混凝土的发展趋势

混凝土的发展趋势

一、商品混凝土的行业发展趋势

二、商品混凝土的技术发展趋势

一、商品混凝土的行业发展趋势

------------------------一个高速发展的行业

1、定义：

商品混凝土又称预拌混凝土，是以水泥、集料、水以及根据需要掺入的外加剂、矿物掺合料等组分按一定比例，在搅拌站经计量、拌制后出售的并采用运输车，在规定时间内运至使用地点的混凝土拌合物。

简写：砼

2、政策

?商务部、公安部、建设部、交通部于2003年10月16日以商改发（2003）341号文发出：《商务部、公安部、建设部、交通部关于在城市城区限制

禁止现场搅拌混凝土的通知》规定：“北京等124个城市其他省（自治

区）辖市城区从2003年12月31日起禁止现场搅拌混凝土，从2005年12月31日起禁止在全国省（自治区）辖市以上城市城区现场搅拌混凝

土”；还有“……因使用予拌混凝土而增加的费用，列入工程造价”；

和“按规定应当使用予拌混凝土的建设工程，未经批准擅自现场搅拌的，有关城市建设行政主管部门要责令其停工并限期改正”。

3、形势分析：商品混凝土大发展的时机已经成熟

（1）商品混凝土能有效地解决施工中产生的噪声、粉尘等问题。

（2）散装水泥推广能取得良好的社会效益和经济效益。据测算，“九五”期间累计生产散装水泥4.28亿吨，从节约包装用纸用料一项相当于节约木材1.412亿多立方米，节电31亿千瓦时，节煤334万吨，节水5亿立方米，创综合经济效益193亿元。

（3）商品混凝土的发展所需要的生产设备——商品混凝土机械国内已能成套供应。

（4）商品混凝土大发展为相关行业提供了无限商机。特别是给混凝土机械行业提供了巨大的发展商机，也极大地带动了混凝土外加剂的发展。

4、商品混凝土的技术分析

保证大体积混凝土的施工质量;

便于采用泵送混凝土施工;

节省工期;

节约材料;

保证了混凝土的质量;

提高了施工速度，文明施工;

5、近10年左右全国以及武汉市商品混凝土的发展情况

我国商品混凝土搅拌站始建于20世纪80年代，随着建设规模的持续扩大，使城市的商品混凝土每年以15%的幅度递增。

1990年全国35个城市建成100个搅拌站，年设计能力为1450万立方米，实际产量约980万立方米

1993年全国建成200个搅拌站，年设计能力为2000万立方米，实际产量约900万立方米

1995年全国建成搅拌站616个，年设计能力4000万立方米，实际产量约2600万立方米

1999年全国商品混凝土生产企业达683家，年设计能力12700万立方米，实际产量约5400万立方米

2000年全国商品混凝土产量增加到7316万立方米

2002年实际产量已达到13084万立方米

以武汉市为例，商品混凝土近几年得到了飞速发展，年递增38%左右，混凝土成为使用最大宗的建筑材料。武汉市混凝土产量图如下：

110150200

280

380

500

6200

100

200

300

400

500

600700

2000年2001年2002年2003年2004年2005年2006年

年份

产量（万立方）

6、在未来的20～30年内我国的基建规模还将进一步扩大，其理由有：

6．1城市化的需要

改善农民的生活水平是当前举国上下关注的大问题，重要措施之一就是将部分农业人口迁移到城市．当前我国城市化程度为42％，即有5亿多人居住在城市，100万人口以上的特大城市40个，50-100万人口的大城市54个，20-50万人口的中等城市217个．到2050年，若将城市化程度提高到70～80％，届时总

人口为16亿，则将有7亿多农民由农村转移到城市，为此必需修建相应的居宅、办公和商业用房、学校、通讯和交通等设施，水泥混凝土用量必将大增。

6．2基础设施建设

目前还收集不到我国基础设施远景规划的完整数据，但仅就已有的一些资料也可预见其规模之庞大：

公路：将从1.7×106km扩大到2.74×106km

高速公路：将从2.5×104km扩大到2020年的6.44×104km

铁路：将从7.2×104km扩大到14×104km

电力设施：总装机容量到2049年将达到15×109kw，其中水电将达到4.3×109kw

此外，还有隧道、机场、港口以及海上海下和地下建筑等。

6．3在未来的半个世纪内，我们将提高我国的综合实力，跻身世界各强国之列，为此有必要审视当前重要经济和工业数据与世界对比：

人口：根据2005．4．21数据(百万)世界总人口：6437，中国人口：1305，占世界人口的20．3％。

国土面积(百万平方公里)：俄罗斯：17．00，中国：9．35，美国：9．16，加拿大：9．09，巴西：8．46，我国居世界第二位，大体与美、加、巴西相等。

铁路里程(万公里)：美国：19．5，俄罗斯：8．7，加拿大：7．3，中国：7．0，印度：6．4，德国：4．6，我国居第四位

公路里程(百万公里)：美国：6．41，印度：3．32，巴西：1．73，加拿大：1．41，中国：1．40，日本：1．16，我国居第五位

发电量(万亿千瓦时)：美国：3．72，中国：1．42，日本：1．04，俄罗斯：0．92，加拿大：0．57，我国居第二位

世界机场数(个)：美国：14807，巴西：3803，俄罗斯：2609，墨西哥：1827，中国：507，我国居15位。

由于我国国土面积辽阔，人口众多，要真正跻身世界强国之列，大幅度增加公路、铁路、机场、电力等基础设施建设是非常必要的。2004年我国GDP为13．65万亿人民币，约相对于1．65万亿美元，到2020年我国GDP将达到4万忆美元，因此基建投资的规模在这些时期内增速是不可能降低的。

