現(xiàn)代混凝土的進(jìn)展及應(yīng)用

喻樂華

(華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，江西南昌330013)

現(xiàn)代混凝土的進(jìn)展及應(yīng)用

喻樂華

(華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，江西南昌330013)

以現(xiàn)代混凝土演化為線索，從混凝土生產(chǎn)技術(shù)、性能、工程應(yīng)用、檢測(cè)與監(jiān)控、理論研究等方面綜合闡述國(guó)內(nèi)外現(xiàn)代混凝土材料的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及趨勢(shì)。

混凝土;水泥;性能;結(jié)構(gòu);工程

以水泥為膠凝材料生產(chǎn)的混凝土，當(dāng)今已成為全世界各種各樣結(jié)構(gòu)工程建設(shè)首選的建筑材料，這主要是由它的經(jīng)濟(jì)性所決定:原材料來源廣泛、便宜，施工與維修費(fèi)用較低廉?；炷猎诠こ填I(lǐng)域發(fā)揮著其它材料無法替代的作用，已成為現(xiàn)代社會(huì)文明的基石。

自1824年硅酸鹽水泥發(fā)明后，混凝土就開始使用，其后經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段:初始混凝土?xí)r期;干硬性混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土?xí)r期;流動(dòng)性混凝土?xí)r期;現(xiàn)代混凝土的時(shí)代。上世紀(jì)70年代高效減水劑的問世和應(yīng)用揭開了現(xiàn)代混凝土的時(shí)代，加之礦物摻合料的開發(fā)應(yīng)用，使混凝土向高性能、多功能、智能化發(fā)展，混凝土科學(xué)技術(shù)有了很大的提高。這也為混凝土科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。因此，在未來的100年內(nèi)混凝土仍將是最主要、最大宗的建筑材料，而且在工程上的應(yīng)用領(lǐng)域也將不斷擴(kuò)大。

本文以現(xiàn)代混凝土演化為線索，從混凝土生產(chǎn)技術(shù)、性能、工程應(yīng)用、檢測(cè)與監(jiān)控、理論研究等方面綜述混凝土材料的發(fā)展及其趨勢(shì)。

1 發(fā)展混凝土生產(chǎn)技術(shù)

混凝土及其原材料的生產(chǎn)技術(shù)與裝備歷經(jīng)了不斷的更新與進(jìn)步，現(xiàn)已進(jìn)入自動(dòng)化、信息化高效率生產(chǎn)以高性能混凝土為代表的現(xiàn)代混凝土［1］與各種特殊用途混凝土并駕齊驅(qū)的時(shí)代。

1.1 應(yīng)用高效減水劑為代表的化學(xué)外加劑催生了現(xiàn)代混凝土

1935年美國(guó)的E.W.Scripture［2］首先研制成以木質(zhì)素磺酸鹽為主要成分的減水劑Pozzolitn，減水率約8%。1962年日本花王石堿公司服部健一等研制成以β－萘磺酸甲醛縮合物鈉鹽為主要成分的萘系減水劑，減水率高達(dá)20%左右，適宜于制備高強(qiáng)(抗壓強(qiáng)度達(dá)100 MPa)或坍落度達(dá)20 cm以上的混凝土。1964年聯(lián)邦德國(guó)研究成功磺化三聚氰胺甲醛樹脂減水劑，該類減水劑與萘系減水劑同樣具有減水率高、早強(qiáng)效果好、低引氣量等特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)蒸養(yǎng)混凝土制品和鋁酸鹽(主要為C3A)含量高的水泥制品適應(yīng)性較好，能制備高強(qiáng)或大流動(dòng)性混凝土，德國(guó)由此發(fā)明了液態(tài)混凝土。以高效減水劑的研制和應(yīng)用為標(biāo)志，混凝土技術(shù)進(jìn)入由塑性、干硬性到液態(tài)化的第三代—即現(xiàn)代混凝土?xí)r代。上世紀(jì)90年代日本率先研究出聚羧酸系高性能減水劑。美國(guó)首次提出高性能混凝土的概念，即要求混凝土具有高強(qiáng)度、高流動(dòng)性、高耐久性等性能，高性能混凝土對(duì)減水劑提出了更高的要求，要求高性能減水劑具有減水率高、大流動(dòng)度和坍落度損失小等特點(diǎn)［3－4］。一些新型高效減水劑得到了迅速的開發(fā)和應(yīng)用，如聚羧酸特效系、氨基磺酸系高效減水劑，減水率也增加到30%左右。

