現(xiàn)代混凝土的發(fā)展歷程及意義_賽普森

現(xiàn)代混凝土的發(fā)展歷程及在現(xiàn)代土木工工程中的意義

    任何土木建筑工程都是用材料建成的，材料乃土木工程之本。在古代，人們主要采用泥土、石材、木材等天然物質(zhì)及磚瓦作為建筑材料。隨后，又采用石灰和火山灰作為膠凝材料，用水拌以砂、石制成人造石作為建筑材料，古羅馬時(shí)代即以這種古代混凝土建成了許多有名的代表性建筑，如萬神殿、競技場、海港、燈塔、水渠等，在經(jīng)歷2 000多年之后仍然保存。但這種混凝土的缺點(diǎn)是硬化緩慢、強(qiáng)度較低，火山灰資源有限，品質(zhì)不均，混凝土質(zhì)量不易控制。古代混凝土在19世紀(jì)前的歐洲土木建筑中起到了重要的作用，混凝土這種人造材料誕生了。

    1824年波特蘭水泥(我國稱硅酸鹽水泥)發(fā)明之后，作為混凝土的膠凝材料才有了質(zhì)的飛躍。這種水泥硬化快、強(qiáng)度高、資源豐富、質(zhì)量可控，因此，使混凝土技術(shù)得到了快速的發(fā)展，用量急劇增加，使用范圍不斷擴(kuò)大，至今已成為世界上用量最大的人造材料。這是因?yàn)榛炷辆哂性县S富，價(jià)格低廉，制作簡單，造型方便，相對耐久，維修費(fèi)低，耐火型好等優(yōu)越性.

    然而，混凝土存在抗拉強(qiáng)度低的重大缺陷，只是在19世紀(jì)中期，鋼鐵工業(yè)得到發(fā)展，在凝土中摻入鋼筋，形成鋼筋混凝土復(fù)合材料，彌補(bǔ)了純混凝土抗拉強(qiáng)度不足的缺陷之后，才大大促進(jìn)了混凝土應(yīng)用于各種工程結(jié)構(gòu)上
。這是混凝土技術(shù)的巨大進(jìn)步。

    對混凝土配筋，雖然使混凝土可用于受彎和受拉構(gòu)件，但并未解決混凝土容易開裂的問題，用張拉鋼筋對混凝土施加預(yù)壓應(yīng)力的方法，可以保證混凝土構(gòu)件在荷載作用下，既能抗拉又不致形成裂縫，特別是應(yīng)用高強(qiáng)材料時(shí)，預(yù)應(yīng)力方法最為有效。混凝土收縮與徐變理論的提出，高強(qiáng)鋼絲與錨具的采用，為預(yù)應(yīng)力技術(shù)在混凝土工程中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

    預(yù)應(yīng)力混凝土的出現(xiàn)，是混凝土技術(shù)的又一次飛躍，它是通過外部條件對混凝土改性。由于預(yù)應(yīng)力技術(shù)在大跨建筑、高層建筑，以及在抗震、防裂、抗內(nèi)壓等方面的卓越效果，從而大大擴(kuò)展了混凝土的應(yīng)用范圍，C100的預(yù)應(yīng)力混凝土在質(zhì)量上即可與鋼結(jié)構(gòu)相近。這樣，大部分的鋼結(jié)構(gòu)即可以用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)代替。目前混凝土的應(yīng)用領(lǐng)域，已從一般地工業(yè)民用建筑，交通建筑，水工建筑擴(kuò)一展到了海上浮動(dòng)建筑、海底建筑、地下城市建筑、高壓儲(chǔ)罐、核電站容器等領(lǐng)域。

    利用膨脹水泥或在混凝中加人膨脹劑生產(chǎn)收縮補(bǔ)償混凝土和自應(yīng)力混凝土是混凝土技術(shù)另一突出成就，其本質(zhì)是變混凝土的收縮本性為膨脹本性，以克服混凝土收縮裂縫的產(chǎn)生和應(yīng)用膨脹性能來張拉鋼筋。這是一種內(nèi)外條件相結(jié)合的改性。膨脹混凝土廣泛用于工業(yè)與民用建筑、路面、儲(chǔ)罐、自應(yīng)力管、防水防滲結(jié)構(gòu)、管道接頭、構(gòu)件接縫、二次灌漿等方面。

    在其他條相同的條件下，混凝土的強(qiáng)度取決于水灰比，這就是著名的水灰比理論。這一理論指出，在混凝土能充分密實(shí)條件下，水灰比越低，即加水量愈少，混凝土的強(qiáng)度越高。但是，水灰比過低卻引起混合料的流動(dòng)性迅速降低，使混凝土搗實(shí)成型工作十分困難，因而，也可使混凝土變得不密實(shí)，混凝土強(qiáng)度反而降低。

    減水劑的發(fā)明與應(yīng)用，是近20年來混凝土技術(shù)的重大發(fā)展，在混凝土混合料中摻入減水劑和高效減水劑可以大幅降低水灰比并保證混合料的流動(dòng)性和提高強(qiáng)度，使混合料的拌制、運(yùn)輸、澆注和成型等工藝過程變得容易，并使混凝土的各種性能均得到改善，因而在現(xiàn)代混凝土工程中廣泛使用。

    盡管混凝土是一種傳統(tǒng)的建筑材料，但由于這種材料具有不可取代的優(yōu)越性以及混凝土材料科學(xué)與技術(shù)的不斷的進(jìn)步，混凝土已經(jīng)成當(dāng)今全世界用量最大的人造成為土木工程用材的主體。例如，20世紀(jì)末期建成的高度為世界第二的摩天吉隆坡石油大廈，以及世界第四、我國第二高的摩天大樓上海金茂大廈均是止作為主要結(jié)構(gòu)材料邑要結(jié)構(gòu)材料。目前，我國水泥年產(chǎn)量(2003年)已達(dá)8. 25億t,混凝土年用量達(dá)15億立方以上(其中商品混凝土產(chǎn)量2.153億m3以上）。由此可見，混凝設(shè)在土木工程和國家建設(shè)中的重要意義。