2004年中国水泥产量达9．7亿吨，占世界的45．8％。而中国的GDP仅1．65万亿美元，占世界的4％。人口仅为世界的1／5。同时2004年我国钢产量达2．97亿吨，约为世界总量的30％。水泥和钢产量数据表明我国的基础设施建设可能占有世界总量的30～40％。表2所示为世界发达的七个西方国家的数据与中国相的对比。从中可以看出，2004年中国水泥产量为七个先进西方国家水泥总产量的3．5倍，但我国GOP中仅为七国GDP总和的6．4％，相比之下仍可看出基建工程在我国的经济投资所占比例极大。在建大坝规模约占世界的一半，桥梁、公路、机场、工业民用等建筑在我国任何一个城市均有大兴土木之感，这是世界任何国家所罕见的。

二、商品混凝土的技术发展趋势

----------------已经成为一门高科技技术

1、看几个报道：

资料A、透光的混凝土

有没有想象过一面能透光的混凝土墙？这个主意将在匈牙利建筑师发明的一种新材料的帮助下变为现实，它能够赋予办公楼的造型新的魅力。他们在混凝土中加入了玻璃纤维材料，这使得几厘米厚的墙壁能够透光。

研制这种混合材料的念头来自于一个匈牙利建筑师。他从2001年开始研制这种材料。这种能透光的墙壁的秘密在于混在混凝土中的玻璃

纤维，光线就是通过这些纤维透过墙壁的。纤维的厚度从千分之二厘米到两厘米，这一差异能够使建筑材料产生不同的表现形象。

迄今为止，这种材料的特性还没有数据统计。位于德国亚琛的材料研究公司称，由于该材料中的玻璃纤维含量较低，只有大约5％，所以它的价格和传统的混凝土价格差不多。目前，这家公司正在与布达佩斯的一所大学合作，这所大学负责统计这种材料的各项数据。这样，这种可透光的混凝土就能够被应用于承重外墙上。2004年底，这种产品将进入市场。

资料B、植被混凝土

天津市水利科学研究所的科研人员利用无沙大孔混凝土的特点，在其中掺加部分酸性聚合物及聚丙稀纤维等高分子材料预制砌块，同时在砌块孔隙中充填腐植土、种子、缓释肥料、保水剂等混合材料，并在混凝土表层采用植物纤维覆盖，创造适宜植物生长的环境，种子发芽生长形成植物被。

这种混凝土不仅可以加固边坡，而且可以应用于快速美化环境，保持水土，净化空气，调节小气候的目的。2002年5月正式在天津市外环河改造工程中开展野外试验，目前绿草长势良好，计划明年大面积推广应用。

资料C、环境友好混凝土

利用纳米材料量子尺寸效应和光催化效应等性质，使混凝土具备吸收电磁波功能，环境净化功能，分解有毒物质，分解某些微生物，净化空气，净化地表水等，可在空间和地面同时起到保护环境的良好作用。

(1)吸收电磁波的混凝土

随着科学技术的发展，越来越多的电磁辐射设施进入了人类生活和生产的各个领域，据报道，其人为的环境电磁能量密度每年增长可达7％～14％，客观上已形成电磁辐射污染，并被国际上公认为第五害。利用纳米金属粉末的特殊性能，把它掺入到水泥混凝土中，可以制成具有功能性的电磁屏蔽混凝土。方法是把纳米金属粉末与混凝土混合料干混均匀后，带入到混凝土中，参与水泥的水化过程。用此法制备的混凝土既有可能降低混凝土结构的重量，提高混凝土的承载能力和耐冲击性，又有很好的电磁屏蔽功能，甚至可以用来制作隐身混凝土，用于军事建筑。

(2)净水生态环境材料

将高活性的纳米净水组分与多孔混凝土复合，利用其多孔性和粗糙特性，使其具有渗流净化水质功能和适应生物生息场所及自然景观效果。净水生态混凝土用于河水、池塘水、地下污水源净化，保护居住生态环境方面有积极的意义。在海水净化的过程中，多孔混凝土对全有机态碳(TOC)的除去率可提高到70％。小野田公司将加气混凝土类的多孔质材料作为畜产排泄污水净化和有机肥料化的辅助材料，尤其是持续吸附除去污水中的磷效果非常好。此外，加气混凝土颗粒作为药液的载体十分有效。宫崎将它用于处理赤潮等异常繁殖的浮游生物的驱除。2～5mm的加气混凝土颗粒吸收双氧水之后，投放到发生浮游生物的海水中，效果非常显著。