高效減水劑的分散效果不僅使水泥漿或新拌混凝土流動(dòng)性大增導(dǎo)致填充成型密實(shí)，而且可使水泥均勻分散完全水化充分發(fā)揮水泥的膠結(jié)強(qiáng)度效果;高效減水劑可降低水灰比，減少混凝土的用水量，使混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)孔隙減少;新一代高效減水劑聚羧酸類可減少混凝土的體積收縮從而減少混凝土開裂，有利于混凝土強(qiáng)度和耐久性的提高。

除高效減水劑以外，其它化學(xué)外加劑如減縮劑、膨脹劑、引氣劑、緩凝劑、抗凍劑等以及集多種單組分功能于一身的多功能、高性能化復(fù)合外加劑對(duì)于改善現(xiàn)代混凝土性能和工程應(yīng)用有積極的影響。

1.2 應(yīng)用礦物摻合料促進(jìn)了混凝土向高性能方向發(fā)展

工藝上用優(yōu)質(zhì)活性礦物摻合料適量替代高強(qiáng)度等級(jí)水泥乃現(xiàn)今配制混凝土的必要技術(shù)手段，同時(shí)是提高混凝土技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益的重要措施。這也是當(dāng)今國(guó)際上混凝土技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)之一［5－8］。國(guó)內(nèi)外普遍使用工業(yè)排放物(粉煤灰、硅粉、礦渣粉、稻殼灰等)和天然巖石磨細(xì)粉用作活性礦物摻合料［8－10］。高強(qiáng)、高性能混凝土用大量摻合料代替水泥熟料將是一條解決混凝土發(fā)展與環(huán)境保護(hù)矛盾的出路。吳中偉提出“綠色”高性能混凝土中摻合料而不是熟料水泥將成為最大的膠凝組分［5］。在上海教育電視臺(tái)綜合樓大體積基礎(chǔ)C40高性能混凝土，水泥用量只占膠凝材料總量的46%，配制的混凝土漿量飽滿，其工作性、粘聚性和抗離析性能都十分優(yōu)異。由此可見，摻入活性礦物摻合料對(duì)現(xiàn)代混凝土工藝意義巨大，毫不夸張地說，活性礦物摻料是現(xiàn)代高強(qiáng)、超高強(qiáng)高性能混凝土必不可少的組分，是現(xiàn)代混凝土工藝的基石之一。

礦物摻合料在混凝土中主要有四方面作用:首先是滾球潤(rùn)滑作用，由于其顆粒比水泥細(xì)，增加了水分子與水泥顆粒之間的過渡粒級(jí)，在混凝土拌合物中有滾球潤(rùn)滑作用，改善了混凝土拌合物的工作性;其次是微集料作用，高強(qiáng)混凝土中膠凝材料用量大，其中相當(dāng)部分不能完全水化而起微集料作用;再次是填充作用，混凝土摻合料普遍很細(xì)(比水泥顆粒細(xì)小)，能填充混凝土中更細(xì)小孔隙的空間使混凝土更密實(shí)，因而提高了其強(qiáng)度、抗?jié)B性、抗凍性和抗腐蝕性，降低了干縮和徐變;最后是最重要的火山灰反應(yīng)，混凝土摻合料是潛在的水硬性膠凝材料，在水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2或(和)CaSO4作誘發(fā)劑環(huán)境中發(fā)生火山灰反應(yīng)，將Ca(OH)2晶體大量置換為低鈣型C－S－H凝膠，改善了水化物的組成，強(qiáng)化了骨料與水泥基體界面過渡區(qū)的微結(jié)構(gòu)［11］，增加混凝土后期強(qiáng)度與密實(shí)性，大摻量礦料可抑制堿骨料反應(yīng)，提高了混凝土強(qiáng)度和耐久性。另外，混凝土摻合料使混凝土凝硬過程中水化放熱低也有利于制備高性能混凝土。

