淺論混凝土的歷史及其發(fā)展

李 開 李厚祥

（湖北工業(yè)大學(xué)，湖北 武漢 430068）

淺論混凝土的歷史及其發(fā)展

李 開 李厚祥

（湖北工業(yè)大學(xué)，湖北 武漢 430068）

混凝土問世近兩個世紀來，以其自身的發(fā)展歷史，見證了人類物質(zhì)文明和精神文明的發(fā)展。隨著社會的快速進步，混凝土科學(xué)和技術(shù)也進入高性能高強度、多功能的現(xiàn)代化時期，同時也面臨著資源能源減少，生態(tài)環(huán)境污染的嚴重問題，如何保持可持續(xù)發(fā)展，這就是混凝土工業(yè)的發(fā)展所面臨的重要選擇。

混凝土 可持續(xù)發(fā)展 歷史 生態(tài)環(huán)保

一、概述

在土木工程的建設(shè)材料中，用量最大，使用最廣泛的應(yīng)首推混凝土?，F(xiàn)在，混凝土更加越來越多地應(yīng)用研于現(xiàn)代工程建設(shè)之中，各項大小工程項目的建設(shè)都離不開混凝土材料。同時，混凝土也同其他很多項目的發(fā)展一樣，面臨著可持續(xù)發(fā)展的問題，如生態(tài)問題、環(huán)保問題、節(jié)能問題等等。混凝土作為土木工程中不可缺少的材料，既要保持科學(xué)發(fā)展的態(tài)勢，又要適應(yīng)人類的環(huán)保、生態(tài)、綠色發(fā)展需要。

二、混凝土的歷史

1.混凝土的產(chǎn)生 混凝土問世的歷史，如果從廣義的角度，可追溯到遠古時代。象古埃及、古羅馬和我國的古代，人們就探索用石膏、石灰和火山灰為膠凝材料，用燒石灰、燒粘土、燒石膏等材料配制成混凝土。盡管不能與現(xiàn)在的混凝土相比，但說明混凝土的制作和探索在古代就開始萌芽了。

當(dāng)然，真正意義上的混凝土產(chǎn)生，應(yīng)以1824年水泥的發(fā)明和以水泥作為膠凝材料的混凝土開始，混凝土工程與混凝土技術(shù)才真正意義地開始了自己的發(fā)展歷史。

2.混凝土的發(fā)展歷史 首先是不斷探索和發(fā)明的時期。1824年，英國人發(fā)明了水泥，之后圍繞水泥的生產(chǎn)開創(chuàng)了水泥工業(yè)，水泥的品種逐漸增多，不再是單一的硅酸鹽水泥，用各種水泥拌制的混凝土也開始大量地使用。法國人在1850年用鋼筋網(wǎng)建造了第一條小水泥船，1887年英國人首次發(fā)表了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)計算方法。從此，鋼筋混凝土的時代和對混凝土材料科學(xué)探索時期開始了。1918年，美國人建立子水灰比強度公式，1930年瑞士人應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計法，提出了混凝土強度與水泥強度等級和水灰比之間的關(guān)系，后來混凝土強度增長與膠空比的關(guān)系得到確立。揭示了混凝土強度與毛細空隙的關(guān)系。

第二是不斷提高和完善時期。1928年，混凝土收縮和徐變理論在法國被提出，1934年，干硬性混凝土在前蘇聯(lián)被開發(fā)出來，從此，預(yù)應(yīng)力混凝土和干硬性高強度混凝土飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用于工程之中。到1937年，美國首先用亞硫酸鹽紙漿液作為外加劑以改善混凝土和易性，并獲得提高強度和耐久性的專利。隨后，世界各國紛紛加入了混凝土外加劑研究的行列，這些外加劑的使用，不僅大大提高了混凝土的強度和耐久性，還開創(chuàng)了流動性混凝土的時代。

第三是高強度、高性能混凝土的不斷開發(fā)和使用時期。圍繞混凝土強度的研發(fā)，使混凝土的強度從20世紀30年代的10-30Mpa，一直到20世紀末，高層建筑的泵送混凝土高達110 Mpa?，F(xiàn)在通常把抗壓強度達60 Mpa才被認為是HSC。實驗室研制的HSC例外，因為實驗室用的優(yōu)質(zhì)天然骨料可生產(chǎn)230-460 Mpa的混凝土。高性能混凝土（HPC）是20世紀60年代后才形成的新概念，其含義世界各國有不盡相同的解釋。西方一些國家把HPC定為是一種高彈性模量、高密度、持續(xù)高強度、高韌性、抗侵蝕、抗劣化、低滲透、壽命長的耐久性混凝土。我國專家和學(xué)者從高密實與自密室性、高抗?jié)B性、體積穩(wěn)定性和高抗壓強度的技術(shù)特性解釋高性能，所以，HPC是屬于混凝土科學(xué)技術(shù)的前沿范疇，尚在進一步的研發(fā)過程中。

3.混凝土的發(fā)展現(xiàn)狀 混凝土從1824年問世以來，混凝土的技術(shù)、生產(chǎn)方式、施工技術(shù)等方面都發(fā)生了翻天覆地的變化。其現(xiàn)狀主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