(3)净化空气混凝土

空气污染对人类的健康有直接的危害，为了净化各种有害气体人们研究了各种净化空气材料。按其特性可分类为：物理吸附型、化学吸附型、离子交换型、光催化型和稀土激活型材料，其共同的技术特点都是应用了纳米技术和纳米效应

是一种优良的光催化剂，它具有提升和强化其空气净化功效。锐钛型纳米TiO

2

净化空气、杀菌、除臭、表面自洁等特殊功能。在砂浆或混凝土中添加纳米级等组分，制成光催化混凝土，能将空气中的二氧化硫、氮氧化物等对人体有害的污染气体进行分解去除，起到净化空气的作用。日本1998年就将其应用于道路工程。日本玉田教授用粉煤灰合成小颗粒状人工沸石集料制作多孔的吸音混凝土，

粉末制作面层材料。在吸收有害气体的同时，并用水泥与沸石混合加入纳米TiO

2

多孔混凝土可以吸音，其范围在400～2000Hz，从而起到减少噪音污染的作用。

(4)抗菌混凝土

抗菌环境材料在日本颇为盛行，它是由纳米级抗菌防霉组分与环境材料复合制成的。最初是为医院防止病毒感染而研制的，以地板材、墙材、地毡、壁纸等产品为主。近年来出现了抗菌防霉混凝土，它是在传统混凝土中掺入纳米级抗菌防霉组分，使混凝土具有抑制霉菌生长和灭菌效果，该混凝土已被应用于畜牧场建筑物。

(5)自动调湿混凝土

纳米级天然沸石与建筑砂浆复合可以制成自动调湿建筑砂浆。环境调湿性建筑砂浆的特点是：优先吸附水分，水蒸气压低的地方，其吸湿容量大，吸放湿与温度相关，温度上升时放湿，温度下降时吸湿。这类材料比较适合对湿度控制要求比较高的美术馆之类的建筑环境。如：世界首例使用环境调湿建材的工程是1991年日本月黑雅叙园美术馆内壁，此后还用于成天山书法美术馆、东京摄影美术馆等。

(6)生态混凝土

根据人们的要求，经特殊处理的混凝土表面还可以滋生绿色植物，净化空气美化环境，用于地面，可保水蓄水，用于墙面和屋顶，可隔热降温。

资料D、5000年前的中国混凝土

借助考古学资料和当地仍然沿用的土法生产混凝土技术，我国学者最近对中外考古学家困惑已久的谜团5000年前大地湾人是如何发明、制作和使用“混凝土”，提出了新的见解。

长期从事甘肃史地研究的天水学者安志宏说，所谓的大地湾“混凝土”地面，其实就是古人打磨石器过程中产生的碎石粉末与水、沙混合后的凝结物。

被学术界评定为20世纪中国百项考古大发现之一的大地湾遗址，位于甘肃省天水市秦安县境内。1978年，考古人员发现了一片面积达130平方米的坚硬平滑地面。专家鉴定，这片灰青色的地面不但含有与现代混凝土相同的“硅酸钙”成分，而且平均每平方厘米抗压强度在120公斤左右，相当于今天100号水泥砂浆地面。

“5000年前的大地湾人就已经能够制作和使用‘混凝土！”这一发现让全世界震惊，并为大地湾创造了一项世界奇迹。带着疑问和困惑，考古学家和建筑专家们开始寻找答案，可20多年来，人们始终没有弄明白，大地湾人是如何发明“混凝土”的，它的原料又是什么？

“大地湾‘混凝土’的发明其实来源于古人打磨石器中的经验总结。”安志宏说，大地湾出土器物以磨制石器居多，大地湾人在打磨石器时，不断有碎石和粉末产生，为了防止磨擦发热和钻孔时打滑，他们不断地往石器上加水和沙子，无意间，石粉、沙子和水自然混合产生了凝结原始“混凝土”可能就这样被偶然发明了。

安志宏说，聪明的大地湾人很快掌握了这一原始“混凝土”制作技术，并开始在建筑中利用，人们在大地湾发现的灰青色坚硬光滑地面，就是这一技术的结晶。由于原料丰富，制作原理简单，这一“混凝土”制作技术还被后人继承了下来，并流传至今。(文章来源：新华网）

新华社专电:日本《产经新闻》１５日报道，日本企业开发出“下一代”混凝土，使用寿命可达１万年。新型混凝土的灵感来自５０００年前的中国考古遗址。

目前广泛利用的混凝土，使用寿命一般只有１００年，而日本鹿岛公司等３家企业联合开发的新型混凝土“EIEN”的寿命最长可达１万年。

《产经新闻》说，现代混凝土的历史最多只有２００年，但在５０００多年前的中国新石器时代大地湾遗址中，考古学家发现了类似混凝土的遗物，其耐久性令建筑专家侧目。大地湾遗址位于甘肃省秦安县，其历史年代从距今８０００年一直延续到距今５０００年，被学术界评定为中国２０世纪百项考古大发现之一。