1.3 與環(huán)境友好的混凝土技術(shù)

作為構(gòu)筑人類基礎(chǔ)設(shè)施最重要的工程材料也是地球天然資源的主要消費(fèi)者—混凝土工業(yè)需要重新定位，接受有利于生態(tài)環(huán)境的工藝技術(shù)，即與環(huán)境友好的混凝土技術(shù)，其內(nèi)容包括三個(gè)要素:

(1)節(jié)約利用混凝土原材料:最重要的方向是利用各種具有潛在活性和火山灰活性的工業(yè)廢渣和天然礦物替代部分水泥制造混凝土(包括用于水泥的混合材料)，從而減少水泥熟料的用量。節(jié)約混凝土生產(chǎn)的能耗主要集中在水泥生產(chǎn)上，現(xiàn)行的技術(shù)措施是生產(chǎn)低能耗的高性能水泥和新型膠凝材料［12］以及采用新型干法水泥生產(chǎn)工藝和低能耗的粉磨工藝，如EMC(Energetically Modified Cement)［13－14］。

(2)延長(zhǎng)混凝土材料與結(jié)構(gòu)的耐久壽命和服役期:其實(shí)質(zhì)上是對(duì)資源和能源的最大節(jié)約［15］。

(3)混凝土生產(chǎn)和使用中生態(tài)環(huán)境保護(hù)問題:包括混凝土生產(chǎn)過程中消耗天然資源和能源對(duì)生態(tài)和環(huán)境造成的影響，混凝土使用過程中對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響以及混凝土廢棄物的再使用問題［16］。

低碳、綠色混凝土及其制品是混凝土制備工藝中最主要的課題之一。因此，在制備混凝土?xí)r應(yīng)合理地減少水泥用量，大量使用工業(yè)廢渣，廢混凝土再生利用作為生產(chǎn)混凝土的原材料，變廢為寶，化害為利，改善環(huán)境、節(jié)約資源、造福人類。

2 提高混凝土性能

2.1 高強(qiáng)化

混凝土高強(qiáng)化的重要意義在于減輕工程建筑的自重。目前，在我國(guó)工程中應(yīng)用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)明顯提高，預(yù)拌混凝土工廠已比較成熟地掌握了C50－C60混凝土的配制與泵送技術(shù)，而C50－C60在全國(guó)大面積普及推廣。在配制高強(qiáng)混凝土的研究中，應(yīng)致力于提高混凝土的延性、抗裂性與抗拉強(qiáng)度。

廣州珠江新城西塔高432 m，從主塔樓現(xiàn)澆異性柱到直形墻等設(shè)計(jì)采用C70－C90高性能混凝土約4萬方，其中C80混凝土需最高泵送410 m，C90混凝土需最高泵送167 m。實(shí)際施工采用52.5R硅酸鹽Ⅱ型水泥、S95礦粉、挪威硅灰、高效減水劑配制混凝土滿足工程設(shè)計(jì)與施工要求，C90混凝土檢測(cè)強(qiáng)度達(dá)112.7 MPa［17］。

2.2 高性能化

高性能混凝土不僅具有良好的耐久性、流動(dòng)性與體積穩(wěn)定性，由于在配制的組份材料中利用了大量的工業(yè)廢渣，顯著地減少了生產(chǎn)時(shí)嚴(yán)重污染環(huán)境的水泥用量。因此，應(yīng)將之作為可持久發(fā)展的綠色建筑材料而給于大力的發(fā)展應(yīng)用。自上世紀(jì)90年代以來，我國(guó)各行業(yè)高度重視混凝土耐久性，相繼出臺(tái)了針對(duì)本行業(yè)特點(diǎn)的混凝土耐久性規(guī)范和技術(shù)規(guī)定，如中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)CCES01－2004《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性與施工指南》、鐵道部的鐵建設(shè)［2005］157號(hào)《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》［18］等。我國(guó)在若干重大工程的建設(shè)中已經(jīng)充分貫徹了“混凝土耐久性設(shè)計(jì)”理念，并提升到了“強(qiáng)度設(shè)計(jì)與耐久性設(shè)計(jì)并重，強(qiáng)度服從耐久性”的認(rèn)識(shí)高度。

