混凝土
概述
混凝土（concrete）是将细骨料（砂）和粗骨料（碎石）混合到由水泥与水制成的浆体中，再通过水化反应使其硬化而成的复合建筑材料。它在液态时可以按照模板成型为任意形状，硬化后则表现出高抗压强度、耐久性、耐火性和防水性。凭借水、水泥、骨料这些廉价而常见的原料即可实现大规模生产，混凝土已成为支撑现代城市与基础设施的最普遍结构材料，并被列为全球消费量仅次于水的物质。
主要内容
定义与组成要素
混凝土主要由三种要素构成。第一，水泥与水反应生成的水泥浆体起到黏结骨料的胶黏剂作用。第二，细骨料（砂，最大粒径约5mm）与粗骨料（碎石、碎砾石）占总体积的约60~75%，构成骨架。第三，根据需要添加掺合料与外加剂，以调节工作性、强度、耐久性、凝结时间等。此外，将粉煤灰、高炉矿渣微粉、硅灰等工业副产品用作水泥替代材料的做法日益增多。
历史
古罗马人用火山灰与石灰混合制成的火山灰质水泥，建造了万神殿和斗兽场等大型结构物。1824年，英国的约瑟夫·阿斯普丁为波特兰水泥申请专利，奠定了现代混凝土的基础；19世纪中后期，将钢筋与混凝土结合的钢筋混凝土问世，弥补了混凝土抗拉强度弱的缺点。20世纪以后，预应力混凝土、高强混凝土、流动性混凝土等多种技术不断发展，使超高层建筑与长大桥梁的施工成为可能。
种类
- 普通混凝土：最基本配合比，坍落度8~18cm左右的普通强度混凝土。
- 高强混凝土：抗压强度40MPa以上，用于超高层建筑的竖向构件。
- 轻骨料混凝土：使用人造轻骨料降低单位重量，有利于高层建筑或桥梁桥面板。
- 纤维增强混凝土（FRC）：掺入钢纤维、合成纤维，提高抗裂性和韧性。
- 透水混凝土：人为形成连续孔隙，使雨水渗入地面的环保铺装材料。
- 自修复混凝土：当裂缝产生时，由胶囊化的细菌或聚合物自行填补的新材料。
特性与配合比设计
混凝土抗压能力强，但抗拉能力极弱，抗拉强度仅为抗压强度的约1/10。因此，在承受弯曲或拉伸作用的构件中，会配置钢筋或钢绞线，采用钢筋混凝土、预应力混凝土。在配合比设计中，水灰比（W/C）是核心变量，该比例越低，强度与抗渗性越高，但工作性下降。近年来，水胶比（W/B）概念以及以耐久性为中心的设计正逐步标准化。
施工与养护
混凝土需经历计量→搅拌→运输→浇筑→振捣→养护的工序。浇筑后须用振动振捣器排除孔隙，完成表面收面后，在一定期间内保持湿润状态的养护是必不可少的。养护不当会导致干缩裂缝和强度下降。冬季需要进行防止冻害的冬季混凝土施工，夏季则需要管理水化热。
环境影响
每生产1吨水泥约排放0.6~0.9吨二氧化碳，全球CO₂排放量中约7~8%来自水泥产业。因此，混凝土的脱碳化已成为建筑行业最大的课题。
最新动态
2024~2025年混凝土产业的核心关键词是低碳·循环·数字化。第一，将CCUS（碳捕集、利用与封存）技术引入水泥厂，或在混凝土养护过程中注入CO₂使其矿化的碳养护工法已进入商用化阶段。第二，粉煤灰、矿渣、石灰石混合水泥（LC3）与地质聚合物混凝土作为大幅减少水泥熟料用量的替代方案备受关注。第三，3D打印混凝土使无模板的自由形状施工成为可能，引领建筑自动化。第四，基于AI的配合比优化、利用IoT传感器的智能养护管理以及结构健康监测正在普及。第五，废混凝土再生骨料的高品质化以及扩大循环骨料强制使用范围的政策，在国内外均呈加强趋势。
相关主题
- [[水泥]]
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- [[3D打印建筑]]
- [[骨料]]