研究显示，挖掘出来的古代“混凝土”因为化学反应，表面的缝隙被填实，有效阻止了水和盐分向内部渗透，从而延缓了腐蚀作用。“EIEN”正是利用这一原理，在材料中加入特殊矿物，使混凝土表面产生同样的化学反应。

报道说，这种不易腐蚀的新型混凝土可广泛用于堤防、桥墩、隧道等近水工程

2、面临的问题

2．1资源紧张

21世纪人类的三个重要问题

人口增加；

资源和能源的紧张；

环境的恶化；

①13亿人口是世界人口最多的国家；每年400万学生毕业；就业以及住宅问题

严重。每年新建住宅20亿平米，资源消耗的同时排出很多的废弃物；

②中国的资源虽然比较多，但人平均资源占有量很低。人平均水资源占有量占

世界平均水平的28%，耕地占32%；矿产占50%。

③每创造1美圆GDP，中国消耗资源是美国的4.3倍，日本的11.5倍；

④资源的消耗：粗骨料16-23亿T/年；细骨料13-17亿T/年；水泥6.5亿T/年；

水5亿T/年；外加剂1000万T/年

其中：已探明的储量石灰石500亿T

3、对策

现代混凝土研究及应用技术正向“八高”、“八化”发展：

“八高”-----高强度高抵抗变形能力高韧性高耐久

高阻裂（是重中之重）高服役寿命高体积稳定性高性价比“八化”-----绿色化高与超高性能化生态化高科技化

智能化微粒细丝复合化多功能化商品化

4、共同学习一篇外文的翻译的权威资料：混凝土的技术发展

以水泥为胶凝材料生产的混凝土，今天已成为全世界各种各样结构工程建设首选的建筑材料，这主要是由它的经济性所决定：原材料来源广泛、便宜，施工与维修费用较低廉。使混凝土技术向前推进的两大驱动力，是加快施工速度和改善混凝土耐久性。

西方工业国于40~70年代曾因为早期强度很高的水泥问世，而当时结构的设计强度尚不高，于是出现将混凝土以大水灰比、低水泥用量的方式生产，在满足强度要求的前提下易于施工操作，然而这给混凝土结构耐久性带来后患，尤其是当其暴露于侵蚀性环境工作的条件下。

在近些年来的进展中，最突出的就是添加高效减水剂制备的“超塑化拌合物”，即用水量较低，而流动性还非常好的拌合物，硬化后由于孔隙率小，因而

强度高且耐久性优异。为使暴露于侵蚀环境的钢筋混凝土结构寿命长久的目的，运用阻锈剂、环氧涂层钢筋和阴极保护等，也是同期出现，并且已为众所周知的先进技术途径。

除了加快施工速度和改善耐久性以外，第三种驱动力，即对环境友好的工业化材料，这方面在未来技术评价中的重要性正在日益增大。本文以下列三方面作为技术评价的基准：

材料与施工费用

耐久性

对环境友好

这里不打算对混凝土技术所有最新的进展做一综述，只从近三十年来笔者认为是较为重大的进展中有选择地进行一简短地回顾。

高效减水剂

Malhotra在十七年前曾说过：混凝土技术多年来没有什么大的进展，40年代开发的引气是其中之一，它改变了北美混凝土技术的面貌；高效减水剂是另一个重大突破，它在今后许多年里将对混凝土的生产与应用带来重大的影响。

事实证明他的预见是正确的：超塑化混凝土、高性能混凝土的应用得到迅速发展，包括高强混凝土、高耐久性混凝土、高掺量粉煤灰或矿渣混凝土、自密实混凝土、水下抗分散混凝土、高性能纤维增强混凝土等。

60年代日本发明的萘磺酸盐与西德发明的磺化蜜胺树脂，是高效减水剂代表性产品。阴离子的长链化合物吸附在水泥颗粒表面，通过电性斥力使其有效地分散在水中。日本首先将这种混凝土用于高强桩的生产，七十年代于公路和铁路桥上采用了坍落度中等、强度在50~80MPa的混凝土梁；在西德，首先将高效减水剂用于水下不分散混凝土，改善粘稠拌合物的流动性，而无须变化水胶比。由于两者可以同时兼顾，因此如今高效减水剂在全世界到处都用于生产高强、高流动性和耐久性的混凝土。

萘磺酸盐与磺化蜜胺树脂通常存在坍落度损失快的问题，虽然可以通过在现场后添加的方式来解决，但这样既费钱又费事。1986年，日本人开发了长效的高效减水剂，它是含羧酸盐、酰胺或羧酸酐的水溶性化合物。硅酸盐水泥水化形成的碱性溶液逐渐激活高效减水剂，生成水溶性分散剂，有助于坍落度长时间维持。含有环状聚合物的聚羧酸高效减水剂的开发，使拌合物能够同时具有高流动度、坍落度长时间保持且高抗离析。萘系与蜜胺系的长效减水剂商品现在也已问世。