杭州灣跨海大橋全長(zhǎng)36 km，其中跨越海域長(zhǎng)近32 km，大橋主體結(jié)構(gòu)除南、北航道橋用鋼箱梁外，其余均為混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土用量約250×104m3，設(shè)計(jì)使用壽命100年。該橋混凝土施工中以氯離子擴(kuò)散系數(shù)為混凝土耐久性的主要控制指標(biāo)，采用大摻量摻合料(42.5PⅡ硅酸鹽水泥55%～70%礦粉粉煤灰復(fù)摻料)和低水膠比(≤0.4)，低氯離子擴(kuò)散系數(shù)(≤1.5×1012～3.5×1012m2·s－1)，以混凝土材料的耐久性作為確?；炷两Y(jié)構(gòu)耐久性的必要前提［19］。

2.3 輕質(zhì)化

在工程材料的上，除強(qiáng)度外，還有一個(gè)比強(qiáng)度(強(qiáng)度/比重)技術(shù)指標(biāo)同樣具有重要意義。作為結(jié)構(gòu)用的輕混凝土，近期的奮斗目標(biāo)為:容重為500 kg·m－3，抗壓強(qiáng)度達(dá)到15 MPa;容重為800 kg·m－3，抗壓強(qiáng)度達(dá)到25 MPa。因此，對(duì)輕集料陶粒等的制作與研究還有待深入。

2.4 功能化

現(xiàn)代建筑等土木工程對(duì)混凝土材料提出了新的挑戰(zhàn)，不僅要求混凝土有高強(qiáng)度，而且還應(yīng)具有聲、光、電、磁、熱等功能，以適應(yīng)多功能和智能建筑的需要。

導(dǎo)電混凝土是將導(dǎo)電物質(zhì)(如導(dǎo)電聚合物、碳黑、石墨、金屬粉末、金屬絲和碳纖維等)摻混并均勻分散在水泥混凝土中而制成。目前常用于導(dǎo)電混凝土分可分為3類:聚合物類、碳類和金屬類［20］，其中最常用的是碳類和金屬類，碳類常包括石墨和碳纖維。導(dǎo)電混凝土材料按其體積電阻率可分為半導(dǎo)體材料、防靜電材料、導(dǎo)電材料和高導(dǎo)電材料等，它們廣泛地應(yīng)用于工業(yè)防靜電、非金屬電熱元件和建筑物屏蔽電磁波［21－23］等工程。自20世紀(jì)90年代以來，水泥基導(dǎo)電復(fù)合材料得到了很快的發(fā)展，現(xiàn)已在工程中得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。導(dǎo)電混凝土用作防靜電材料時(shí)，其電阻率小于105Ω·m即可。導(dǎo)電混凝土用作電熱材料的電阻率在10－1～102Ω·m之間，與常用的金屬電熱器相比，具有熱容大、抗過電壓和電流的能力強(qiáng)、散熱面積大、熱量分布均勻、表面溫度低、耐久等優(yōu)點(diǎn)，因而不但可用作采暖的電熱材料，而且也可廣泛地應(yīng)用于高速公路、機(jī)場(chǎng)跑道除雪［24］，在動(dòng)物養(yǎng)殖廠和植物養(yǎng)植場(chǎng)建造溫室等。通過功能摻合料碳黑、金屬粉末、金屬纖維配制的高導(dǎo)電混凝土材料電阻率為10－5～10－2Ω·m可用作傳導(dǎo)材料及電磁隱身材料。

