未来混凝土的发展及设想
未来混凝土的发展及设想
10330051102800125姜超
摘要：本文介绍了混凝土的发展历史，重点对比介绍国内外混凝土的发展现状，分析目前混凝土发展所面临的一系列问题，并由此提出了改善自身缺陷的新工艺和施工新方法，展望未来混凝土的发展趋势，就可持续发展混凝土提出一些设想。
关键词：混凝土发展现状存在问题发展趋势
第1章绪论
混凝土，简称为“砼”：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，有着一个悠久的发展历史和重要而广泛的应用。
1.1混凝土的发展
1900年，万国博览会上展示了钢筋混凝土在很多方面的使用，在建材领域引起了一场革命。法国工程师艾纳比克1867年在巴黎博览会上看到莫尼尔用铁丝网和混凝土制作的花盆、浴盆和水箱后，受到启发，于是设法把这种材料应用于房屋建筑上。1879年，他开始制造钢筋混凝土楼板，以后发展为整套建筑使用由钢筋箍和纵向杆加固的混凝土结构梁。仅几年后，他在巴黎建造公寓大楼时采用了经过改善迄今仍普遍使用的钢筋混凝土主柱、横梁和楼板。1884年德国建筑公司购买了莫尼尔的专利，进行了第一批钢筋混凝土的科学实验，研究了钢筋混凝土的强度、耐火能力。钢筋与混凝土的粘结力。1887年德国工程师科伦首先发表了钢筋混凝土的计算方法；英国人威尔森申请了钢筋混凝土板专利；美国人海厄特对混凝土横梁进行了实验。1895年——1900年，法国用钢筋混凝土建成了第一批桥梁和人行道。1918年艾布拉姆发表了著名的计算混凝土强度的水灰比理论。钢筋混凝土开始成为改变这个世界景观的重要材料。
其实，混凝土可以追溯到古老的年代，其所用的胶凝材料为粘土、石灰、石膏、火山灰等。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。
20世纪初，有人发表了水灰比等学说，初步奠定了混凝土强度的理论基础。以后，相继出现了轻集料混凝土、加气混凝土及其他混凝土，各种混凝土外加剂也开始使用。60年代以来，广泛应用减水剂，并出现了高效减水剂和相应的流态混凝土；高分子材料进入混凝土材料领域，出现了聚合物混凝土；多种纤维被用于分散配筋的纤维混凝土。现代测试技术也越来越多地应用于混凝土材料科学的研究。
1.2混凝土的重要性
混凝土具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，因而使其用量越来越大。同时混凝土还具有抗压强度高，耐久性好，抗震耐火，可塑性较好，强度等级范围宽等特点，这些特点使其使用范围十分广泛，不仅在各种土木工程中使用，就是造船业，机械工业，海洋的开发，地热工程等，混凝土也是重要的材料。据不完全统计，现代建筑85%以上使用了混凝土，由此可见混凝土的重要地位。
图1-1韩国现代混泥土木板房设计
图1-2海边拾贝壳--韩国釜山歌剧院
第2章国内、外混凝土的发展现状
虽然混凝土有着广泛的应用，发展了较长时间，但由于不同国家混凝土的起步时间和发展速度不一，致使各国混凝土的发展现状有所不同。
2.1混凝土发展现状概述
混凝土作为土木工程材料的一种，从最初的素混凝土到现在应运十分广泛的钢筋混凝土，再到预应力钢筋混凝土，以至后来的聚合物混凝土，每一次都引起了建筑设计上的一次次革命，但每一次混凝土的进步都是顺应土木工程材料多功能化、高性能化等发展趋势的，同时也是在不断地尝试着改变自身的某些缺陷。
目前国内外运用最多的混凝土是钢筋混凝土和预拌混凝土，除此之外，其他的混凝土，如轻集料混凝土、硅酸盐水泥耐火混凝土与耐热混泥土、泵送混凝土等等，在现代建筑中运用也越来越广泛，它们不仅在满足建筑施工和强度等上有着良好的性能，还具有某一方面或某些方面较为突出的优点。
随着混凝土外加剂的使用，如减水剂的广泛应用，出现了高效减水剂和相应的流态混凝土；随着高分子材料进入混凝土材料领域，出现了聚合物混凝土；多种纤维被用于分散配筋的纤维混凝土。现代测试技术也越来越多地应用于混凝土材料科学的研究。
总之，目前混凝土的发展呈现出“百花齐放”的局面，在已有种类混凝土的基础上，各种新型材料和各种新型技术不断运用其中，在不断改善自身缺陷的同时，朝着复合化和多功能化、高性能化、智能化、绿色化的方向进一步发展。下面就当下建筑中运用较多的钢筋混凝土和预拌混凝土国内外发展现状作简要对比：
2.1.1钢筋混凝土
目前在中国，钢筋混凝土为应用最多的一种结构形式，占总数的绝大多数，同时也是世界上使用钢筋混凝土结构最多的地区。据发改委相关数据显示，该地区其主要原材料水泥产量已于2005年达到10.60亿吨，占世界总产量48%左右。