一是預(yù)拌商品混凝土基本取代現(xiàn)場加工的混凝土生產(chǎn)方式，并沖擊預(yù)制混凝土構(gòu)件工業(yè)。自20世紀60年代以來，世界各國的預(yù)拌商品混凝土生產(chǎn)行業(yè)迅速發(fā)展起來，在我國現(xiàn)已遍布城鄉(xiāng)各地，甚至連農(nóng)村的私人住宅都是使用這種預(yù)拌商品混凝土。由于預(yù)拌商品混凝土是以大流動性技術(shù)為支撐的工廠化生產(chǎn)方式，可實行遠距離泵送和現(xiàn)澆，它的技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)保等方面，比起傳統(tǒng)的現(xiàn)場人工或半機械的混凝土加工方式要優(yōu)越得多，所以，越來越受到人們的親睞。相反，預(yù)制混凝土構(gòu)件，象20世紀80年代盛行的“三板一梁“等預(yù)制品越來越受到冷落，致使預(yù)制混凝土構(gòu)件工業(yè)陷入了困境。

二是干硬性及塑性混凝土逐漸被流動性和大流動性的泵送混凝所代替?，F(xiàn)在，外加劑和磨細礦物摻和料的性能提升和使用，混凝土的大流動、宜泵送、不泌水、不離析、宜成型、自密實、自流平等性能，均已達到相當(dāng)?shù)母咚健?/p>

三是輕質(zhì)、高強、多功能的混凝土砌塊，以保護資源和節(jié)約能源的優(yōu)勢，成為我國建筑業(yè)的墻體材料首選?，F(xiàn)混凝土砌塊的品種也在逐漸增多，如加氣砌塊、輕集料砌塊、地面聯(lián)索砌塊、隧道吸音砌塊、河堤護坡砌塊等等。

四是大量開發(fā)和使用高強度、高性能、多品種混凝土?，F(xiàn)在，混凝土強度等級在不斷提高，品種越來越多。 這些多品種、多性能的混凝土以其自身的特點和優(yōu)勢，適用于各種各類的環(huán)境的建筑之中，并發(fā)揮著特殊作用。

三、混凝土的可持續(xù)發(fā)展問題

現(xiàn)在，世界各地基礎(chǔ)建設(shè)飛速發(fā)展，需要大量的建筑材料，其中混凝土用量最大，與混凝土相關(guān)的材料消耗也日益增大。根統(tǒng)計，全球每年混凝土消耗的天然骨料在80億噸以上。以生產(chǎn)1噸硅鹽水泥來計算，所需1.5噸石灰石，還需要一定數(shù)量的煤、電、石油等原能，并向大氣釋放約1噸二氧化碳，還排放一定數(shù)量的粉塵、二氧化硫、氮氧化物等重金屬污染物。全球二氧化碳等污染物7%來自水泥工業(yè)。如此之大的資源消耗和嚴重的環(huán)境污染，如果沒有有效的節(jié)制措施，將直接威脅著人類和整個地球的生命。

但是，社會要前進，人類要發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也不可能停步，而且還是高速、快速的姿態(tài)。面對快速發(fā)展建設(shè)的需求和日益嚴重的環(huán)境污染，做到既要保證基礎(chǔ)建設(shè)步伐加快，又要降低資源能源的消耗、減少污染物的排放，這就是我們需要關(guān)注并得到解決的矛盾。要使這一矛盾得到解決，混凝土工業(yè)須走要可持續(xù)發(fā)展的道路。

目前，混凝土走可持續(xù)發(fā)展的道路，需解決好四個問題：一是節(jié)能減排。利用工業(yè)廢渣和天然礦物，減少水泥熟料的用量，尤其是工業(yè)廢渣的利用，具有非常大的潛力。這樣做既解決了工業(yè)廢渣的污染，又節(jié)約了混凝土的原材料，一舉雙贏。同時應(yīng)加大科研力度，改善水泥生產(chǎn)工藝，做到低排放、低能耗或?qū)ふ倚滦湍z凝材料，以替代水泥。二是提高混凝土的耐久壽命?；炷凉I(yè)的專家和學(xué)者們應(yīng)從多方面考慮，如何綜合各方面的因素，使其耐久壽命的延長。三是基礎(chǔ)工業(yè)設(shè)施建設(shè)的規(guī)劃要科學(xué)化、全面化、長遠化。不要今天建設(shè)，明天挖，這是對能源和資源的最大浪費。四是生態(tài)環(huán)保應(yīng)貫穿于混凝土生產(chǎn)和使用的全過程。除了在生產(chǎn)混凝土所消耗資源能源帶來的生態(tài)環(huán)境問題外，混凝土釋放有害物質(zhì)和其廢棄物都會影響生態(tài)環(huán)境，所以，還需加大對混凝土的使用期以及廢棄的環(huán)境問題研究。

四、結(jié)束語

混凝土問世近兩個世紀來，見證了人類社會的發(fā)展，也為人類的進步和文明建設(shè)發(fā)揮了巨大作用?，F(xiàn)在面臨著資源和能源日益減少、生態(tài)環(huán)境污染日益加大的問題?；炷寥绾伟l(fā)展，如何做到繼續(xù)在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，承擔(dān)主要作用，又要達到節(jié)能減排的生態(tài)環(huán)保標(biāo)準，這就是眾多專家和學(xué)者們?yōu)榛炷量茖W(xué)發(fā)展所研討的可持續(xù)發(fā)展道路。

[1]葉志明，土木工程概論，北京，高等教育出版社2009年1月

[2]文梓蕓等，混凝土工程與技術(shù)，武漢，武漢理工大學(xué)出版社，2004年12月

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