呼和浩特机场
5 320 132 862 568 6∶4 675 32 5.81 天津机场
6 320 132 994 426 7∶3 548 28 5.76 天津机场
注：强度值为28天3组平均抗折强度。
从上面几个不同的配比可以看出，每个机场的第一个配比是按最大密度法做出来的，大小石比例是5∶5或6∶4，砂率是32%；第二个是按比表面积法原理做出来的，大小石的比例是7∶3，砂率是28%甚至26%。二者的28天强度基本一致，没有高低之分。作者根据自己的经验对这两种方法进行对比点评认为：比表面积法在低标号C30以下和大水灰比混凝土中适应性较好，而最大密度法在高标号C40以上和较低水灰比水灰比为0.45以下适应性较好。
除以上说的颗粒如何合理搭配的理论外，水灰比的理论也一直是配合比最重要的理论。混凝土中加入水，目的是满足水泥水化的需要，但这个需要量是多少呢？大致为水泥用量的20%左右。也就是说，水灰比为0.2左右就能满足水泥水化的要求了。但现在工程上用的水灰比，基本上都在0.3以上。这是为什么？这主要是为了满足施工操作的要求。也就是说，过低的水灰比非常干硬，施工时难以成型，也会带来许多质量问题，所以，在施工时就要多加水，加大水灰比。但多加的水不参加水泥的水化反应就变成混凝土中的自由水，蒸发后混凝土中就形成了空隙，而空隙就影响了混凝土的强度。所以，水灰比越大，混凝土强度就越低，是做配合比时最重要的原理。著名的鲍罗米强度公式 式中，f28为混凝土的28天强度， 为水泥的28天强度， 为灰水比，A和B为与骨料强度有关的经验常数，就是以这个原理为依据总结出来的。
1.2 旧的配合比理论和现代混凝土的不适应性
以上所说的就是我们过去做配合比时所依据的理论基础，也可以说成是旧的配合比理论。但现在，为什么说旧的配合比理论指导不了现代混凝土的配合比设计？主要的原因是什么？随着现代混凝土技术的不断发展，在具体的配合比工作中，用旧的比表面积法指导配合比工作，出现了很大的误差，主要表现在以下几个方面。
1. 旧的配合比理论认为，砂率对强度有直接影响，砂率越高，强度就越低
在旧的配合比的比表面积理论中，由于细骨料的多少对混凝土中骨料的总表面积有较为重要的影响，也就是说，砂率对强度有直接影响，砂率越高，强度就越低。但在现代混凝土中，砂率的大小对强度已经没有明显影响。如表1-1中，作者在不同的机场做的对比试验，砂率从26%、28%到32%，对飞机跑道的干硬性混凝土强度都没有明显影响。在这一问题上，许多专家学者也得出过和作者相同的结论，特别是在现代高性能混凝土和坍落度较大的自流平、免振捣混凝土中，砂率在34%～46%之间变化对强度无明显影响。
2. 旧的混凝土理论中，水灰比和强度的关系是最重要的关系式
旧的混凝土理论中，水灰比和强度的关系是最重要的关系式，即水灰比越大，强度就越低。在现代混凝土中，特别是对C40以上混凝土，这些理论和实际的实验数据找不到相关性。表1-2中所列的是作者近些年在几个机场做的部分干硬性混凝土配合比。水灰比从0.38到0.45，试验的结果使作者认为：当水灰比在这个区间时，强度的大小和水灰比的大小找不到相关性。
3. 强度和水泥用量的对比关系
过去，我们做配合比时，如果发现强度不理想，一般第一个要采取的措施就是增加水泥用量。近几年在每一个工地我们都要做强度和水泥用量的对比关系，发现相关性也很差，几乎找不到规律，如表1-3所示。
表1-2 三个机场不同水灰比抗折强度对比表
编号 水泥kg 水kg 水灰比 大石2～ 4cmkg 小石0.5～ 2cmkg 砂
kg 砂率
% 强度
MPa 备注
1 320 133 0.41 705 705 635 31 6.03 广州机场
2 320 143 0.45 705 705 635 31 6.11 广州机场
3 320 123 0.38 705 705 672 32 6.17 广州机场
4 320 137 0.43 862 568 675 32 5.86 呼和浩特机场
5 320 127 0.40 862 568 675 32 6.01 呼和浩特机场
6 320 123 0.38 862 568 675 32 6.05 呼和浩特机场
7 320 141 0.44 832 555 652 32 7.40 乌鲁木齐机场
8 320 132 0.41 832 555 652 32 6.95 乌鲁木齐机场
9 320 125 0.39 832 555 652 32 6.99 乌鲁木齐机场
注：强度值为28天3组平均抗折强度。
表1-3 三个机场不同水泥用量抗折强度对比表
编
号 水泥kg 水kg 水灰比 大石2～ 4cmkg 小石0.5～ 2cmkg 砂kg 砂率% 强度MPa 备注
1 320 141 0.44 832 555 652 32 6.09 和田机场
2 325 143 0.44 832 555 652 32 6.04 和田机场
3 330 142 0.43 832 555 652 32 6.35 和田机场
4 350 144 0.41 832 555 652 32 6.99 和田机场
5 320 138 0.43 862 568 675 32 6.01 呼和浩特机场
6 330 142 0.43 862 568 675 32 6.05 呼和浩特机场
7 320 144 0.45 832 555 652 32 7.4 乌鲁木齐机场
8 325 146 0.45 832 555 652 32 6.88 乌鲁木齐机场
9 330 149 0.45 832 555 652 32 7.29 乌鲁木齐机场
10 335 151 0.45 832 555 652 32 6.98 乌鲁木齐机场
注：强度值为28天3组平均抗折强度。
工地上的配合比工作是在半理论半经验的状态下进行的，半理论主要是以水灰比原理和比表面积法为基础，最大密度法和断档级配法为辅助，半经验是指仅仅靠理论还是
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