钢筋混凝土中的受力筋含量通常很少，从占构件截面面积的1%（多见于梁板）至6%（多见于柱）不等。钢筋的截面为圆型。在美国从0.25至1英尺，每级1/8英尺递增；在欧洲从8至30毫米，每级2毫米递增；在中国大陆从3至40毫米，共分为19等。在美国，根据钢筋中含碳量，分成40钢与60钢两种。后者含碳量更高，且强度和刚度较高，但难于弯曲。
2.1.1.1钢筋混凝土的优势
混凝土是水泥（通常硅酸盐水泥）与骨料的混合物。当加入一定量水分的时候，水泥水化形成微观不透明晶格结构从而包裹和结合骨料成为整体结构。通常混凝土结构拥有较强的抗压强度（大约3000磅/平方英寸,35MPa）。但
是混凝土的抗拉强度较低，通常只有抗压强度的十分之一左右，任何显著的拉弯作用都会使其微观晶格结构开裂和分离从而导致结构的破坏。而绝大多数结构构件内部都有受拉应力作用的需求，故未加钢筋的混凝土极少被单独使用于工程。
相较混凝土而言，钢筋抗拉强度非常高，一般在200MPa以上，故通常人们在混凝土中加入钢筋等加劲材料与之共同工作，由钢筋承担其中的拉力，混凝土承担压应力部分。例如在简支梁受弯构件中，当施加荷载P时，梁截面上部受压，下部受拉。此时配置在梁底部的钢筋承担拉力，而上部混凝土承受压力。在一些小截面构件里，除了承受拉力之外，钢筋同样可用于承受压力，这通常发生在柱子之中。钢筋混凝土构件截面可以根据工程需要制成不同的形状和大小。
这些优势使得现代高层建筑成为可能，而随着全球人口的不断剧增，人均可用土地面积的不断减少，对于修建高层建筑来缓解这种压力的要求日益迫切，因而钢筋混凝土不论在当下还是未来较长一段时间内都有着广阔的运用前景和发展空间。而就中国国内混凝土发展形势来看，与国外特别是欧美相比，我国的钢筋混凝土的性能要求还不能到达到修建较高层建筑的要求，使用寿命（耐久性）也达不到一些大型建筑工程要求，因而国内钢筋混凝土的发展空间和潜力更大,也正是国内混凝土发展的现状之一。与此同时钢筋混凝土发展现在也面临着挑战。
2.1.1.2钢筋混泥土的缺陷
钢筋锈蚀与混凝土的冻融循环会对破坏混凝土的结构造成损伤。当钢筋锈蚀时，锈迹扩展，使混凝土开裂并使钢筋与混凝土之间的结合力丧失。当水穿透混凝土表面进入内部时，受冻凝结的水分体积膨胀，经过反复的冻融循环作用，在微观上使混凝土产生裂缝并且不断加深，从而使混凝土压碎并对混凝土造成永久性不可逆的损伤。钢筋锈蚀的主要原因有：
混凝土中的孔隙水通常是碱性的，钢筋在pH值大于9.5时是惰性的，不会发生锈蚀。空气中的二氧化碳与水泥中的碱反应使孔隙水变得更加酸性，从而使pH值降低。从构件制成之时起，二氧化碳便会碳化构件表面的混凝土，并且不断加深。如果构件发生开裂，空气中的二氧化碳将会更容易更容易进入混凝土的内部，进一步发生碳化。
除此之外，还有氯化腐蚀、碱骨料反应、高铝水泥的晶体转变、硫酸盐腐蚀到等都会造成钢筋腐蚀，使得混凝土的强度降低。
综上述，目前钢筋混泥土在运用中受环境介质的影响因素很大，我们必须保证其在使用寿命年限内钢筋不发生腐蚀或不发生较大腐蚀，因而目前国
内外的研究在一定程度上也着重于钢筋的防锈上，这也是未来一段时间需要攻克的地方。
2.1.2预拌混凝土
现代混凝土是由水泥、矿物掺合料、砂、石、空气、水和外加剂等组成的多相聚集体,并能满足“高工作性、高早强增强和高耐久性”的基本要求的复合材料,它与传统混凝土在组成、配合比设计、施工方式等方面有着巨大不同。预拌混凝土(RMC)是现代混凝土技术发展史上的重大进步,是建筑施工走向现代化的重要标志。它在混凝土生产总量中所占比例大小,从很大程度上反映出一个国家混凝土工业和建筑施工水平的高低。
我国预拌混凝土行业的现状我国预拌混凝土技术发展起步较晚。70年代末,首次从日本购进成套混凝土搅拌站、搅拌输送车和输送泵,开始了我国预拌混凝土生产和泵送混凝土施工。1978年常州市建立预拌混凝土搅拌站,以商品形式向用户提供混凝土。同年,上海宝钢购进日本成套设备,建成生产能力50万立方米预拌混凝土搅拌站。20世纪80年代中期是混凝土搅拌站第1次建站高峰,90年代是第2次建站高峰,也是我国预拌混凝土行业成熟和发展最快的一个时期。20多年来,混凝土生产企业如雨后春笋般迅猛发展,已成为中国建筑业一支朝气蓬勃的生力军。进入21世纪,随着国民经济的持续快速发展,混凝土生产企业更是风起云涌,市场呈现出勃勃生机。2006年,全国预拌混凝土供应量4.76亿立方米,比2005年增加1.07万立方米,增幅为29.17%;预拌混凝土年搅拌能力10.81亿立方米,比2005年增加1.95亿立方米,混凝土搅拌站2891个,比2005年增加46个。由此可以看出我国的预拌混凝土正处于一个“井喷”
