未来混凝土的发展及设想
摘要：自19世纪20年代出现了波特兰水泥后，由于用它配制成的混凝土具有工程所需要的强度和耐久性，而且原料易得，造价较低，特别是能耗较低，因而用途极为广泛。至今混凝土已成为建筑行业使用量最大的建筑材料之一。而且，混凝土发展迅速，不断产生性能好，价格低的品种，今后仍将是建筑行业不可缺少的材料，具有其他材料不可替代的地位。本文即从混凝土的发展历史及应用现状和面临的问题，讨论了混凝土未来的发展方向。
关键字： 混凝土 发展现状 存在问题 发展方向
一、混凝土概述
混凝土是有凝胶材料将集料（骨料）胶结而成的固体复合材料。混凝土种类众多，按使用功能分主要有：结构混凝土、保温混凝土、装饰性混凝土、防水混凝土、耐火混凝土、水工混凝土、海工混凝土、道路混凝土、防辐射混凝土等。按体积密度可分为：重混凝土、普通混凝土、次轻混凝土、轻混凝土等。按使用的胶凝材料分为：水泥混凝土、石膏混凝土、水玻璃混凝土、树脂混凝土、沥青混凝土等。目前在建筑中使用量最广的是水泥混凝土。
二、混凝土的产生和发展
混凝土在古代西方曾经被使用过，罗马人用火山灰混合石灰，砂制成的天然混凝土曾在古代的一些建筑中使用。天然混凝土具有凝结力强，坚固耐久，不透水等特性。
自19世纪20年代出现了波特兰水泥后，由于用它配制成的混凝土具有工程所需要的强度和耐久性，而且原料易得，造价较低，特别是能耗较低，因而用途极为广泛。[1]
20世纪初，水灰比等学说初步奠定了混凝土强度的理论基础。以后，相继出现了自重轻、保温性好的轻集料混凝土、加气混凝土，密实、稳定、粗糙度适宜、经久耐用的沥青混凝土，装饰性良好的装饰混凝土，方便施工的泵送混凝土、喷射混凝土，耐腐蚀的海工混凝土等。也正是由于混凝土发展迅速，不断产生性能好，价格低廉的品种，可以预见今后仍将是建筑行业不可缺少的材料，具有其他材料不可替代的地位。
三、混凝土发展面临的主要问题和发展方向
混凝土是现代工程结构的主要材料，经测算，我国工程建设中仅混凝土结构每年耗资2000亿元以上。可以预见，混凝土将是今后相当长一段时期内的一种重要的土木工程材料。
而随着生活水平的提高，人们对建筑物的各方面要求也不断提高。传统混凝土的弊端如强度有限、耐腐蚀性不好、耐久性不高、保温性能不好等逐渐显露出来。
另外，由于混凝土原材料（如水泥）的生产对资源和环境带来不利影响，耗费大量能源，以及建筑拆迁等带来的建筑垃圾问题，使混凝土的发展又面临着节能环保这一时代潮流的要求。新的形势需要产生新的发展机遇，混凝土的发展则主要表现为以下几发向。
（一）高性能方向
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高性能混凝土的发展是钢筋混凝土的发展过程中很重要的一方面。提高混凝土强度是发展高层结构、高耸结构、大跨结构的重要措施。采用高性能混凝土可以减小截面尺寸，从而减轻自重，并能获得较大的经济效益。
高强度、高工作性、高耐久性这三项指标构成了高性能混凝土的指标。高性能混凝土的研究范围非常广泛，有高性能混凝土混凝土力学性能的问题，如高温、疲劳、地震作用下的抗力性能，高性能混凝土的收缩、徐变等，还有抗冻性、抗渗性、耐久性等问题。发展的主要动向有超高强混凝土、绿色高性能混凝土、机敏性高性能混凝土。
高性能混凝土的发展，对于增加建筑物寿命、增加使用面积、降低成本有巨大效果。
（二）环保性方向
随着世界人口增多、经济快速发展和人类对于生活舒适度提高的需求使得全球资源紧缺与人类需求之间的矛盾越来越严重。能源问题已经成为制约国家经济发展和人民生活水平提高的关键问题。在世界范围内而言，建筑能耗约占各国总能耗的30%左右。随着近年来国内外节能要求的提高，建筑节能以其巨大的节能空间受到越来越多的关注，而我国节能建筑面积占总建筑面积比例较小，节能现状堪忧。而且混凝土原材料的生产对资源和环境带来不利影响及建筑拆迁等带来的建筑垃圾问题，尤其是在我国，建筑使用寿命低于规定标准，建筑节能环保问题尤为突出。环保节能特征主要体现在：原材料实现废物利用、建筑垃圾实现循环使用、建筑材料轻质高强提高保温性能等方面。
原材料方向：工业生产中的大量矿渣、尾矿中含有较多的二氧化硅及其他有效成分，可以用作混凝土掺合料使用，制造不同种类的，有不同性能的混凝土。即可解决原材料问题，又可实现废物利用。
