建筑材料发展趋势（混凝土组成材料与性能）
城乡建设学院2011级土木工程孙永刚
一、简述水泥的发展方向
1、提高水泥熟料强度，减少水泥熟料产量；
2、开发细掺和料资源；
3、提高混凝土结构耐久性；
4、开发生态水泥和高性能水泥；
5、研制高性能水泥基材料和新型胶凝材料。

二、何为高性能混凝土？高性能混凝土对原材料的技术要求？如何配置高性能混凝
土？
1、高性能混凝土具有高抗渗性（高耐久性的关键性能）；高体积稳定性（低干缩、低
徐变、低温度变形和高弹性模量）；适当的高抗压强度；良好的施工性（高流动性、高粘聚性、自密实性）。

2、高性能混凝土对原材料的技术要求：
水泥
水泥应选用硅酸盐水泥或普硅酸盐水泥。

水泥中C3A含量应不大于8%，细度控制在
10%以内，碱含量小于0．8%，氯离子含量小于O．1%。

水泥中的C3A含量高、细度
高，比表面积就会增大，混凝土的用水就会增加，从而造成混凝土落度损失过快，
有时甚至会出现急凝和假凝现象，这不仅会影响混凝土的外观质量，同时也将直接
影响其耐久性，为了更好地达到各项指标，水泥的存放时间以3天为宜。

矿物掺和料
矿物掺和料对混凝土具有减水、活化、致密、润滑、免疫、填充的作用，它能延缓
水泥水化过程中水化粒子的凝聚，减轻坍落度损失。

矿物掺合料选用品质稳定的产
品，矿物掺合料的品种宜为粉煤灰、磨细粉煤灰、矿渣粉或硅灰。

其各项指标应满
足：粉煤灰的细度≤20%，烧矢量≤5%，含水量≤0%，氯离子含量≤0．02%。

外加剂
外加剂与水泥相适应性、减水率、流动性、含气量、掺量都将影响混凝土的工作性，高速铁路外加剂宜采用聚羧酸系列产品，其技术指标主要包括：减水率不应低于
20%，硫酸钠含量小于10%，碱含量不得超过10%，硫酸钠含量小于10%，外加剂中
的氯离子含量不得大于0．2%，含气量不小于3%。

细骨料
含泥量、泥块含量也是影响高性能混凝土各项技术指标的重要原因之一，含泥量、
泥块含量过高，不仅能降低混凝土强度，同时易造成内部结构的毛细通道不能有效
的阻止有害物质的侵蚀。

对于高速铁路工程来说，细骨科应选用处于级配区的中粗
河砂，砂的细度模数要求为2．3—3．O。

粗骨料
粗骨料宣选用二级配、三级配碎石，保持良好的级配能增加混凝土强度。

在选择粗
骨料时，一定要控制大骨科的含量，大骨料的含量超标，将直接影响保护层外侧混
凝土的质量，会导致混凝土的表面干裂纹，影响表观质量。

碎石粒径宜为5mm-20mm，最大粒径不应超过25mm，级配良好，压碎指标不大于8%，针片状含量不大干10%，含泥量低于1.0%，骨料水溶性氯化物折合氯离子含量不超过集料质量的0.02%。

3、配置高性能混凝土：
对不同强度等级混凝土的胶凝材料总量应进行控制， C40 以下不宜大于400kg/m3;C40 ~ C50 不宜大于450 kg/m3; C60 及以上的非泵送混凝土不宜大于500kg/m3，泵送混凝土不宜大于530 kg/m30 配有钢筋的混凝土结构，在不同环境条件下其最大水胶比和单方混凝土中胶凝材料的最小用最应符合设计要求。

混凝土中宜适量掺加优质的粉煤灰、磨细矿渣粉或磁灰等矿物掺合料，用以提高其耐久性，改善其施工性能和抗裂性能，其掺量宜根据混凝土的性能要求通过试验确定，且不宜超过胶凝材料总量的20% 。

当混凝土中粉煤灰掺最大于30% 时，混凝土的水胶比不得大于0.45 ;在预应力混凝土及处于冻融环挠的混凝土中，粉煤灰的掺量不宜大于20% ，且粉煤灰的含碳量不宜大于2% 。

对暴露于空气中的一般构件混凝土，粉煤灰的掺量不宜大于20% ，且单方混凝土胶凝材料中的硅酸盐水泥用量不宜小子240kg。

对耐久性有较高要求的混凝土结构，试配时应进行混凝土和胶凝材料抗裂性能的对比试验，并从中优选抗裂性能良好的混凝土原材料和配合比。

混凝土中宜适量掺加外加剂，但宜选用质量可靠、稳定的多功能复合外加剂。

冻融环境下的混凝土宜采用引气混凝土。

冻融环境作用等级D级及以上的混凝土必须掺用引气剂，并应满足相应强度等级中最大水胶比和胶凝材料最小用量的要求;对处于其他环境作用等级的混凝土，亦可通过掺加引气剂(含气量不小于4% )提高其耐久性。

混凝土抗冻性的耐久性指数( DF) 应符合现行行业标准《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范} (JTG/T B07 -0 1 )的规定。

引气混凝土的适宜含气量和气泡间距系数应符合规定。

对混凝土中总碱含量的控制，应符合规定。

混凝土中的氯离子总含量，对钢筋混凝土不应超过胶凝材料总质量的0.10% ;对预应力混凝土不应超过0.06% 。

混凝土的塌落度宜根据施工工艺的要求确定，条件允许时宜选用低塌落度的混凝土施工。

三、何为智能混凝土？如何实现智能混凝土？
1、智能混凝土：“智能混凝土”又名“超高性能混凝土”（UHPC），它比其它形式的混
凝土能抵抗更大的压迫，也比传统混凝土更柔韧和耐用。

2、如何实现智能混凝土：
UHPC的基本原料和普通的混凝土一样，都是沙子和水泥。

但UHPC中还配有石英砂及各种加固材料和纤维。

这种石英砂不同于其他大量混有沙子的石英砂，纯度高达100%。

根据这个特点，伊朗的土木工程师把UHPC应用到从修建水坝到铺设污水管的各各领域，并且不断地完善其应用技术。

哈马丹布-阿里大学的穆哈穆德·尼力教授（Mahmoud Nili）在UHPC中配入了聚丙烯纤维和石英粉，使其韧性大大提高，抗爆能力比普通混凝土高出数倍。

卢合拉·阿里扎德的改进更加完善。

使用纳米粒子可以改变混凝土内部结构。

萨韦省伊斯兰阿萨德大学阿里·纳扎里教授及其同事发表了多篇论文，研究使用各种氧化金属纳米粒子改变混凝土内部结构的方法。

他们使用过氧化铁，氧化铝，氧化锆，氧化钛及氧化铜。

材料经过纳米粒子处理后会呈现出极佳的属性。

尽管只有几件小样品呈现出了这种属性，但至少证明了这个方法这是可行的。

使用这样的纳米粒子，有望制造出比拉法基混凝土强度高出四倍的混凝土。

这一切看起来都很美好，使用UHPC可以造福人民，建造出更安全的堤坝和更密实的下水系统。

但是UHPC在军事方面的应用更令某些人神往---更多的人对此感到的是担忧。

2008年，德黑兰大学发表了一份研究报告，研究的是UHPC抵御钢弹冲击的能力。

一般情况下，这些在地震时都不是问题。

研究发现，加有大量长钢质
纤维的混凝土性能最佳。

早在1995年，也有一份研究报告发表，报告表明在混凝土中加入聚合物纤维，虽然只能略微提高其抗压强度，但抗冲击性却提高了七倍。