阶段。
2.1.2.1现代混泥土与传统混泥土的差异
预拌混凝土(RMC),是现代混凝土技术发展史上的重大进步,是建筑施工走向现代化的重要标志。同时,预拌混凝土的出现与应用也标志着传统混凝土进入现代混凝土时代的到来。
从混凝土的施工方式角度来讲,预拌混凝土的生产工厂化和施工机械化,相对于建筑企业在工地自行拌制混凝土的传统方式而言,具有保障建筑工程质量、保护城市环境、节约水泥用量、提高施工效率和实现文明施工等诸多优势。从混凝土的组成角度来讲，如表2-1所示,大量使用矿物掺合料(粉煤灰、磨细矿渣、硅灰等)和适量添加外加剂(减水剂、防水剂、速凝剂、膨胀剂等)是预拌混凝土的一大特点与有益尝试，它不但能解决特殊工程的实际需要(水工混凝土、泵送混凝土、透水混凝土等)，还能满足现代混凝土配合比设计的“多功能、少水泥用量”的要求，达到降低原材料的直接成本的效果。掺合料
和外加剂的掺加，可以使每立方米混凝土直接成本减少15~20元,这可以完全抵消混凝土从搅拌站到施工现场之间的运输费用。目前,单位体积混凝土中水泥熟料的用量逐渐减少,混凝土技术水平较高的混凝土企业PⅡ52.5水泥的使用量只有150公斤左右,这也得益于外加剂和矿物掺合料的应用。与此同时,矿物掺合料和外加剂的应用迎合了国家对固体废弃物“减量化、资源化、无害化”
的管理战略原则与政策导向。
组成传统混凝土现代混凝土胶凝材料水泥(PO42.5)水泥(PO42.5)
——矿物掺合料粗骨料卵石或碎石卵石或碎石
细骨料天然砂天然砂
水水水
外加剂——外加剂
表2-1现代混凝土和传统混凝土组成的差异
2.1.2.2国内商品混凝土相关统计
现代混凝土根据生产工艺主要分预拌混凝土(RMC)和预制混凝土(Precast Concrete),都是工业化自动配料生产,区别于传统的现场人工配制混凝土。其中,预拌混凝土占现代混凝土总量(约25亿立方米)的比重大,而预制混凝土只占混凝土总量的10%左右,占比相对较小。
由图2-1可见,我们可以清楚地了解2010年我国现浇混凝土比重分布情况,现拌混凝土仍然是我国现浇混凝土的主要生产方式,约占60%,这也预示着我国预拌混凝土市场还有很大的发展空间。随着我国现浇混凝土产业结构的调整和建筑施工水平的提高,预计传统现拌混凝土的占比将逐步缩小到10%~20%,而预拌混凝土将占据市场主导地位,占比达到80%~90%,甚至更高。城市商品混凝土占预拌混凝土的60%左右。在国家扩大内需政策以及“十一五”发展规划引导下,一批重点基础建设项目、交通项目纷纷上马。由于这些项目的建设施工用混凝土都是系统内自供预拌混凝土,预计到2014年后,随着大型基建项目的陆续完工,系统内自供预拌混凝土的产量将有所减少。
图2-12010年现浇混凝土比重分布
2.2欧美混凝土发展现状
欧美混凝土预拌混凝土行业现状ERMCO是欧洲预拌混凝土协会成员国的英文缩略名称。欧美大部分国家RMC（预拌混泥土）已经发展到成熟阶段,RMC的人均消费量基本稳定或略有下降。除了希腊、西班牙、土耳其等少数国家的预拌混凝土产量保持相对较快增长外,其余欧盟国家包括美国和俄罗斯近三年的预拌混凝土产量增长趋缓甚至下降。预拌混凝土人均消费量维持1.0m3/capita 的高位,西班牙、冰岛等国甚至达到了2.1m3/capita这样的水平,相对于中国0.4m3/capita来说,这些国家的预拌混凝土发展已经进入了成熟阶段。
欧美大部分国家RMC单个工厂的供应量较小,平均年产量3.5万立方米,人均不足3000立方米；除捷克及斯洛伐克外,欧洲混凝土搅拌运输车单车年运输量约为3500立方米左右,美国企业基本依靠自有运输,而欧洲企业租赁比例超过50%。
表2-2欧美预拌混凝土数据一览
由于欧洲的基础设施已经较为完善,向中国一样出现大规模的建设热潮可能性较小,未来欧洲预拌混凝土的增长空间有限。
2.2.1欧美混凝土近30年的发展
美国预拌混凝土使用的水泥占全部消费的75%左右,主要和美国的大量木结构房屋有关,这样砂浆等其他用途的水泥使用占比就较小。作为全球最为成熟的预拌混凝土市场,美国的预拌混凝土制造商达2300多家,境内的工厂数将近6000多家。由于房地产次级贷款引起经济危机的影响,美国2008年销售混凝土约2.7亿立方米,较上年下降15%左右,人均消费混凝土从2006年的1.2下降到2008年的1立方米左右,2009年下半年建筑市场开始有所好转。
2.2.2目前欧美混凝土的发展