高强混凝土和砂浆

高强混凝土（>40MPa）首先用于30层以上高层建筑物的钢筋混凝土结构，因为这种建筑物下部三分之一的柱子，在用普通混凝土时断面很大。除节省材料费用外，与钢结构相比，加快施工速度也是采用混凝土结构的重要特点，自美国芝加哥在1965年以50 MPa 混凝土浇注Lake Point Tower的一些柱子以来，北美和其他国家到处都在用高强混凝土建造高层建筑。芝加哥79层的Water Tower Place大楼柱子采用了60MPa混凝土；多伦多的Scotia Plaza Building和西雅图的Two union Square Building两座建筑物则分别有90 和120MPa强度的混凝土柱子。

为获得高强度，通常要借助高效减水剂将水胶比降到0.4以下，因此，同时获得的重要特性就是低渗透性，这是在侵蚀环境中保持长期耐久性的关键。更多的高强混凝土应用是将耐久性，而不是强度作为首要的考虑。海洋混凝土结构——大跨桥梁、海底隧道和离岸采油平台，是这种应用的实例。

高流动而不离析是超塑化、高强度混凝土发展的另一个原因，这类拌合物的工作度一般可用火山灰质或矿物掺合料，如硅粉、粉煤灰、稻壳灰与磨细矿渣来改善。易于泵送和成型可以显著减少大工程，如配筋密集的钢筋混凝土或预应力混凝土高层建筑、离岸构筑物的施工费用。

CBC（化学粘结陶瓷）、MDF（无宏观缺陷）水泥制品和DSP（微粒压实产品）是新的一族高强水泥基材料，它们具有很高的抗压强度和弹性模量，但限于非结构应用。为达到高强结构应用的高韧性要求，法国Richard等人开发出掺有钢纤维的活性粉末混凝土，实际是超塑化的活性粉末砂浆。其水泥用量为1000Kg/m3；细砂与煅烧石英230 Kg/m3；水150~180 Kg/m3；和微纤维630 Kg/m3。用机械压实的试件经400℃热处理后，抗压强度可达680 MPa 、抗折强度100 MPa、弹性模量75GPa。现在预测活性粉末混凝土未来的发展还为时过早，因为尽管它的初始费用高昂、加工技术复杂，但在建筑业还是有适当的用途，特别是在高侵蚀环境中，大掺量的微纤维使其抗裂性能提高，保证了它的水密性。

高性能混凝土

所谓高性能混凝土，开始是用于表征具有高工作度、高强度和高耐久性的混凝土。因此高强混凝土和高性能混凝土的首要区别是后者强调高耐久性。由于在严酷环境条件下，除非结构物在其服务过程不出现裂缝，否则就不可能获得与维持高耐久性。所以这种混凝土必须设计成具备高度体积稳定性。为了减少混凝土由于温度收缩和干缩产生的开裂，必须限制混凝土拌合物中的水泥浆含量。

Mehta和Actcin提出的高性能混凝土配合比设计方法限定总水泥浆量为混凝土体积的1/3；允许部分硅酸盐水泥用火山灰或有胶凝性的掺合料来代替。

Aïtcin曾预言：掺矿渣、粉煤灰、硅粉、亚粘土、稻壳灰和石灰石粉的三元混合水泥除了可以使高性能混凝土的制备更经济外，还能发挥它们的超叠作用，改善其新拌与硬化时的性质。

在1993年，美国混凝土学会下属的技术委员会提出一新的高性能混凝土定义：满足工程特殊要求的各种性能，可包括易浇捣而不离析，高长期力学性能、高早期强度、高坚韧性与高体积稳定性，或在严酷环境中使用寿命长久，并且匀质性良好的混凝土。根据该定义，耐久性不是高性能所必须的，这样就会形成开发严酷环境下未必耐久的高性能混凝土的后果。

例如在公路工程中，美国有人就提出几种以高早强水泥用量在400 Kg/m3

左右或更多的高性能混凝土拌合物配合比，Mehta认为：除非采取特殊的措施，否则这种混凝土是很容易因为温度收缩、自身收缩和干缩应力而开裂的。显然，仅从加快施工速度出发，就可能对结构使用寿命造成危害。所以建议在进行结构设计时，要考虑运行周期费用，而不是初始造价。同时，有必要重新考虑一个问题，即长期耐久性成问题的混凝土，究竟是否能作为高性能混凝土进入市场？

高性能混凝土技术正在世界各地成功地用于很多离岸结构物和长大跨桥梁的建造，Langley等人叙述了几种加拿大一长大跨桥梁所用的拌合物。它们用于主梁、墩部和墩基，硅粉混合水泥用量为450 Kg/m3，水153L/ m3，引气剂160mL/ m3和高效减水剂3L/ m3。其坍落度大约在200mm；含气量6.1%；1d、3d、28d 抗压强度分别为35、52和82 MPa；基础和其他大块混凝土的混合水泥用量为307 Kg/m3，粉煤灰133 Kg/m3，用水量接近，但引气剂和高效减水剂掺量大幅度减小，坍落度约在185mm；含气量7%；1d、3d、28d和90d抗压强度分别为10、20、50和76 MPa。根据加拿大和美国的透水性与氯离子快速渗透标准方法实验结果表明：两部分混凝土都呈现非常低的渗透性。对高性能混凝土结构的施工，需要非常强调加强现场实验室试验和质量验收。