美國(guó)內(nèi)布拉斯加州的Roca Spur橋是世界上第一座采用導(dǎo)電混凝土橋面板除冰化雪的橋梁［25］，其橋長(zhǎng)46米，寬11米，橋面板內(nèi)鑲嵌36 m×8.5 m×100 mm的導(dǎo)電混凝土層(由52塊獨(dú)立的導(dǎo)電混凝土板組成)，其中裝配了熱電偶為除冰化雪提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。導(dǎo)電混凝土采用鋼纖維和碳質(zhì)材料作為導(dǎo)電介質(zhì)，導(dǎo)電混凝土發(fā)熱板用三相交流電供電生熱，自動(dòng)控制溫度在4.5～12.8℃，通電時(shí)記錄到峰值功率在360～560 W·m－2。該橋2001年開工，次年竣工，2003年開放交通，首次除冰實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)顯示導(dǎo)電混凝土板的溫度高于環(huán)境9℃。對(duì)比分析可知在路面板和橋面板上鋪設(shè)導(dǎo)電混凝土層從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)考量都是最為有效的除冰雪方法。

儲(chǔ)存太陽能的蓄熱混凝土、夜間導(dǎo)向的發(fā)光混凝土，監(jiān)測(cè)建筑物安全性的智能混凝土、光致變色混凝土、溫度變色混凝土、抗滅菌混凝土、吸音混凝土等一批功能性混凝土［26－28］將在現(xiàn)代工程、現(xiàn)代建筑及其它領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。

2.5 藝術(shù)化

用玻纖增強(qiáng)混凝土等制作的人造石、雕塑、園林小品、仿生建筑和仿古建筑，在裝點(diǎn)自然、美化城市、改善人居環(huán)境等方面，混凝土將占有更大的藝術(shù)空間。質(zhì)樸的、粗獷的、更貼近人類回歸自然心理要求的人造石文化時(shí)代必將出現(xiàn)。

2.6 膨密化

不論從密實(shí)性、體積穩(wěn)定性以及減免干縮、溫度裂縫等功能來看，摻入適量膨脹劑，對(duì)量大面廣的普通混凝土、高性能混凝土，尤其是大體積混凝土和侵蝕環(huán)境中的鋼筋混凝土，提高其耐久性都是十分有利的。普遍摻入膨脹劑是混凝土發(fā)展的一種趨勢(shì)。［29］

3 擴(kuò)大混凝土工程應(yīng)用領(lǐng)域

3.1 陸上工程

由于混凝土強(qiáng)度的不斷提高，在超高層建筑中，百層的大樓可由鋼筋混凝土來建造，屋蓋結(jié)構(gòu)的跨度可達(dá)30 m。上世紀(jì)70年代以前建造的所有超高層建筑主體結(jié)構(gòu)均為鋼材構(gòu)筑，如紐約帝國(guó)大廈(1931年建成381 m高)、芝加哥漢考克大廈(1969年建成344 m高)、紐約世界貿(mào)易中心(1972年建成417 m高，2001年被破壞);高性能混凝土的發(fā)展改變了超高層建筑主體鋼結(jié)構(gòu)一統(tǒng)天下的局面，現(xiàn)今大多數(shù)超高層建筑主體結(jié)構(gòu)部分或全部采用了鋼筋混凝土，如迪拜哈利法塔(2010年建成828 m高)、臺(tái)北101大樓(2001年建成508 m高)、上海環(huán)球金融中心(2008年建成492 m高)、佩重納斯大廈(1996年建成452 m高)。

跨度為400～600 m的橋梁可由鋼筋混凝土來建造。在混凝土公路的建造中，也將發(fā)生巨大的變革，由于膨脹混凝土的收縮補(bǔ)償功能［29］和外加劑的進(jìn)一步開發(fā)、應(yīng)用，路面的收縮縫將得到有效的控制，甚至全部免除。