由于美国人均收入和消费较高的原因，其对建筑装饰和居住舒适度的要求越来越高，这直接提高了对土木工程材料的要求。而混泥土作为现代建筑使用最广泛的材料，其自身扮演的角色也越来越重要和要求也越来越高，不仅要求承重，具有一定强度，良好的耐久性能等，同时人们对于其绿色环保和节能性，以及在改善自身缺陷上提出了更为高的要求和期望。
以在70多年前就出现的泡沫混凝土为例，它不仅能满足保温的要求，还有优于泡沫塑料的特点，不像泡沫塑料那样容易引起火灾，进而后来取代了泡沫塑料。同时，其自己具有保温功能，减少了能源消耗和因取暖而产生的有害物质，满足了绿色环保的新型要求。由普通混凝土到泡沫混凝土的过渡是材料发展的一个必然趋势，它符合材料发展的绿色化、多功能化要求。但由于历史发展条件不成熟，直到现在才迎来其高速发展的时代。由此可见，混凝土发展不但要适应于土木工程材料大的发展趋势（绿色化、多功能化、高性能化、智能化），还要依赖与历史条件的发展。
当下欧美对于混凝土的性能要求比中国高许多，他们着重于对一些新型高性能、多功能混凝土的研究和探求新工艺改善混凝土自身的缺陷。
2.3中国混凝土发展现状
2.3.1中国混凝土历年产量
受全球经济危机的影响,中国2008年的商品混凝土市场受到了不小冲击。
商品混凝土的增长率首次低于20%,约16.35%。不过相对于欧盟-8.6%、美国-14.3%的增长率而言,中国的商品混凝土市场仍然表现活跃。这也符合目前中国商品混凝土行业进入高速发展时期的特征（如图2-2）。
面对复杂的全球及国内经济形势,预未来3年,城市商品混凝土的增长率估计维持在15%左右,但预拌混凝土仍将保持高速发展的势头。受华东及其他沿海地区商品混凝土市场发展的“瓶颈效应”限制,全国商品混凝土总量未来增长动力主要来自于“禁现”政策执行较晚的中西部地区。
图2-22000~2010年中国商品混凝土产量
2.3.2中国商品混凝土发展现状
中国混凝土发展正处于高速发展期:从1991~2014年左右,由于宏观经济快速发展,这个时期中国工业格局出现了新的变化,面对资源和环保的要求,市场经济及产业“禁现”政策的影响,以及混凝土多种新组分技术的发展和应用,预拌混凝土行业呈现高速成长,并由粗放型向技术及服务型转变。这是行业发展步入的最佳时期,相关产业商机开始显现,2009年除西部建设作为纯粹的混凝土企业成功上市外,水泥企业如华润水泥、金隅水泥、华新水泥、亚泰水泥、冀东水泥也通过融资大力发展商品混凝土,并都实施了区域战略布局。
但是中国商品混凝土区域集中度过高,华东地区商品混凝土占据半壁江山,发展极不平衡。2008年,虽然广大中西部地区的商品混凝土产量增长速度较快,如重庆市增长38.3%、四川增长48.8%、新疆增长41.6%,但所占比例仍然较小,未来发展空间较大。
2.4国内、外混凝土发展现状对比综述
从上面可以看出：与国外相比，我们国家的混凝土发展起步交晚，发展较快，目前正处于混凝土发展的高潮期，而国外混凝土已发展成熟；同时我国生产的混凝土各项技术性能和混凝土产量等还落后于欧美，施工技术水平也不尽完善，有很大的拓展空间，而欧美近乎饱和。除此之外，无论国内还是欧美，当下混凝土研究方向都是趋于多功能、高性能、绿色可持续发展化等方向和寻求进一步改善自身缺陷新途径方面发展。
第3章目前混凝土发展面临的问题
尽管混凝土发展了近两个世纪，即使欧美等混凝土发展较成熟的国家也面临着各种各样的问题。目前混凝土发展不仅面临着来自自身的问题，如自身组成材料造成的缺陷和发展上综合性能差等；还面临这新时代背景下对材料提出的新的要求，如改善目前混凝土的较差可持续发展性；也存在对施工方面的技术要求高和不能协调作业的问题，如混凝土现场施工的高技术要求与技术人员素质不高的差距，“水泥-混凝土-工程结构”各层次研究的分离。由此可见当代混凝土发展还需要克服诸多困难，还有很长的路要走。
3.1混凝土自身缺陷
自重大。由于混凝土自重较大，加上需要承载，故对其强度要求较大。
如果单方面增加建筑支撑结构的受力面积，那么耗材太多，不经济。尽管钢筋混凝土在一定程度上提高了其强度，特别是抗拉强度，但较大的自重仍然有碍于高层建筑的建造。若在一定程度上减小自重，那么相同量的混凝土做成的支撑结构可以承受的重量（除自身外）更大了，可以很好地承载建筑物内部的其他设施的重量，这样使得建筑本身的安全性能得到了保障，也更加绿色化（经济节约）。
易收缩开裂。混凝土裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象,它的出现不仅会降低建筑物的抗渗能力,影响建筑物的使用功能,而且会引起钢筋的锈蚀,混凝土的碳化,降低材料的耐久性,影响建筑物的承载能力,因此要对混凝土裂缝进行认真研究,区别对待,目前混凝土早期裂缝大多是由于初凝前后干燥失水引起收缩应变和水化热产生的热应变造成,通常混凝土应力2/3来自温度变化,1/3来自干缩和湿胀。
