混凝土發展歷史

作為傳統硅酸鹽材料之一，水泥混凝土誕生至今已有200年歷史。從1824年英國工程師Joseph Aspdin獲得硅酸鹽水泥的授權專利起，硅酸鹽水泥制備的混凝土由于具有優于普通鋼材與木材的耐久性能、不同結構尺寸與形狀的施工便捷性、原材料易于獲得且成本低廉等突出優點，已成為土木工程大量使用的主體建筑材料。盡管如此，考慮到混凝土作為一種脆性大、抗拉強度低的材料，如何提升抗裂性能是混凝土實現大規模應用的關鍵難題。針對上述問題，法國人Joseph Louis Lambot申請了使用鋼筋提高混凝土構件抗拉強度的發明專利，隨后1892年瑞士Wiggen市則修建了第一座鋼筋混凝土橋梁，1928年法國工程師Eugène Freyssinet申請了控制鋼筋混凝土開裂的預應力混凝土專利。上述鋼筋和預應力的使用均改善了混凝土構件的性能，但并沒有提升混凝土材料自身的性能，于是引入纖維材料提升基體抗拉強度與斷裂能，將混凝土的研究與應用推向了一個新高度。其中，1902年誕生了石棉纖維混凝土的第一項專利申請，1923年左右引入鋼纖維，1950年耐堿玻璃纖維被開發并用于消除石棉的有害特性，而聚合物纖維則在玻璃纖維出現之后產生。伴隨上述纖維材料在混凝土中應用，減水劑的發明降低了混凝土用水量且同時增大了混凝土工作性，被公認為是繼鋼筋和預應力混凝土技術之后混凝土領域的第三次技術飛躍。

混凝土基體微結構調控與性能提升是未來混凝土技術第四次飛躍的主要驅動力。與硅酸鹽材料的研究方法相同，調控材料組成與優化微觀結構是實現混凝土性能提升的關鍵思路。混凝土中硬化水泥漿體的水化過程、水化產物膠凝特性以及微結構形成與演變，直接決定其宏觀性能，例如工作性能、力學性能、裂縫控制與耐久性。通過摻加外加劑、礦物摻合料等功能性組分，優化養護制度可以調控混凝土水化產物組成、結構和形貌，抑制各尺度孔、界面過渡區和微細裂縫產生，從而實現混凝土工作性能、力學性能、裂縫控制與耐久性的提升。