建筑垃圾循环利用方向： 建筑垃圾中的石块、混凝土块及碎砖经处理后，可作为混凝土或砂浆的集料使用。建筑垃圾中的石块、混凝土块及碎砖也可直接用于加固软土地基。其原理是利用建筑垃圾中的无机材料形成散状材料桩，通过重锤冲击使桩与桩间土相互作用，形成复合地基，进而达到提高地基承载力地作用废砖石和砂浆与普通水泥混合，再添加辅助材料，可生产轻质砌块;废旧水泥、砖、石、沙等经过配置处理，可制作成空心砖、实心砖、建筑废渣混凝土多孔砖等，其产品与粘土砖相比，具有抗压强度高、耐磨、吸水性小、质轻、保温、隔音效果好等优点。
保温材料方向：增强混凝土保温性能的主要思路有，在混凝土中加入导热系数小的其他材料，如：气泡、膨胀珍珠岩、泡沫玻璃、纤维、玻化微珠等。具有较好保温性能的混凝土，如:轻集料混凝土、加气混凝土等。但强度、均不太理想，可以预见未来混凝土的发展方向为轻质高强保温性能良好的混凝土。
加气混凝土砌块
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符合环保性要求的混凝土，符合现代节能减排的要求，必然会成为一大主导方向。
（三）外加剂方向
混凝土外加剂是指在拌制混凝土的过程中掺入用以改善混凝土性能的物质。
混凝土外加剂按其主要功能分为四类：1.改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，包括各种减水剂、引气剂和泵送剂等； 2.调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等； 3.改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、防水剂和阻锈剂等； 4.改善混凝土其它性能的外加剂。包括加气剂、膨胀剂、着色剂、防水剂和泵送剂等。
在混凝土中掺入不同种类的外加剂，可获得改善混凝土拌合物和易性和硬化后混凝土性能、节省水泥、节约能源、加快施工速度、减轻劳动强度等多种效果。对于节约资源能源，改善混凝土性能有很大的效果。（如木钙类减水剂掺量为0.2%~0.3%，在混凝土拌合物流动性和混凝土强度不变的情况下，可节省水泥约10%，使混凝土含气量增加1%~2%）
因而，不断研究开发高性能、新品种、能显著改善混凝土性质、降低生产成本的混凝土外加剂将具有很大前景。
四、我国混凝土使用现状及发展方向
相对于世界上混凝土的使用现状，我国混凝土使用主要存在以下几个特点： 1、建筑行业发展良好，新增建筑多，混凝土使用量大。 我国是世界上每年新增建筑量最大的国家，年新建面积达20亿平方米，使用了世界上40%的水泥、钢筋。而西方国家，自1965年以来，建筑业就一直走下坡路。
2、建筑使用寿命低。 建筑的平均寿命却只能维持25到30年。而根据我国《民用建筑设计通则》，重要建筑和高层建筑主体结构的耐久年限为100年，一般性建筑为50—100年。另一组数据显示，英国、法国、美国的建筑统计平均使用寿命分别为132年、85年和80年。
3、建筑耗能大。目前我国的既有建筑面积已达441亿m2，而累计建成的节能建筑的面积只有约41亿m2，还不到既有建筑面积的10%；每年新增的近20亿建筑面积中，有80%以上为高耗能建筑；平均下来单位面积能耗是发达国家的2至3倍以上。
而且，由于“十一五”“十二五”将节能减排提上日程，预计环保性方向将成为我国混凝土发展研究的主导方向。
五、混凝土发展综述
由于混凝土发展迅速，不断产生性能好，价格低廉的品种而取得十分广泛的应用，可以预见今后仍将是建筑行业不可缺少的材料，具有其他材料不可替代的地位。
由上对混凝土的分析，基本可以预见，未来混凝土研究与应用将基本分为三个大的方向：建筑节能方向、外加剂研发方向和高性能方向。其中任一方向的进展都将引起建筑行业的巨大变革。我国将尤其注重混凝土节能方向的发展，并同时进行外加剂方向、高性能方向的研究。其中任一方向的进展都将引起建筑行业的巨大变革。
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参考资料：
[1] 常建峰 李炯 《混凝土材料的发展与创新》 河南水利与南水北调 2010 第7期
[2]赵国藩 《高性能混凝土的发展简介》 《施工技术》2002年4月 第31卷，第4期
[3]张英慧 《浅析建筑垃圾的循环利用》 《中国新技术新产品》2011年01 [4]刘其城 徐协文 陈曙光 《混凝土外加剂》 化学工业出版社 2009年1月 [5] 葛勇 张宝生 《土木工程材料》 中国建筑工业出版社 2007面8月
[6]李色金 第1期
年4
《具有发展前景的高性能混凝土》《工程建设与设计》 1999