缺陷隐蔽。由于目前对于混凝土构件某些性能（如质量分布均匀情况、钢筋混凝土中钢筋的分布均匀情况）还没有有效的检测方法（即缺陷隐蔽），而只能严格控制施工过程，提高监督力度，才能使生产的构件尽可能合格，否则一旦应用于工程中就会存在较大的安全隐患。
质量易波动。为保证混凝土的运输、施工成型要求混凝土具有一定的流动性，也正是因为这个原因易造成得到的构件质量分布不均匀，波动较大，且由于其隐蔽性，不便于检测发现问题。除此之外，施工本身也难以确保混凝土构件质量分布绝对均匀。
3.2混凝土综合性能差
目前混凝土发展向着各个方向，往往片面追求某一方面性能的无限提高，却忽视了其他性能的同步协调提高，使得混凝土的整体综合性能较差。
例如，提高混凝土强度的方法是采用高标号水泥、降低水灰比和增加单方水泥用量,片面提高强度而忽视其他性能的倾向,会造成水泥生产向大幅
度提高比表面积和增加硅酸三钙、铝酸三钙的含量发展,增加了水泥中水化热大、收缩倾向大、抗化学侵蚀性差的组分。混凝土中单方水泥用量增加,也造成了混凝土收缩增大和由于内部温升增大、产生温差应力而增加开裂的倾向，因此高强不一定耐久。这样生产的混凝土也缺乏实际运用价值。
目前生产的轻混凝土具有自重轻的优点，但往往强度较钢筋混凝土低；
而硅酸盐水泥耐火混凝土，耐火性能好，但自身水化热大，不适用于大体积混凝土工程。近来提出了高性能混凝土，所谓的高性能混凝土就是要综合提高混凝土的各项技术指标，并且各项性能得到协调发挥。
3.3混凝土的可持续发展性差
所谓混凝土的可持续发展性是指利用现代混凝土科学技术延长混凝土的使用寿命，尽量减少造成修补或拆除的浪费和建筑垃圾，大量利用优质的工业废弃物和矿石，尽量减少自然资源和能源的消耗，减少对环境的污染，并且废弃建筑物的混凝土易于回收再利用。可持续发展的本质是努力应用科学的、技术的和经济的知识，去纠正由于无节制的技术激增所造成的负面后果。它是对于当代混凝土在发展高性能化的前提下的侧面优势弥补手段。
而当下发展的混凝土基本都不能满足这项要求。在混凝土自身出现缺陷或破坏的情况下不能进行自我修补；混凝土生产还主要依赖自然资源，不能有效的利用工业废弃物和建筑垃圾；混凝土构件本身达不到防辐射、防噪声等高性能绿色化要求；废弃建筑混凝土不能有效回收利用，而回收成本也较高，造成一次性资源利用浪费，坚硬的混凝土块丢弃还会破坏环境……以上这些缺点都是现代混凝土不能满足可持续发展性造成的。
3.4混凝土施工技术要求过高
当前为保证混凝土的各项技术指标，使生产的混凝土构件合格，必须严格控制操作过程，对施工人员的技术水平要求较高。但当前中国国内很多都是民工，缺乏相应的技术水平，这使得生产的混凝土构件在很大程度上有不合格的风险。有人曾提出能生产一种高性能“傻瓜混凝土”，“什么人都能做”。这种想法源于对现场一线施工人员素质下降而影响混凝土施工质量的无奈。如果真能如此就不必太担心由于施工人员技术水平问题而影响混凝土构件的质量。
3.5混凝土“生产--使用”层次的分离
现在各层次研究分离的情况下,本应是整体的水泥-混凝土-工程结
构,由于分属不同领域,造成其工程技术人员“隔行”。在当前进入高性能混凝土时代之际,会出现矛盾而影响工程质量和混凝土科技的进步。例如,随着建设的发展,工程结构设计人员要求提高混凝土强度,提高混凝土强度则要求水泥提高标号(为了工程的进度和经济的缘故还要求提高水泥早期强度)；而不懂混凝土的结构设计人员并不知道混凝土的强度是怎样提高的；混凝土的生产者也不了解水泥标号(或早期强度)的提高是采取了什么措施,而这种措施反过来会对混凝土的其他性能和工程有什么影响。水泥的生产者并不了解混凝土技术的进展,不知道水泥的性质如何与混凝土技术相适应,结果导致发生使用外加剂的混凝土流变性能的问题、大体积混凝土的温度应力问题、收缩开裂的问题、混凝土的长期性能问题等。水泥最终要体现到工程上去,向工程渗透,才能符合工程实际。混凝土科学技术人员不仅要了解水泥除强度以外的各种物理力学性能,而且要增加一些水泥组成和工艺的知识,还应了解施工的知识和结构、构造的知识;反之,结构工程设计和施工技术人员必须深化水泥、混凝土的知识,才能知如何对水泥提出全面而正确的要求,并正确地使用混凝土。
3.6混凝土工程的维护费用高