3.2 海洋構(gòu)筑物

海洋大約占地球表面積的70%，要充分利用“藍(lán)色國(guó)土”，海洋構(gòu)筑物起著舉足輕重的作用，這將有助于解決陸上空間緊缺。當(dāng)今海洋構(gòu)筑物包括開采海底石油的鉆井平臺(tái)、海上煉油廠、海上天然氣液化貯裝站、海上潮汐發(fā)電站與波力發(fā)電站、海上機(jī)場(chǎng)、海上城市、海上旅游設(shè)施、海上漁業(yè)養(yǎng)殖場(chǎng)與海底隧道等，都將由混凝土建造而逐步興起，而且建造費(fèi)用也較在陸地上建造同樣工廠少25%～30%［30］。這些工程一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)且投資巨大，對(duì)其耐久性要求非常高，一般要求服役壽命100年以上，日本和歐美國(guó)家已提出500年服役壽命的要求和概念［31］。由于混凝土的高強(qiáng)化與高性能化，對(duì)于人類開發(fā)海洋資源、增加陸地面積與國(guó)防建設(shè)也將做出貢獻(xiàn)。

1989年挪威在北海建造的石油開采平臺(tái)是由24個(gè)直徑28 m高5 m的儲(chǔ)油罐和用于支承5萬噸鋼結(jié)構(gòu)的4根混凝土管柱組成［30］。混凝土結(jié)構(gòu)總高度達(dá)262 m，總用量混凝土24萬m3，普通鋼筋7萬噸，預(yù)應(yīng)力鋼筋3 600噸。平臺(tái)在近海施工澆筑完工后拖運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)沉入海底20 m深的淤泥中。該平臺(tái)需承受30 m高的巨浪、地震和高水壓的作用，所用混凝土28天抗壓強(qiáng)度79 MPa，為高配筋預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)各種嚴(yán)峻的工作條件。

在應(yīng)用于國(guó)防軍事方面，俄羅斯正在研究將混凝土建造潛水艇，該潛艇可以下潛到所有其他潛艇都無法達(dá)到的深度，其推進(jìn)系統(tǒng)不發(fā)出聲響，因而敵方采用聲納裝置也無法發(fā)現(xiàn)其蹤跡。有資料表明［30］:建造預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土船殼為鋼材制作費(fèi)用的75%，而且前者的耐久性明顯優(yōu)于后者。

3.3 開發(fā)宇宙

在未來的宇宙開發(fā)中，混凝土也要占一席之地。在宇宙空間，混凝土系在失重狀態(tài)下硬化，而且還需經(jīng)受+150～－150℃交替溫度變化?，F(xiàn)在人類己創(chuàng)造了登上月球的記錄，要開發(fā)宇宙，就需要有建筑物。在沒有大氣的月球上.水泥混凝土的硬化、安定性、耐久性等問題都耐人尋味。美國(guó)波特蘭水泥協(xié)會(huì)(PCA)早在1986年開始研究直接利用月球表面的材料來制作混凝土，并認(rèn)為水泥混凝土在月球上是耐久的。美國(guó)宇航局戈達(dá)德航天中心的科學(xué)家將碳、膠以及月壤按一定的比例混合后制造成一種月球混凝土［32］，它是一種膠粘而發(fā)出臭味的物資，并且象混凝土一樣堅(jiān)硬牢固。科學(xué)家認(rèn)為:與地球混凝土一樣，月球混凝土也能有效地應(yīng)用于建筑房屋、月球基地等。

4 強(qiáng)化混凝土檢測(cè)和監(jiān)控水平

隨著混凝土向高強(qiáng)化、高性能化發(fā)展，混凝土的質(zhì)量控制就更為重要。以往采用的以28天強(qiáng)度作為控制指標(biāo)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要。核子示蹤技術(shù)、聲發(fā)射技術(shù)、同位素技術(shù)、紅外線攝影技術(shù)、磁學(xué)和自位測(cè)量技術(shù)將在混凝土及其工程與制品的質(zhì)量控制中得到廣泛應(yīng)用。一種便于檢測(cè)混凝土質(zhì)量的“顯色劑”將作為“監(jiān)察性”外加劑而進(jìn)入混凝土的“快速濕態(tài)驗(yàn)收試驗(yàn)”也將得到發(fā)展和應(yīng)用。工程結(jié)構(gòu)混凝土的檢測(cè)、鑒定和修復(fù)技術(shù)也有了巨大的進(jìn)步。