高性能混凝土发展的另一领域是高性能轻混凝土，相对于钢材，普通混凝土的强度/自重比很低，掺有高效减水剂的高强混凝土则大大提高了该比例；用有大量微孔的轻骨料代替部分普通骨料，就能进一步提高这个比例。由于骨料的质量不同，密度为2000 Kg/m3、抗压强度在70~80 MPa的高性能轻混凝土在一些国家已经商品化并用于构件生产。在澳大利亚、加拿大、日本、挪威和美国，高性能轻混凝土已用于固定式和漂浮式钻井平台；因为水泥浆和骨料之间的界面粘结强度高，它可以不透水，所以在侵蚀环境中能够很耐久。

采用掺10~15%硅粉甚至更高的混合水泥配制的超塑化混凝土，具有优良的粘附力，因此适用于湿喷的喷射混凝土进行结构修补，这也是高性能混凝土的应用领域之一。

自密实混凝土

技术工人短缺和节省施工时间，是日本开发和应用自密实混凝土的主要原因。由于这种混凝土要有足够的粘聚性，以保证其浇注过程不致离析，粉体需用量较大，如果全用水泥，容易导致开裂，因此粉煤灰、矿渣或石灰石粉的掺量通常较高。如日本明石大桥的锚固墩290000方混凝土里均掺有150 Kg/m3石灰石

粉。在法国，预拌混凝土厂生产供应自密实混凝土，作为无噪音产品，可用于城市街区一带的混凝土浇注。由于减小噪音、节约劳力并延长钢模板使用寿命，预制混凝土业也对其感到兴趣。

延长使用寿命的另一些技术

钢筋锈蚀已使得大量混凝土结构出现劣化。除了上述高性能混凝土以外，还有一些技术，包括阻锈剂、环氧涂层钢筋、阴极保护和混凝土表面的保护性涂层，分别叙述如下：

阻锈剂——掺有2%亚硝酸钙将氯离子浓度的阈值提高到足以防止钢筋锈蚀的水平。阻止阳极反应，例如亚硝酸钙，有将氯离子引起的阳极反应降低到最小的功能。亚硝酸根离子相对接近钢材表面的氯离子量决定其是否能达到保护钢筋免于锈蚀，提出达到使钢筋不锈蚀的氯/亚硝酸盐之比要小于1.5。Nmai等人认为阳极阻锈剂，包括亚硝酸钙，有一系列局限性。他们研究了一种胺基脂，不仅有降低氯离子穿透混凝土保护层能力的作用，还能在钢材表面形成一保护膜。对浸泡在6%氯化钠溶液中，预先处理使混凝土梁存在裂缝的初步研究表明：以胺基脂为阻锈剂，用量为5 L/ m3混凝土，其阻锈作用要优于以亚硝酸钙为阻锈剂，用量为20 L/ m3的效果。看来有必要进一步研究，以确定不同阻锈剂的局限性和长期使用效果。

环氧涂层钢筋(ECR)——美国在七十年代就将其用于桥面板；八十年代用于停车场坡道。估计大约有27000座桥面板采用了ECR。大部分处于冬季使用除冰盐地区。有些情况下，使用效果不能令人满意。早期采用ECR结构效果不佳的原因，是涂层不当、环氧脱开、保护层不够或其它施工问题。1993年对14个州使用ECR，暴露于冻融循环条件，时间为18~20年桥面板的调查结果表明：自采用ECR后，只须少量或无须维护工作；然而，1996年对停车场的调查则表明：只有60%获得预期的效果。业界用户认为：采用ECR，只能延长10~15年钢筋不生锈。看来现在对ECR在价格性能比方面，是否适宜作为长期阻锈的措施下定论还为时尚早。

钢筋混凝土的阴极保护——阴极保护技术包括在相反方向外加电流和牺牲阳极来抑制电池电流。外加电流法通常用于受氯盐污染的钢筋混凝土结构的防锈；一些研究者报道：钢材与混凝土间粘结力的劣化，很可能是由于钠钾离子的积聚，它造成钢—混凝土界面的软化；劣化程度随外加电流的密度和混凝土中含氯量的增大而加剧。

表面涂层——根据Swamy等人的说法，运用表面涂层保护钢筋免于锈蚀的做法，其有效性长期以来受到疑义，这是由于涂层材料的来源很广，而类似的涂层的扩散特性差异显著。作者采用高弹性的丙烯酸橡胶涂层，它显示优异的工程性质与非常小的扩散系数。这种涂层改善混凝土耐久性的效果，包括控制有害的碱-硅膨胀的效果已经证实。对表面涂层的长期性能和费用—效果还需要继续研究。

高掺量粉煤灰和矿渣混凝土

当今全世界粉煤灰的年排量约为4.5亿吨，只有0.25亿吨，或6%作为混合材用于水泥或矿物掺合料用于混凝土。如果产灰国将粉煤灰在混凝土里的应用加速，那么混凝土对环境友好的作用就能大大增强。有大量高炉矿渣副产品的国家还可以通过利用其作为混凝土或水泥掺合料获利。下面举一些例子：

