混凝土

混凝土是當代最主要的土木工程材料之一。它是由膠凝材料，顆粒狀集料（也稱為骨料），水，以及必要時加入的外加劑和摻合料按一定比例配製，經均勻攪拌，密實成型，養護硬化而成的一種人工石材。

混凝土具有原料豐富，價格低廉，生產工藝簡單的特點，因而使其用量越來越大。同時混凝土還具有抗壓強度高，耐久性好，強度等級範圍寬等特點。這些特點使其使用範圍十分廣泛，不僅在各種土木工程中使用，就是造船業，機械工業，海洋的開發，地熱工程等，混凝土也是重要的材料。

考古人員發現5000年前的凌家灘先民不僅能夠製造精美的玉石器，而且已開始稻作農業，飼養或捕獵豬、鹿、鳥禽等多種動物豐富飲食品種。另外在房屋建設中，他們已懂得類似鋼筋混凝土的：“挖槽填燒土，木骨撐泥牆”的建築工藝。

5000年前的凌家灘人不是隻會簡單的搭建屋舍，事實證明，當時的凌家灘人已懂得“挖槽填燒土，木骨撐泥牆”的建築工藝，這和如今的鋼筋混凝土非常相似。工作人員説，原始先民要用經過火燒過土作為房基槽與牆體的填充材料，在基槽內用木棍作為牆體的支撐柱，然後填埋紅燒的土塊，並在牆體兩側表面敷上較厚的粘泥，甚至一部分還可能用蘆葦杆加固。

1900年，萬國博覽會上展示了鋼筋混凝土在很多方面的使用，在建材領域引起了一場革命。法國工程師艾納比克1867年在巴黎博覽會上看到莫尼爾用鐵絲網和混凝土製作的花盆、浴盆、和水箱後，受到啓發，於是設法把這種材料應用於房屋建築上。1879年，他開始製造鋼筋混凝土樓板，以後發展為整套建築使用由鋼筋箍和縱向杆加固的混凝土結構梁。僅幾年後，他在巴黎建造公寓大樓時採用了經過改善迄今仍普遍使用的鋼筋混凝土主柱、橫樑和樓板。

1884年德國建築公司購買了莫尼爾的專利，進行了第一批鋼筋混凝土的科學實驗，研究了鋼筋混凝土的強度、耐火能力。鋼筋與混凝土的粘結力。1887年德國工程師科倫首先發表了鋼筋混凝土的計算方法；英國人威爾森申請了鋼筋混凝土板專利；美國人海厄特對混凝土橫樑進行了實驗。1895年——1900年，法國用鋼筋混凝土建成了第一批橋樑和人行道。1918年艾布拉姆發表了著名的計算混凝土強度的水灰比理論。鋼筋混凝土開始成為改變這個世界景觀的重要材料。 ^[1] 

混凝土可以追溯到古老的年代，其所用的膠凝材料為粘土、石灰、石膏、火山灰等。自19世紀20年代出現了波特蘭水泥後，由於用它配製成的混凝土具有工程所需要的強度和耐久性，而且原料易得，造價較低，特別是能耗較低，因而用途極為廣泛（見無機膠凝材料）。

20世紀初，有人發表了水灰比等學説，初步奠定了混凝土強度的理論基礎。以後，相繼出現了輕集料混凝土、加氣混凝土及其他混凝土，各種混凝土外加劑也開始使用。60年代以來，廣泛應用減水劑，並出現了高效減水劑和相應的流態混凝土；高分子材料進入混凝土材料領域，出現了聚合物混凝土；多種纖維被用於分散配筋的纖維混凝土。現代測試技術也越來越多地應用於混凝土材料科學的研究。 ^[2] 

截至2023年4月，全球每年生產的混凝土超過40億噸。 ^[7] 

混凝土拌合物最重要的性能。它綜合表示拌合物的稠度、流動性、可塑性、抗分層離析泌水的性能及易抹面性等。測定和表示拌合物和易性的方法和指標很多，中國主要採用截錐坍落筒測定的坍落度（毫米）及用維勃儀測定的維勃時間（秒），作為稠度的主要指標。

混凝土硬化後的最重要的力學性能，是指混凝土抵抗壓、拉、彎、剪等應力的能力。水灰比、水泥品種和用量、集料的品種和用量以及攪拌、成型、養護，都直接影響混凝土的強度。混凝土按標準抗壓強度（以邊長為150mm的立方體為標準試件，在標準養護條件下養護28天，按照標準試驗方法測得的具有95%保證率的立方體抗壓強度）劃分的強度等級，稱為標號，分為C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80、C85、C90、C95、C100共19個等級。混凝土的抗拉強度僅為其抗壓強度的1/10～1/20。提高混凝土抗拉、抗壓強度的比值是混凝土改性的重要方面。

混凝土在荷載或温濕度作用下會產生變形，主要包括彈性變形、塑性變形、收縮和温度變形等。混凝土在短期荷載作用下的彈性變形主要用彈性模量表示。在長期荷載作用下，應力不變，應變持續增加的現象為徐變，應變不變，應力持續減少的現象為鬆弛。由於水泥水化、水泥石的碳化和失水等原因產生的體積變形，稱為收縮。

硬化混凝土的變形來自兩方面：環境因素（温、濕度變化）和外加荷載因素，因此有：

（1）荷載作用下的變形

彈性變形

非彈性變形

（2）非荷載作用下的變形

收縮變形（幹縮、自收縮）

膨脹變形（濕脹）

（3）複合作用下的變形

在一般情況下，混凝土具有良好的耐久性。但在寒冷地區，特別是在水位變化的工程部位以及在飽水狀態下受到頻繁的凍融交替作用時，混凝土易於損壞。為此對混凝土要有一定的抗凍性要求。用於不透水的工程時，要求混凝土具有良好的抗滲性和耐蝕性。抗滲性 、抗凍性 、抗侵蝕性 為混凝土耐久性。