5 促進(jìn)混凝土理論研究

混凝土學(xué)科的理論研究是推動(dòng)混凝土技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力與基礎(chǔ)?；炷翆W(xué)科涉及工藝技術(shù)科學(xué)與材料科學(xué)。在水泥化學(xué)、材料力學(xué)、細(xì)觀力學(xué)、斷裂力學(xué)等多學(xué)科發(fā)展的帶動(dòng)與促進(jìn)下，目前已形成以研究混凝土材料組成、結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系和相互影響規(guī)律為主要內(nèi)容的混凝土材料科學(xué)，它還將進(jìn)一步充實(shí)和提高而形成一門獨(dú)立學(xué)科。特別是在水泥混凝土與有機(jī)高分子材料的復(fù)合、與金屬的復(fù)合以及纖維增強(qiáng)等領(lǐng)域，對(duì)復(fù)合機(jī)理的深入研究必將使混凝土等水泥基復(fù)合材料得到更大的發(fā)展與應(yīng)用。

6 現(xiàn)存的問題

(1)混凝土學(xué)科的理論有待提高混凝土至今仍是一門經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)科學(xué)，還沒有達(dá)到以理論為制定的目標(biāo)成品設(shè)計(jì)和以原材料設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的剪裁與組裝設(shè)計(jì)的水平。

(2)混凝土的體積收縮有待于繼續(xù)改善由于混凝土成型過程的體積收縮目前尚未完全解決，從而導(dǎo)致混凝土工程易產(chǎn)生原生裂隙，降低混凝土抗?jié)B性，影響混凝土耐久性和其他性能。

(3)加速理論模型材料向?qū)嶋H工程應(yīng)用材料技術(shù)的發(fā)展以材料理論模型建立的CBC(化學(xué)粘結(jié)陶瓷)、MDF(無宏觀缺陷)水泥制品和DSP(高致密水泥基均勻體系或微粒壓實(shí)產(chǎn)品)是新的一族高強(qiáng)水泥基材料，它們具有很高的抗壓強(qiáng)度和彈性模量，但限于非結(jié)構(gòu)應(yīng)用。為達(dá)到高強(qiáng)結(jié)構(gòu)應(yīng)用的高韌性要求，法國(guó)Richard等人開發(fā)出摻有鋼纖維的活性粉末混凝土［33－34］，實(shí)際是超塑化的活性粉末砂漿，其水泥用量為1 000 kg·m－3、細(xì)砂與粉石英900 kg·m－3、硅粉230 kg·m－3、水150～180 kg·m－3和鋼纖維630 kg ·m－3，用機(jī)械壓實(shí)的試件經(jīng)400℃熱處理后，抗壓強(qiáng)度可達(dá)680 MPa、抗折強(qiáng)度100 MPa、彈性模量75 GPa?，F(xiàn)在預(yù)測(cè)活性粉末混凝土未來的發(fā)展還為時(shí)過早，因?yàn)楸M管它的初始費(fèi)用高昂、加工技術(shù)復(fù)雜且工程應(yīng)用實(shí)例頗少，但在建筑業(yè)及其他土木工程還是會(huì)有適當(dāng)?shù)挠猛?，特別是在高侵蝕環(huán)境中，大摻量的微纖維使其抗裂性能提高，保證了它的水密性。

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(責(zé)任編輯 王全金)

Development and Application of Modern Concrete

Yu Lehua

(School of Civil Engineering and Architecture，East China Jiaotong University，Nanchang 330013，China)

With the clue of modern concrete evolution，from the perspective of producing technology，concrete properties，engineering application，testing and monitoring，and theoretical research，this paper explores the developing history，status quo and tendency of concrete material at home and abroad.

concrete;cement;property;structure;engineering

TU528

A

1005－0523(2010)04－0001－06

2010－04－29

喻樂華(1962－)，男，教授，研究方向?yàn)榻ㄖ牧稀?/p>