结构混凝土——Malhotra的研究表明：掺有高效减水剂的混凝土，当拌合物的水胶比为0.3或者更低时，最多可达60%的水泥用粉煤灰代替，并具备强度与耐久性优异的特性。例如以Ⅰ型水泥150 Kg/m3、粉煤灰200 Kg/m3、水

102Kg/m3、粗骨料1220 Kg/m3、细骨料810 Kg/m3、和高效减水剂7 L/ m3制备的混凝土，其1d、28d和180d的抗压强度分别为8、55与80 MPa。广泛的实验表明：其弹性模量、徐变、干缩和冻融特性均与普通混凝土相当。值得注意的是：这种混凝土抵抗水和氯离子渗透的能力优异，从结构耐久性的角度，包括控制暴露于侵蚀环境中钢筋的锈蚀，应用掺有超塑化剂的高掺量粉煤灰混凝土是粉煤灰在建筑业中附加值最高的途径。

碾压混凝土大坝（RCCD）——自八十年代以来，碾压混凝土筑坝技术在全世界被广泛接受，作为建设中等高度大坝最快也最经济的施工方法。根据Dunstan 的报道，到1992年为止，全世界已有近100座 RCCD在17个国家建成。在碾压混凝土中通常掺有大量火山灰质材料，主要是粉煤灰，如瑞士一高度为95m的Platanovryssi坝所用碾压混凝土水泥用量仅35 Kg/m3，而粉煤灰（属高钙粉煤灰，总CaO达42%）为250 Kg/m3，是以褐煤为原料的热电厂所排放，使用前经预处理（燃烧并水化）。

混凝土公路路面——在美国大约70%的低交通量公路与地方公路需要升级，考虑用大掺量粉煤灰代替水泥以降低造价，电力研究院(EPRI)出资搞了几个示范工程：在北达科他州，1988和1989年夏天，用20000m3混凝土铺筑厚为200 mm 的路面，其水胶比为0.43，水泥用量100 Kg/m3、粉煤灰220 Kg/m3；德克萨斯州的路面示范工程在混凝土中成功地采用了低钙灰和高钙灰(掺量为混凝土重的10~20%)。该工程的另一特色是将老路面破碎的混凝土块作为骨料用于新路面。

基层和路堤——高掺量粉煤灰和炉底灰在公路工程中的应用包括稳定土、路面基层、路堤和路肩，在1989年，3.5万多吨粉煤灰在宾州用于建造公路的路堤；在佐治亚州，水泥-粉煤灰混合料用作公路试验段的基层；在密执安州，高钙粉煤灰以每年30万吨用于施工基层和路肩。

高掺量矿渣水泥——每年全世界高炉矿渣的产量大约为1亿吨，作为胶凝材料的比率很低，因为在许多国家，只有少部分矿渣进行水淬或粒化处理，而缓慢冷却的重矿渣没有胶凝性质。虽然美国材料试验标准学会规定矿渣在水泥中的掺量可以到65%，但商品水泥中一般不超过50%。

根据Lang等人最近的研究，用一种德国产含矿渣77.8%的水泥（比表面积为405 m2 /Kg）制备超塑化混凝土，水泥用量455 Kg/m3；水胶比0.28；其1d、3d、7d、28d抗压强度分别为13、37、58和91 MPa。该混凝土具有良好的抵抗

碳化、有机溶液渗透和冻融循环能力（不掺引气剂）和盐剥蚀。

混凝土再生骨料

由于各种不同的原因，建筑业将混凝土废料再利用的重要性在增长，在许多国家的研究文献和近来一些国际会议中得到反映。除了环境保护以外，天然骨料资源的保护、废料堆积场所短缺和废料堆积费用的上升，都是将废弃混凝土作为再生骨料的原因。

根据Hendriks的报道，欧盟国家每年排放2亿吨建筑施工和拆除旧建筑的垃圾，预计10年后还要翻番。在瑞士，自70年代以来，废弃物再生产业一直在发展，60%的拆除废料获得再利用。Uchikawa估计：日本在1992年产生的建筑废料约为8600万吨，其中1/3，即2900万吨是废弃混凝土。1200万吨已用作道路基层的骨料，其余的堆存起来。Saeki报道：再生骨料在寒冷地区作为道路基层材料的骨料，其各种性能是令人满意的。美国在1983年从长约9km的高速公路路面上破碎已劣化的混凝土，用作骨料生产混凝土建造了新路面。

废弃混凝土加工的骨料取决其洁净度和坚实度，这与其来源和加工技术有关。利用预制场和预拌混凝土厂剩余混凝土加工的骨料通常比较干净，性质与刚加工的骨料接近；来源于拆除的路面或水工结构的废弃混凝土，需要筛分去除粉粒。许多实验室和现场研究表明：废弃混凝土相当于粗骨料的颗粒可以用来代替天然骨料，进行比较试验的结果是前者作为骨料配制的混凝土抗压强度和弹性模量至少是后者的2/3。

拆除建筑物时的废弃混凝土比较难以处理，因为常混有其他杂物，如木头、金属、玻璃、石膏、纸、塑料和油漆。与拆除时的分选相结合，这类废弃物可以分门别类地回收和再生，效果较好。显然，由于加工费用所致，用建筑物拆除产生的废弃物加工骨料，要比天然骨料还贵一些，但是这种情况很快就会改变，因为天然的优质骨料来源日趋短缺，而且废弃物的处理所需费用也包括在经济分析的内容里。