水泥混凝土从问世以来，经历了低强度、中等强度、高强度乃至超高强度的发展历程，似乎人们总是乐于追求强度的不断提高。但是近四五十年以来，混凝土结构物因材质劣化造成过早失效以至破坏崩塌的事故在国内外都屡见不鲜，并有愈演愈烈之势。这些混凝土工程的过早破坏，其原因不是由于强度不足，而是由于混凝土耐久性不良。例如，在日本海沿岸，许多港湾建筑、桥梁等，建成后不到10年的时间，混凝土表面即出现开裂、剥落，钢筋锈蚀外露。美国1991年在提交国会的报告《国家公路和桥梁现状》中指出，美国当时的全部混凝土工程价值约6万亿美元，而每年用于维修的费用高达300亿美元；日本目前每年仅用于房屋结构维修的费用即达400亿日元以上，日本引以自豪的“新干线”使用不到10年就出现大面积混凝土开裂、剥蚀现象。
我国基本建设比发达国家迟三十多年，但已建的一些工程也有类似令人堪忧的状况，有不少混凝土工程使用寿命远低于设计要求。据统计，我国现有建筑面积50亿平方米，其中约23亿平方米需分期分批进行鉴定加固，近10亿平方米急需维修加固。截至1997年年底，驰名中外的安徽佛子岭、梅山、响洪甸三座老坝共亏损1亿多元，仅佛子岭1997年一年就亏损1700万元，而在修补佛子岭的设计预算中，只修两个拱就需要1400万元。港口码头工程，特别是接触海水工程，其受冻破坏的现象更为严重，
破坏的结构主要是防波堤、胸墙、码头、栈桥等，地处寒冷地区的水电站、工业厂房、铁道桥涵、交通部门的混凝土路面、桥梁及市政工程等的混凝土，接触雨水、蒸汽的部分，排水系统及受渗透水作用的部分，都受到了冻融破坏，如通辽发电厂的冷却塔，筒壁混凝土由于渗水致使混凝土遭受冻融破坏而发生表皮剥落、空鼓等现象。
为使上述及类似工程继续发挥作用，各部门每年都要耗巨资加以维修，根据以往经验，混凝土工程安全使用期和维护使用期的比例为1：3～10，但维护使用期的维修费用却高达建设费用的1～3倍。我国南方海港浪溅区钢筋混凝土建筑物由于以往设计标准偏低和施工质量问题，通常使用8～10年即出现因氯盐腐蚀钢筋引起的开裂剥落破坏，维修费用及由此造成的直接、间接经济损失惊人，有专家预计，21世纪初我国将出现混凝土结构物的维修高潮，每年所需的维修费用可能高达数千亿元。
第4章未来混凝土的发展与设想
目前混凝土发展面临的各种问题和新时代背景下对材料性能更高更安全更绿色化的要求促使了混凝土不断向前发展。
4.1混凝土最基本的发展趋势
混凝土作为重要的土木工程材料，其发展也符合一般材料发展的趋势。具体来说有以下四个发展趋势：
高性能化。指利用现代高科技技术生产轻质、高强、高耐久性等综合性能优异的高性能混凝土，而不是单一性能优异的混凝土。这对提高高层建筑物的安全性和经济性，增强实用性等有着非常重要的作用。
复合化、多功能化。运用复合技术在普通混泥土中掺加其他材料，利用优势互补生产出具有多功能多用途、缺陷少的混凝土。这将有利于改善混凝土自身缺陷，提高建筑物的使用功能和经济性。
智能化。生产能够自我感知、自我调节、自我修复的混凝土，实现建筑物的自我监控，从而达到增加混凝土的使用寿命，尽量减少因修补或拆除造成的浪费和建筑垃圾，同时减少了自然资源和能源的消耗，减少了对环境的污染，满足了可持续发展的要求。
绿色化。利用绿色生产工艺，充分利用工业废弃物、减少自然资源的用量，进而生产自身少污染且具有阻止污染（如防辐射、吸收噪声）、自洁和易于回收再利用等功能的混凝土。这样的混凝土有利于环境保护和人体健康。
4.2混凝土最基本的性能要求
通常讲的混凝土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，它广泛应用于土木工程。一般有如下四个要求：和易性。也称工作性或工作度，是指混凝土拌合物易于施工，并能获得均匀密实结构的性质。为保证混凝土的质量，混凝土拌合物必须满足具有与施工条件相适应的和易性。主要包括流动性、黏聚性、保水性。
强度。混凝土硬化后的最重要的力学性能，混凝土在受力前由于水化热、干燥收缩及泌水等原因存在有微裂纹，特别是在集料表面存在界面裂纹，当混凝土受力后在裂纹出形成若干可见裂纹而破坏，这是混凝土强度影响的根本因素。故改善集料细度或减小界面裂纹可提高强度。
耐久性。抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、抗碳化能力为混凝土耐久性。
混凝土应具有与环境相适应的耐久性，以保证混凝土结构的使用寿命。
除此之外还有经济性。这四项性能要求指标在很大程度上与材料的发展趋势高度协调一致。
4.3未来混凝土发展展望
混凝土作为重要的土木工程材料，具有原料丰富、价格低廉，生产工艺简单，抗压强度高，耐久性好，抗震耐火，可塑性较好，强度等级范围宽等诸多显著优点，因而在未来很长一段时间具有广阔的发展空间和应用前景。其未来发展要求是在满足材料的四项基本发展趋势和自身四项基本性能要求的基础上，针对混凝土自身缺陷不断寻求改善新工艺、施工新方法和发展新型可持续混凝土,充分保证混凝土的生产效率和实用性，进一步提高混凝土的安全性和卫生标准。
