摘要： 文章論述高性能砼在理論分析上離不開流變學，特別是對新拌砼流變學參數的分析，而各種混凝土外加劑是改變流變參數的重要因素。高性能砼的生產實踐離不開外加劑，因此，必須加速發展外加劑的品種，以適應高性能混凝土的發展需要。
關鍵詞： 流變學 流變參數 混凝土外加劑 高性能混凝土
砼的產生已經超過了150年的歷史。 現在全世界已經對它究竟還能維持多少年的問題發生懷疑， 所以耐久性已經成為全世界砼研究的焦點。 過去幾十年， 人們注意力集中于研究它的強度。高強砼已經超過了100MPa， 但現在看來單純的高強不可能不帶來一系列其它性能上的缺陷， 例如脆性就是個很難解決的問題， 通過150多年經驗的積累， 大家發現了對于砼工程不能只注意高強， 還需要考慮到其它各個方面， 特別是耐久性問題。
于是，國際上出現了High Performance Concrete這個新名詞（HPC）， 一般譯作“高性能砼”。其實， 高性能也還包括不了它的全部要求，高性能砼最重要的內容應該是抗水性、抗化學侵蝕性、抗滲透性等等， 都離不開一個水字，因此高性能砼就與水有密切關系。事實上， 沒有水份談不到水化，不成為砼。水份太多釀成砼質量大大下降， 水份太少， 砼存在大量氣泡， 不能形成結實的固體， 產生不了高強，所以， 要做到高強耐久的高性能砼， 不能不考慮到水的用量和收縮裂縫問題。
于是， 砼中的用水量成為科研工作者集中注意的問題。 另一方面， 砼的特點是在加水后就隨著時間延續產生水化硬化， 就有可能把砂石膠結起來， 系列的硬化性能也隨之而來。 這樣， 砼流變學就逐漸成為研究混凝土工藝學所不可缺少的一門學問。
首先須搞清什么是流變學。簡言之，流變學是研究流動和變形的科學。具體來說， 它是力學的一個分支， 普遍應用于研究各種金屬和非金屬材料，各種有機和無機材料。 和力學的不同在于： 力學只是研究作為一個實體的物體運動規律， 不聯系物體本身的內部結構和性質， 而流變學在研究物體流動和變形規律時， 必須聯系到物體內部的結構和性質。 另一方面， 流變學也是研究物體在外力作用下產生的隨時間發展的變形和應力的關系的科學; 流變學也是研究物體在外力作用下發生的彈、粘、塑性演變的科學， 重要的還包括時間因素的考慮， 因此流變學還需確定物體在外力作用下某一瞬間的應力、應變定量關系。
砼是一種同時具有彈、粘、塑性的復合材料， 隨著水泥水化的進行， 砼的粘、塑、彈性不斷的在演變， 砼干料從加水開始經過攪拌， 隨著水泥水化的進行， 它從粘塑性為主的狀態逐漸進入以粘彈性為主的狀態， 前者我們稱為新拌砼階段，后者則為硬化混凝土階段。 流變學在研究砼性能時， 必然要研究其粘、塑、彈性演變的動力學和影響流變規律的各種因素， 不論在新拌階段或者硬化階段都可以從各種“流變參數”來反映由于結構變化造成的物理力學性能的變化。
因此， 從流變學角度去研究砼性能， 可以從水泥、水、砂、石的共同作用出發， 也就是從整體物質出發來窺測砼硬化前后的變化規律全貌。 砼硬化后的一切， 包括孔結構、膠孔比、裂縫出現和它的發展、結構的形成和發展都決定于新拌階段的流變參數。 新拌砼的流變參數是： 屈服應力（θt）、塑性粘度（ηpl）、觸變性（A）、內聚性（C）等。
砼的用水量是否合適可以其和易性狀態來表示， 這里談談砼和易性，即工作性的問題; 雖有不少人研究過它的定義和含義， 但迄今沒有一個大家滿意的統一的定義和測試方法。
作者從研究流變性出發， 給工作性下了這樣的定義： 砼混合物在拌和、輸送、澆灌、搗實、抹平的一系列操作過程中， 在消耗一定能量下達到穩定和密實的程度。工作性如果從以上定義出發， 則其含義應該包括： 流動性、可塑性、穩定性、易密性四個方面的結合。
表達工作性的測試方法， 最普遍的是VB法， 搗實系數跳桌法、針插法等，但它們都有缺陷， 近年有人提出按Bingham公式， 用回轉粘度計測定θt、ηpl兩個參數來定量地表達（即所謂“兩點法”）比較令人滿意， 但從有Abrams水灰比學說以來， 混凝土普遍向高強發展，雖然也可照顧到耐久性， 但高強還是主要的。在研究高強砼過程中， 一定程度上涉及砼的耐久性， 但一切仍以發展高強砼為主， 影響砼耐久性的因素既多又復雜， 其難度要比影響強度大得多。