费用—效益分析

很少见到发表有关材料和施工费用的文献，但未发表的报告提供了一些有用的数据。不同国家之间的差异可能十分显著。此外，由于经历的时间尚短，还没有过硬的数据涉及近来开发技术（旨在延长暴露于侵蚀环境条件的钢筋混凝土结构物使用寿命）的费用—效益分析。

Gerwick曾试图考察混凝土耐久性的经济性问题，比较了通常建议的控制混凝土受钢筋锈蚀影响而劣化的一些措施（作为混凝土结构物一次投资的百分比，以1994年西方国家的价格为基准），得出下列结论：

◆以粉煤灰或矿渣代替部分水泥，不增加费用，实际上只会降低费用；

◆用高效减水剂减小水胶比，要增加2% 费用；还掺有硅粉时，增加5%费用；

◆用阻锈剂或环氧涂层钢筋时，增加8%费用；两者都用时则为16%；

◆采用混凝土外表面涂层或结构阴极保护时，需要增加20~30%的费用。

对混凝土技术进展的评价

对混凝土技术新近的发展，可以从5个角度将它们分成若干级，从而得出对混凝土业影响和冲击大小的结论（见表1）。

1. 由于复杂的加工技术、高昂费用和产品对环境的不利影响，看来无宏观缺陷水泥与砂浆、化学粘结陶瓷和活性粉末砂浆总的来说今后只会对混凝土业产生不大的影响；

2. 超塑化混凝土拌合物（掺或不掺硅粉）、自密实混凝土将继续在混凝土业应用，由于其粘稠和自身收缩大的特性，需要特别注意抹面和养护，因此对混凝土业的影响为中等；

3. 由于技术简单、初始费用低、高耐久性和有益于环境等原因，超塑化大掺量粉煤灰混凝土未来可望对混凝土业产生重大影响。在三元复合方面，即水泥、硅粉或稻壳灰、大掺量粉煤灰或矿渣，还有大量研究与开发工作要做。

4. 对阻锈剂、环氧涂层钢筋、外表面涂层和阴极保护等技术下定论为时尚早，与大掺量粉煤灰或矿渣混凝土相比，它们高昂的费用和对环境的影响是主要缺点。

5．唐明述院士的呼吁：延长基建工程的寿命是最大的节约

本人曾多次撰文论述提高混凝土工程的耐久性及其对节约资源、能源、保护环境的重大意义。无论从资料的论述及本人在国外考察大坝、桥梁、公路、工业及民用建筑的破坏均深感问题之严重，在当前超速发展的基建工程若耐久性不好，寿命不长，其损失之严重将不是资源、能源不丰富的我国所能承受的。

从材料科学的角度出发，当前在我国延长混凝土：工程寿命要注意下面几个方面： (1)必需大力推广应用超塑化剂和引气剂。国内外资料一致认为减少水灰比，减少孔隙率，提高混凝土的致密性是增强耐久性的最关键措施。提出一般工程水灰比应保持在0．45以下，严酷条件下宜保持在0．40以下。引气剂是提高抗冻性的最有效方法。我国北方地区大力推广使用，定将获益匪浅。

(2)我国有漫长的海岸线，海沙大量应用于建筑工程，但其中含有氯、碱等有害成分，必须洗净使用，以减轻钢筋锈蚀。

(3)在我国西南和西北地区、地下水和土壤中硫酸根含量较高，必须充分注意硫酸盐腐蚀。最近在新疆还发现生成碳硫硅钙石的破坏[5]值得注意。

在这里我们不能仅从科学技术角度探讨如何改善和提高耐久性，还要着重探讨怎样才能真正重视耐久性，而且愿意为提高耐久性付出经济代价。当前工程实行招标制，业主希望价格越低越好，加以当前我国建筑业竞争激烈，保持低利润也希望中标，中标之后无能力也不可能再为采取措施提高耐久性而付出经济代价。有时明知需采取某项新技术措施有好处也只能不用，工程技术人员也无法效力。有的工程也提保证100年寿命，但如何界定·I二程的寿命困难太大，也就不具备约束力。为此特提出工程招标时明确提出“工程不小修和不大修的年限”，如规定沥青混凝土路面2年不小修、5年不大修。桥梁10年不小修、20年不大修等等(见表4)，并与公司和个人的经济收入挂钩，有奖有罚，只有这样才有可能真正把耐久性和提高寿命付诸到工程实践中去。这项工作意义特别重大，实施过程问题特别复杂，需要政府、企业和科技工作者、社会科学家共同合作拟定详细法规和指南。

表4 各种工程耐久性的规定方案

工程不小修年限（年）不大修年限（年）使用寿命（年）

桥梁

水泥混凝土路面机场道面

沥青混凝土路面大坝

港口

隧道10

5

5

2

10

10

10

20

10

10

5

20

20

20

120

40

40

15

100

100

100

注：这仅是初步设想，需要修改。