我国混凝土技术发展概述及展望

混凝土材料及技术的发展及现状混凝土是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。混凝土的起源，最早可追溯到上古时代埃及人使用不纯的烧石膏（CaSO4）供作建筑工程的粘结材料。而1824年波特兰水泥的发明，则奠定了现代混凝土材料发展的基础。混凝土在这100多年来的应用与发展的过程，也就是其强度与性能不断提高的过程。按混凝土强度和性能的提高进程，混凝土的发展可以简单地划分成普通混凝土、高强混凝土和高性能混凝土。混凝土的简单分类介绍普通混凝土通常讲的“混凝土”一词是指用水泥作胶凝材料，砂、石作集料；与水（加或不加外加剂和掺合料）按一定比例配合，经搅拌、成型、养护而得的水泥混凝土，也称普通混凝土。我国现阶段普通混凝土技术水平强度等级不大于C40，在我国当前应用约占90％以上。普通混凝土浇筑成型后，由于重力作用而产生沉降。粗骨料的表观密度较水泥浆大，会下沉，同时把水泥浆往上挤，最后形成粗骨料在底部，水分与水泥浆浮至上部，称之为外分层。水分上浮时，在粗骨料的下面停滞不动，形成“水囊”，硬化后形成孔隙，称之为内分层。由此可见，混凝土浇筑成型后，由于内部水分运动及粗骨料沉降．造成混凝土中出现内分层与外分层；普通混凝土的不均匀结构，是强度低、耐久性差的根本原因高强混凝土高强混凝土为采用水泥、砂、石、高效减水剂等外加剂和粉煤灰超细矿渣硅灰等矿物掺合料以常规工艺配制的C50～C80级混凝土，是在普通混凝土大量应用的基础上，发展起来的。高强混凝土作为—种新的建筑材料，以其抗压强度高、抗变形能力强、密度大、孔隙率低的优越性，在高层建筑结构、大跨度桥梁结构以及某些特种结构中得到广泛的应用。高强混疑土最大的特点是抗压强度高，一般为普通强度混疑士的4～6倍，故可减小构件的截面，因此最适宜用于高层建筑。此外，利用高强混凝土密度大的特点，可用作建造承受冲击和爆炸荷载的建(构)筑物，如原子能反应堆基础等。利用高强混凝土抗渗性能强和抗腐蚀性能强的特点，建造具有高抗渗和高抗腐要求的工业用水池等。而低水灰比，大坍落度则是高强混凝土的弱点。高强混凝土一般要求低水灰比，但由于混凝土在低水灰比的情况下，坍落度很小，甚至没有坍落度，其成型和捣实都很困难，无法在现浇混凝土施工中应用。此外，混凝土在运输的过程中，其坍落度随时间的增加而减小，这对高强混凝土来说无疑又增加了难度。高强混凝土可泵性问题也是阻碍高强混凝土广泛应用的因素。高性能混凝土高性能混凝土是在高强混凝土的基础上发展起来的。是近年来混凝土材料发展的一个重要方向。不同国家，甚至是同一个国家的不同应用部门，对高性能混凝土的定义都有差别。高性能混凝土具有良好的工作性，保证施工密实性；硬化后，高性能混凝土具有高的体积稳定性和耐久性。高性能混凝土具有高强度、高抗渗性与高耐久性。针对混凝土的过早劣化，发达国家在20世纪80年代中期掀起了一个以改善混凝土材料耐久性为主要目标的“高性能混凝土”开发研究的高潮，并得到了各国政府的重视。从20世纪80年代开始，各国混凝土结构设计规范中逐渐突出了耐久性设计的考虑，从只重视强度设计向强度与耐久性并重。进入20世纪90年代以后，混凝土结构耐久性设计方法成为土木工程领域中的研究重点。针对不同环境类别的侵蚀作用，提出材料性能劣化的理论或经验模式，并据此估算结构的使用寿命，成为发展和研究耐久性设计方法的主流。目前，高性能混凝土的发展有目前，高性能混凝土的发展有以下几个方向：(1)绿色高性能混凝土，（2）高强轻质混凝土，（3）纤维增强混凝土，（4）自密实混凝土，(5)智能混凝土。混凝土材料及技术发展的前景在高性能混凝土今后的发展过程中，还有许多材料与工程方面的难题需要解决。这些问题的解决对材料与工程技术的进展将起到有力的推动作用。水泥基材料的组成结构与性能的关系材料组成结构与性能的关系是近代材料科学的一个核心问题。为使高性能混凝土的各种性能得以进一步提高，必须对材料组成的粒子尺寸、级配、孔结构、集料界面区结构以及组分间的相互作用、物理力学、化学性质的差别等进行研究。复合叠加效应的研究与应用高性能混凝土是一种多组分复合材料，各组分性能的叠加甚至超叠加效应表现得十分明显。因此，可选用两种以上矿物细掺料加上两种以上外加剂(包括矿物外加剂，如膨胀剂)同时掺加，以进一步改进性能和取得某种特性。高性能混凝土中胶凝材料与外加剂等多组分复合所产生的超叠加效应要比玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)的复杂，包含着不同层次的粒子(中心质)及其与相应介质的界面，对各种性能的改进起着各自的作用，因此，必须在复合化原理的基础上，采用现代研究手段与方法，各学科协同进行研究。发展环保型胶凝材料在熟料烧成上向低钙化发展，减少C2S和C3A等耐久性、能耗和环境保护方面的缺陷，提高胶凝材料的绿色度。吴中伟院士在高性能混凝土研究和实践中提出了环保型高性能水泥基材料的新概念，希望它能在水泥工业的改造中发挥重要作用，在环保、节能、经济与高性能方面闯出一条新路。今后需对环保型胶凝材料产业化和工程应用进行系统研究。高性能混凝土韧性的研究C80以上高强混凝土的脆性随强度提高而发展很快，其断裂韧性降低、结构的延性降低、抗震性能降低。超高性能混凝土可使混凝土的断裂能提高两个数量级。其研究开发包括原材料、工艺、结构设计与应用等方面，并且需研究降低其材料成本。针对现状，对于基本使用普通混凝土的原材料和制作工艺的高性能混凝土，则需研究如何在很少增加成本和基本不影响现有工艺的前提下明显提高其断裂能力和极限压应变。计算机控制技术的应用高性能混凝土属于现代混凝土，其优越的工作性和可靠性可使施工进度大幅度加快，改善劳动环境，减轻劳动强度，有利于采用计算机技术以至让机器人参与施工，提高自动化的程度。高性能混凝土对原材料质量和施工管理水平都比普通混凝土更加敏感，因此应当使配合比选择和施工控制计算机化，以提高混凝土工程质量和效率。目前，不少人围绕计算机化试图建立有关数学模型，但多数人所依据的数据量都不足，以至都有实用的局限性。在现阶段急需做的工作是，尽快建立原材料的数据库，并逐渐扩展，建立可靠而易于操作的系统。对我国混凝土材料及技术发展的展望二十一世纪是技术和人才的竞争的时代，我们国家要加大产业投入，积极引进国外先进技术，加强自身科研能力，留住人才。虽然我们国家的混凝土技术产业与国外发达国家存在一定的差距，但是只要有先进的管理和合理的规划，我们与发达国家间得差距会越来越小，甚至赶超他们。