4.3.1新工艺改善自身缺陷
减轻自重——解决这个问题主要有以下方法:①以轻砂作为细集料掺合到普通混凝土中，得到轻混凝土。并且可以根据要求,调整掺入的轻集料的量；
②提高混凝土的强度,可以减小构件断面尺寸而增加建筑物的使用空间,降
低配筋率、减轻结构自重，同时还能提高抗震性能,降低工程总体造价。
防止收缩开裂——针对出现收缩开裂的原因，确定相应收缩变形类型，在选择相应的方法。一般主要通过以下方法减小或避免这个问题：①配制混凝土时,应严格控制水灰比和水泥用量,选择级配良好的砂,减小空隙率和砂率,同时要捣固密实,以减少塑性收缩量,提高混凝土抗裂度；②混凝土水泥用量、水灰比和砂率不能过大,有条件的掺加合适的减水剂，严格控制砂石含泥量,避免使用过量粉砂，减小干缩收缩；③,加强混凝土早期养护,并适当延长养护时间.长期露天堆放的预制构件,可覆盖草帘,草袋,避免曝晒,并定期适当洒水,保持湿润,冬季施工时要适当延长混凝土保温覆盖时间；④把好原料关,选用碱活性
小的砂石骨料,低碱水泥和低碱或无碱的外加剂及合适的掺和料抑制碱骨料反应，减小化学反应引起的开裂。
避免缺陷隐蔽——主要可以从生产工程和检测手段上改善：①严格控制生产过程，规范操作，减小缺陷出现的概率；②探求各种缺陷检测有效手段；
③研究新型智能混凝土，实现自我诊断和自我修复。
减小质量波动——①提高技术人员素质，不断严格规范操作化流程；②采用机械搅拌和机械振动成型；③利用质量管理图分析混凝土质量波动原因，采取相应的措施。
提高耐久性——采用低水胶比，降低混凝土温升、增强硬化前后混凝土的体积稳定性,对碱-骨料反应也有缓解作用,尤其是室内不接触水的构件,更没有发生碱-骨料反应的环境条件。掺用优质矿物细掺料，提高施工性、体积稳定性、密实性和抗化学侵蚀性,同时因降低水胶比和混凝土温升而提高耐久性。
4.3.2完善混凝土施工方法
从混凝土的施工方式角度来讲,预拌混凝土的生产工厂化和施工机械化,相对于建筑企业在工地自行拌制混凝土的传统方式而言,具有保障建筑工程质量、保护城市环境、节约水泥用量、提高施工效率和实现文明施工等诸多优势。从混凝土的组成角度来讲,大量使用矿物掺合料(粉煤灰、磨细矿渣、硅灰等)和适量添加外加剂(减水剂、防水剂、速凝剂、膨胀剂等)是预拌混凝土的一大特点与有益尝试,它不但能解决特殊工程的实际需要(水工混凝土、泵送混凝土、透水混凝土等),还能满足现代混凝土配合比设计的“多功能、少水泥用量”的要求,达到降低原材料的直接成本的效果。掺合料和外加剂的掺加,可以使每立方米混凝土直接成本减少15~20元,这可以完全抵消混凝土从搅拌站到施工现场之间的运输费用。与此同时,矿物掺合料和外加剂的应用迎合了国家对固体废弃物“减量化、资源化、无害化”的管理战略原则与政策导向。
我国预拌混凝土的市场潜力是相当大的,但它的增长也不会是简单的指数增长。受诸如政治、经济、城镇人均住宅面积等边界条件的影响,未来10年,中国商品混凝土产量会偏离理想状态下的预期。2008~2011年,受全球经济危机影响,中国商品混凝土行业将进入调整期。随后则进入新一轮增长期,但随着商品混凝土产量和人均预拌混凝土消费量的增加,其增长率将逐步下降。这也预示着未来10年,中国商品混凝土行业有望从高速发展期进入成熟期，相应的施工方法也将得到不断完善。
4.3.3发展新型可持续混凝土
作为用量最大、应用面很广的人造工程材料，混凝土不仅是资源和能源的消耗大户，还给地球环境和人类的居住空间带来了很大的负面影响。因此，
在混凝土技术的发展进程中一定要坚持可持续发展原则，在不断提高混凝土使用寿命的同时，最大限度地提高混凝土的各种性能，并大量利用各种工业和城市废弃物，将混凝土技术绿色化，使其对环境的污染减少到最低，同时提高混凝土与人类环境相结合的水平。因此发展可持续混凝土十分必要，它将是二十一世纪乃至更长一段时间内发展的热点和趋势。主要代表有高性能混凝土和绿色混凝土。
4.3.3.1高性能混凝土（HPC）
高性能混凝土概念HPC是1990年由美国学者首先提出的，由于其具有良好的耐久性和优异的工作性和物理力学性能，一问世就广泛受到工程界的高度重视和关注，美、法、日、加拿大等发达国家都把HPC作为跨世纪的新材料而投入大量的人力、资金进行研究，西方学者更是将HPC称为21世纪的混凝土。