普通混凝土是由水泥、粗骨料（碎石或卵石）、細骨料（砂）、外加劑和水拌合，經硬化而成的一種人造石材。砂、石在混凝土中起骨架作用，並抑制水泥的收縮；水泥和水形成水泥漿，包裹在粗細骨料表面並填充骨料間的空隙。水泥漿體在硬化前起潤滑作用，使混凝土拌合物具有良好工作性能，硬化後將骨料膠結在一起，形成堅強的整體。 ^[3] 

混凝土的性質包括混凝土拌合物的和易性、混凝土強度、變形及耐久性等。

和易性又稱工作性，是指混凝土拌合物在一定的施工條件下，便於各種施工工序的操作，以保證獲得均勻密實的混凝土的性能。和易性是一項綜合技術指標，包括流動性（稠度）、粘聚性和保水性三個主要方面。

強度是混凝土硬化後的主要力學性能，反映混凝土抵抗荷載的量化能力。混凝土強度包括抗壓、抗拉、抗剪、抗彎、抗折及握裹強度。其中以抗壓強度最大，抗拉強度最小。

混凝土的變形包括非荷載作用下的變形和荷載作用下的變形。非荷載作用下的變形有化學收縮、乾濕變形及温度變形等。水泥用量過多，在混凝土的內部易產生化學收縮而引起微細裂縫。

混凝土耐久性是指混凝土在實際使用條件下抵抗各種破壞因素作用，長期保持強度和外觀完整性的能力。包括混凝土的抗凍性、抗滲性、抗蝕性及抗碳化能力等。

①無機膠凝材料混凝土，如水泥混凝土、石膏混凝土、硅酸鹽混凝土、水玻璃混凝土等；

②有機膠結料混凝土，如瀝青混凝土、聚合物混凝土等。

混凝土按照表觀密度的大小可分為：重混凝土、普通混凝土、輕質混凝土。這三種混凝土不同之處就是骨料的不同。

重混凝土是表觀密度大於2500Kg/

，用特別密實和特別重的集料製成的。如重晶石混凝土、鋼屑混凝土等，它們具有不透x射線和γ射線的性能。

普通混凝土即是我們在建築中常用的混凝土，表觀密度為1950～2500Kg/

，集料為砂、石。

輕質混凝土是表觀密度小於1950Kg/

的混凝土。它由可以分為三類：

1．輕集料混凝土，其表觀密度在800～1950Kg/

，輕集料包括浮石、火山渣、陶粒、膨脹珍珠岩、膨脹礦渣、礦渣等。

2．多孔混凝土（泡沫混凝土、加氣混凝土），其表觀密度是300～1000Kg/

。泡沫混凝土是由水泥漿或水泥砂漿與穩定的泡沫製成的。加氣混凝土是由水泥、水與發氣劑製成的。

3．大孔混凝土（普通大孔混凝土、輕骨料大孔混凝土），其組成中無細集料。普通大孔混凝土的表觀密度範圍為1500～1900Kg/

，是用碎石、軟石、重礦渣作集料配製的。輕骨料大孔混凝土的表觀密度為500～1500Kg/

，是用陶粒、浮石、碎磚、礦渣等作為集料配製的。

結構混凝土、保温混凝土、裝飾混凝土、防水混凝土、耐火混凝土、水工混凝土、海工混凝土、道路混凝土、防輻射混凝土等。

離心混凝土、真空混凝土、灌漿混凝土、噴射混凝土、碾壓混凝土、擠壓混凝土、泵送混凝土等。按配筋方式分有：素（即無筋）混凝土、鋼筋混凝土、鋼絲網水泥、纖維混凝土、預應力混凝土等。

乾硬性混凝土、 半乾硬性混凝土、 塑性混凝土、流動性混凝土、高流動性混凝土、流態混凝土等。 ^[4] 

製備混凝土時，首先應根據工程對和易性、強度、耐久性等的要求，合理地選擇原材料並確定其配合比例，以達到經濟適用的目的。混凝土配合比的設計通常按水灰比法則的要求進行。材料用量的計算主要用假定容重法或絕對體積法。

混凝土攪拌機：根據不同施工要求和條件，混凝土可在施工現場或攪拌站集中攪拌。流動性較好的混凝土拌合物可用自落式攪拌機；流動性較小或乾硬性混凝土宜用強制式攪拌機攪拌。攪拌前應按配合比要求配料，控制稱量誤差。投料順序和攪拌時間對混凝土質量均有影響，應嚴加掌握，使各組分材料拌和均勻。 ^[5] 

輸送與灌築：混凝土拌合物可用料斗、皮帶運輸機或攪拌運輸車輸送到施工現場。其灌築方式可用人工或藉助機械。採用混凝土泵輸送與灌築混凝土拌和物，效率高，每小時可達數百立方米。無論是混凝土現澆工程，還是預製構件，都必須保證灌筑後混凝土的密實性。其方法主要用振動搗實，也有的採用離心、擠壓和真空作業等。摻入某些高效減水劑的流態混凝土，則可不振搗。

養護的目的在於創造適當的温濕度條件，保證或加速混凝土的正常硬化。不同的養護方法對混凝土性能有不同影響。常用的養護方法有自然養護、蒸汽養護、乾濕熱養護、蒸壓養護、電熱養護、紅外線養護和太陽能養護等。養護經歷的時間稱養護週期。為了便於比較，規定測定混凝土性能的試件必須在標準條件下進行養護。中國採用的標準養護條件是：温度為20±2°C；濕度不低於95%。 ^[6]