近幾年來，砼外加劑， 尤其高效減水劑發展很快。由于高效減水劑的出現， 砼的最高強度大大超過了過去， 這根本上改變了工程結構的設計， 是一個很大的躍進。但是從今天看來， 高強砼要達到既高強又耐久的程度，還有一個相當距離， 而今天許多重要的工程結構決不僅僅是高強所能解決的。
砼的研究必須要從新拌砼階段開始， 也就是說砼粘塑性階段進入粘彈性階段過程中，必須考慮到砼硬化后的耐久性， 這主要表現在砼在粘塑性階段的和易性。 但對耐久性而言， 砼的用水量還不能完全解決問題， 因為重要的方面還在于抵抗化學侵蝕， 而易密性則是一個抗化學侵蝕的重要因素。
外加劑這些年來已成為砼的第六種組成材料， 我國從20世紀80年代初開始加速外加劑發展以來，今天在各種工程上已普遍應用。作者七十年代在美國考察時， 發現我國與美的差距主要表現在砼外加劑上， 那時美國在全國范圍內已經普遍應用砼外加劑來改善砼的耐久性， 特別是高速公路的發展， 而我國那時基本上還沒有使用外加劑的工程， 這是最大的差距。
外加劑可以改善砼多方面的性能，包括抗凍、耐熱、抗滲、高強等等， 摻加量一般僅千分之幾， 就能有很大的效果。20世紀80年代初，在中國土木工程學會下成立了砼外加劑學會， 開始了我國外加劑這一門新學科的發展。迄今為止， 我國外加劑已經普及， 很多重要工程都用了外加劑， 以改善砼的性能， 特別是減水劑、膨脹劑、引氣劑等等。
學會成立以后接著成立了中國外加劑協會， 團結了幾百個大小外加劑工廠， 生產了數十種外加劑品種， 特別是高效減水劑開展得最普遍，把我國砼質量提高到了100MPa以上， 作出了很大貢獻。
為什么要把外加劑和高性能砼的發展連在一起？這是因為高性能砼的發展少不了各種外加劑的應用。譬如引氣作用、抗滲性、抗凍、抗硫酸侵蝕等等， 都必須應用不同的外加劑。
但是， 外加劑的應用方法是一個十分重要的問題， 它對于砼的和易性有很大影響， 特別摻加量的多少、摻加的時間，都可以影響到外加劑的效果。
高性能砼的發展是21世紀我國砼工業的主要任有良好的耐久性; ②抵抗多種砼周圍的化學侵蝕因素， 減少砼本身的收縮及溫度變化帶來的各種體積變化。
說到外加劑， 必須要提到半個多世紀前就已在美國出現的外加劑。那時美國高速公路每過一個冬天路面開裂就更嚴重， 大大影響了公路使用壽命。但接著出現了外加劑———引氣劑， 砼在嚴寒的冬季中， 不致因水份冰凍時產生的壓力， 使路面開裂。 引氣劑的出現使公路抗凍能力大大提高， 使用壽命大大延長， 于是美國的高速公路僅僅幾年就發展迅速， 四通八達。迄今， 在許多國家發展了引氣劑， 它已成為最有效的抗凍外加劑的一種。
近幾年出現的高效減水劑也很快在全球推廣。我國高效減水劑也已相當普及， 使我國砼在減少一定用水量下提高了和易性， 從而大幅度提高了砼的強度， 達到前所未有的程度。
上文提到在發展高性能砼時必須提高砼的抗水性、抗化學侵蝕性。于是近年又出現了一種膨脹劑， 它能補償砼的收縮， 使水分不易侵入砼裂縫， 從而提高抗化學侵蝕及抗堿骨料反應等性能。
從高性能砼的要求出發， 今天世界上已出現數百種砼外加劑， 這些外加劑的特點都是摻加量極少而效果奇佳， 都有著輝煌的發展前途。所以砼外加劑已成為砼組成的第六種組分材料。
為了減少水泥用量， 近期不同工程都摻用了不同種類的細磨材料， 如礦渣、粉煤灰等， 主要目的是減少砼中水泥用量， 從而使砼的需水量減少， 體積變形減小以及水化熱降低等。
總之， 21世紀的砼將不再僅僅以提高強度為目的， 而要達到既高強又耐久， 并且具有抵抗多種自然界破壞力的功能。
從外加劑、流變學角度發展高性能砼， 看來應該是21世紀砼工業的主要方向。歸納下來， 我建議21世紀的砼必須符合以下要求：
①不再單一地從提高強度出發， 而必須同時考慮多性能作用， 特別是提高耐久性。
②高性能砼是各種砼結構的發展方向， 而所謂高性能必須突出耐久性的功效。
③外加劑是砼的第6個組份。它的品種、功能必須充分得到發展。
達到高性能從理論上分析離不開流變學， 須特別注意的是新拌砼的流變學參數， 而各種外加劑則是改變流變參數的因數。我們必須加速發展外加劑的品種， 以適應高性能砼的需要。
