现代混凝土新技术1

现代混凝土新技术

一前言

水泥混凝土—古老而年轻的工程材料

公元前7000年—石灰混凝土

公元前300年—古罗马混凝土应用

公元前130年—Vitruvius 记载了气硬性和水硬性材料

1756-1759年—现代水泥雏形

1824年—波特兰水泥诞生

二混凝土技术的发展历程

自1824年进入近代混凝土时代以来的将近两个世纪中，混凝土发展历史上走过了以下几个里程碑：

1）加（钢）筋混凝土的出现

1850年法国人朗布特（lambot）首先创造了一条钢丝网水泥船。此后又有人用钢筋来增强混凝土，提高混凝土的抗拉强度，克服混凝土抗拉强度低的缺陷。此后一百多年中钢筋混凝土结构逐步成为世界上应用最最为广泛、适用性最强的土木工程材料。然而混凝土技术的发展在最初的一百年间发展十分缓慢，1887年钢筋混凝土作为复合材料（钢.混凝土复合材料）的计算理论由科伦（M.Keemen)首先提出。然而，混凝土的强度如何计算在当时还无理论公式来计算。直至1918年艾拉姆斯（D.A.Abrams）发表了著名的水灰比理论后才认为混凝土强度是可以计算的。

2）预应力技术的发明

1928年法国的弗列什涅（E.Fveyssinet）发明了将配置在混凝土中的钢筋进行张拉，利用钢筋弹性变形恢复给混凝土施加预应力的方法来提高混凝土抵抗荷载作用所产生的拉应力的能力，从而提高了混凝土的抗裂性能。这是钢筋混凝土作为一种复合材料，充分利用分散相提高基础相性能的一项重大发明，奠定了预应力混凝土的理论基础。随着预应力混凝土技术的发明和提高，又促进了对混凝土强度、收缩、徐变等力学性能的研究，且日趋成熟，反过来又促进了预应力混凝土技术的发展和进步。预应力混凝土出现至今的八十多年间，促使现代混凝土工程技术发生了一次又一次的飞跃。高端的的预应力混凝土结构解决了许多钢结构在制造工艺上无法克服的许多问题。如高压储罐由于钢结构罐壁的厚度太厚，无法焊接。再如核电站的核燃料容器的防辐射等问题也只有采用厚壁预应力钢筋混凝土结构才可望实现。

3）外加剂（减水剂）的研制成功

1935年美国的E.W斯克里普彻（Sclipture)研制成木质素磺酸盐类混凝土外加剂是混凝土发展史上的又一个里程碑。然而混凝土外加剂被人们真正的重视和技术上的飞跃是在1962年日本花王碱公司的服部健博士研制成功β—萘磺酸盐缩合物钠盐和德国化学家研制成功的三聚氰胺系列高效减水剂以后。大流动混凝土和自密实混凝土技术都是建筑在高效减水剂技术上的。在混凝土中掺加这一类高效减水剂后才有可能将混凝土的水灰比降低到0.2-0.3，才有可能拌制出坍落度达220mm以上的大流动混凝土，也才有可能配制出强度等级达C100甚至更高的高强度混凝土。到上个世纪末，又一新型混凝土外加剂—聚羧酸类超塑化剂被研制出来。

4）混凝土掺合料技术

到了上世纪七十年代，人们对混凝土的改性技术，提出了越来越高的要求，随着人们对新拌混凝土性能、混凝土水硬化过程中体积稳定性的要求、硬化混凝土一系列物理力学性能的要求以及混凝土耐久性要求的提高；随着人们对材料性能设计的认识不断深入，对地球环

保意识的价钱，走可持续发展的道路已是从事材料科学研究的工程技术人员的一项重要的任务。近三十年来混凝土掺合料技术的发展同样是非常的迅速。从最初的粉煤灰材料，逐步向水淬矿渣粉、沸石粉、硅粉、石灰石粉以及上述各种粉状材料的复合掺合料，各类工业废料，和锂（L）渣粉等正在逐步开发出来。混凝土掺合料正在作为混凝土的第六组分被人们重视。5）高性能混凝土（High-Performance Concrete)

高性能混凝土是上世纪八十年代后期到九十年代初期，才由世界上一些有影响的混凝土科学方面的研究单位和学者提出的一个有关混凝土性能方面的崭新的概念。这些性能概括起来可以包括极好的工作性，优良的长期力学性能早高强、高韧性，耐久性好、水硬化过程中体积稳定性好并且均匀等方面。随着混凝土工程技术的不断进步，工程实践经验的逐步积累，对混凝土性能认识的不断深入，人们已经认识到混凝土性能最终是为工程服务的。所以符合工程目标性能要求的混凝土才是“高”性能的。

6）其他

除上述几个具有里程碑意义的技术突破以外，在进入近代混凝土时代的一百八十年历程中，尚有补偿收缩混凝土、自应力混凝土、纤维混凝土、轻混凝土、聚合物的混凝土……等等重要的技术领域，不断的被发明和受到重视。

水泥混凝土技术发展的驱动

混凝土增强材料、混凝土外加剂、混凝土掺合料

水泥混凝土发展的趋势

更快——工作性

更高——强度

更强——韧性、耐久性

功能化——轻质、装饰、特性......

更绿——可持续发展

三、高性能混凝土发展与应用

3.1 高性能混凝土定义与发展

20世纪80年代，美国国家材料委员会提出：要为新世纪的基础设施建设开发高性能的建筑材料，包括钢材、混凝土、塑料等。

1990年5月，在美国马里兰州Gaithers-burg城由NIST和ACI主办了第一次关于HPC 的国际研讨会，会议首次提出关于高性能混凝土的定义。

1990年高性能混凝土国际研讨会提出了高性能混凝土的定义：具有所要求的性能和匀质性的混凝土。例如易于浇筑和压实而不离析、高长期力学性能、高早强、高韧性、体积稳定、严酷环境中使用寿命长。

采用传统的组分、普通的搅拌、浇注与养护操作，是不可能日常生产这种混凝土的。高性能混凝土的特性，是针对一定的应用和环境所要求的。例如：易于浇注、早期强度、渗透性、水化热、体积稳定性、可捣实、不离析、长期力学性质、密度、韧性、在服务环境中运行寿命长久。

美国混凝土学会在1998年提出，高性能混凝土的许多特性是互相关联的，改变其中一个牵扯到一或多个其他特性发生变化。因此，如果对某一应用提供的混凝土有若干特性必须同时满足，则必须将其中每一项都在合同书上规定清楚。

国内高性能混凝土的定义为：中国工程院院士吴中伟提出：高性能混凝土为一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土，是以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途的要求，对下列性能有重点的加以保证：耐久性、施工性、适用性、强度、体积稳定性和经济性。