HPC与普通混凝土的不同之处是普通混凝土的设计是以强度作为主要控制指标，而HPC则是以耐久性作为主要控制指标，强度只起从属的作用。高强度不一定高性能，而高性能必须要求混凝土具有较高的密实度和抗渗能力，因此其强度也不会太低。国内外研究资料表明，HPC具有优良的抗渗、抗冻性，并能抑制碱—骨料反应，抗碳化能力、抗Cl.渗透性及耐蚀性均有大幅度提高，徐变和干缩性能也有较大改善。但是HPC也存在着自收缩问题，其对混凝土长期性能的影响，尚待进一步研究，而且HPC的强度越高，脆性越大也面临着掺入纤维改性的问题。
在我国，HPC目前己在上海、北京、广东等经济发达地区的不少重要工程中被采用，并在高层建筑、大跨度桥梁、海上建筑、漂浮结构等工程中显示出其独特的优越性。在工程安全使用期、经济合理性、环境条件的适应性等方面具有明显的效益。2006年3月1日实施的GB／T50362—2005《住宅性能评定技术标准》[6]标准中的经济性能评定把高强高性能混凝土的使用列入了建筑设计施工新技术严节材“方面）的一项重要的评定内容。2006年6月1日实施的GB／T50378—2006（（绿色建筑评价标准》中的节材与材料资源利用也要求建筑结构材料合理采用高性能混凝土。因此，研究开发及应用高性能混凝土对提升建筑技术的整体水平，确保混凝土工程的耐久性十分必要，且具有十分重要的现实意义。
4.3.3.2绿色混凝土（GHPC）
绿色混凝土的发展方向绿色混凝土作为绿色建材的一个分支，自20世纪90年代以来，国内外对此开展了广泛深入的研究，主要包括绿色高性能混凝土、再生骨料混凝土、环保型混凝土等。绿色混凝土中大量使用了矿物掺合
料（大都为工业废渣）作辅助胶凝材料，一方面可利废、节材（减少水泥使用量），同时还可以改善新拌混凝土的工作性、提高硬化混凝土的耐久性，满足节约环保的绿色要求，具有良好的发展前景。
再生混凝土指把废弃混凝土块经过破碎、分级并按一定的比例混合后形成的混凝土。随着国民经济的发展。越来越多废旧建筑物需要拆除，这样就会产生大量的废弃混凝土块，既带来环境污染，又造成资源浪费。利用废弃混凝土块生产再生骨料代替天然砂石骨料配制再生混凝土的技术，采用再生粗骨料和天然砂组合，或再生粗骨料和部分再生细骨料、部分天然砂组合，制成的再生混凝土强度较高，具有明显的环境效益和经济效益。
生态友好型混凝土作为其中一种，即能够适应生物生长、对调节生态平衡、美化环境景观、实现人类与自然的协调具有积极作用的混凝土材料。目前研究开发的生态友好型混凝土的功能有污水处理、降低噪音、防菌杀菌、吸收去除NOx，阻挡电磁波以及植草固砂，修筑岸坡等。
总之，可持续混凝土因其优异的综合性能必将逐步取代过去的普通混凝土，可以预想，21世纪将成为可持续高性能混凝土的时代。
4.4未来混凝土发展设想
既然智能化成为一种趋势，而未来的高性能混凝土材料必须要具备这样的特点，那么我们能否将微生物运用其中，作为改善混凝土性能的关键？由于微生物自身能进行新陈代谢，故我们可以寻找一种微生物，在混凝土构件发生破坏时，能通过代谢产生新的有助于补偿混凝土相关性能的物质。具体的设想如下：
混凝土结构正常工作情况下，微生物处于绝对密实的混凝土封闭空隙中，在混凝土结构遭到破坏时，外界空气和水蒸气进入，满足了微生物代谢的条件，进而代谢产生一些胶凝物质，粘接上破损的细孔，到达自我诊断和修复的功能。当混凝土结构彻底破坏的时候，微生物就能够消化分解混凝土砌块，达到回收再利用和保护环境的效果。依此想法我们还可以研究类似的微生物植入混凝土中进而改善自身的一些缺陷和达到防辐射、吸收噪声等功能，并使优势充分发挥出来。当然要实现这一构想还有很长的路要走，有待于我们对新型混凝土发展的不断研究。
第5章结论
本文通过对国内、外混凝土发展现状的对比，分析目前混凝土发展所面临的一系列问题，展望未来混凝土发展趋势，最后得出如下结论：（1）国内、外混凝土发展进度不一，我国混凝土发展目前正处于高潮期，
而欧美等已趋于成熟；同时国内、外目前混凝土的发展都呈现出“百花齐放”的局面，在已有种类混凝土的基础上，各种新型材料和各种新型技术不断运用其中，在不断改善自身缺陷的同时，朝着复合化和多功能化、高性能化、智能化、绿色化的方向进一步发展。
（2）尽管混凝土发展了较长时间，目前仍面临来自身组成、施工新要求、发展新趋势等方面带来的一系列问题，亟待解决。
（3）未来混凝土发展是在满足材料的四项基本发展趋势和自身四项基本性能要求的基础上，针对混凝土自身缺陷不断寻求改善新工艺、施工新方法和发展新型可持续混凝土,充分保证混凝土的生产效率和实用性，进一步提高混凝土的安全性和卫生标准。
参考文献
1.吴中伟.绿色高性能混凝土与科技创新.建筑材料学报,1998,(9)
2.王桦.国内外混凝土行业发展现状与趋势.建筑英才网
3.葛勇.土木工程材料.中国建材出版社.
4.吴中伟.怎样做好混凝土工程.北京:科技出版社