在21世紀(jì)中，水泥和混凝土必須按環(huán)境要求，按可持續(xù)發(fā)展的途徑進(jìn)行開發(fā)?；炷良瓤梢允且环N商品，也可以是一種用在特種市場上的特種材料。我們可以采用多種途徑來生產(chǎn)滿足上述要求的混凝土。但是，無論采用那種途徑，都必須確保從每一顆水泥顆粒中獲得最佳的技術(shù)--社會--經(jīng)濟(jì)效益，從而使所形成的混凝土結(jié)構(gòu)具有更長的使用壽命周期。如果我們能實現(xiàn)這一目標(biāo)，那么波特蘭水泥和混凝土顯然仍將成為21世紀(jì)的建筑材料。
目前，混凝土基本上仍屬一種商品，其基本特性的改善和提高仍相當(dāng)緩慢。但是，已出現(xiàn)了若干種符合特種市場小批量需求的特種混凝土。當(dāng)然，要預(yù)測這些新型混凝土在市場上的發(fā)展速度和市場份額，還尚有困難。
通常，對未來進(jìn)行預(yù)測，都存在一定的風(fēng)險性，特別又是一個與人類行為緊密相連的未來。首先，我們不可能預(yù)測到未來的偶然性發(fā)現(xiàn)。其次，由于現(xiàn)代社會的行為日益復(fù)雜，很難對最聰慧的人腦和最強大的電腦進(jìn)行分析。因此，要對現(xiàn)代人類社會的行為進(jìn)行精確的預(yù)測，是相當(dāng)困難的。
但是，我們可以采用一種謹(jǐn)慎的方法，即通過對當(dāng)今混凝土技術(shù)中的最新發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行一番基本的研究，看一下還有那些潛力尚未被充分利用，就能很自信地對未來若干年，混凝土技術(shù)中的幾個最強勁的發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測。我們將對早已開發(fā)研究的，或已進(jìn)展到開發(fā)研究高級階段的若干種特種混凝土的成功機會進(jìn)行分析研究，進(jìn)行多種選擇，但是，我們的選擇必須建立在對這些開發(fā)研究的結(jié)果有充分了解的基礎(chǔ)上。
1尚待進(jìn)行的選擇
(1)普通商品或高性能產(chǎn)品
長期以來，混凝土行業(yè)所生產(chǎn)的混凝土，以及設(shè)計人員根據(jù)規(guī)范所設(shè)計的混凝土，都是一種能適用于任何場合下的通用型混凝土。其抗壓強度一般在15Mpa-25Mpa。近年來，在有些國家中，混凝土的抗壓強度可能略有提高。目前，在一些發(fā)達(dá)國家中，使用在結(jié)構(gòu)上的混凝土抗壓強度在25-35Mpa之間。 當(dāng)然這并不是說20Mpa強度的混凝土已不再使用。仍有許多應(yīng)用場合（基腳，基礎(chǔ)等），設(shè)計人員不需要采用抗壓強度大于20Mpa的混凝土，但是，越來越多的結(jié)構(gòu)，已采用抗壓強度更高的混凝土。
到上世紀(jì)的七十年代，已開始制定了相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范，把強度更高的混凝土（40-50Mpa）用于高層建筑的立柱。隨后，這些最初所謂的高強混凝土，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝阅芑炷?，其原因是：這些混凝土具有比高強度更多的性能。這些混凝土開始被用在室外，而且，面對更為惡劣的環(huán)境條件，諸如近海平臺、橋梁、和道路等。這類混凝土的市場，已逐漸不僅限于高強混凝土市場，而且已更多地用于耐久性混凝土市場。目前，耐久性混凝土市場已占混凝土總市場的三分之一。
最近，在現(xiàn)有的工藝技術(shù)水平下，使用更少的水泥，在某些情況下，只需使用三分之一的集料，就可配置出能承受所需結(jié)構(gòu)荷載的普通強度混凝土，。這是一種比普通混凝土更具生態(tài)友好型的混凝土。此外，高性能混凝土預(yù)計的使用壽命周期要比普通混凝土長2-3倍，而且，這種高性能混凝土可以在其結(jié)構(gòu)使用壽命周期結(jié)束時，可再生循環(huán)使用2-3次，最后用作路基混凝土的集料。
簡單采用低水/灰比的高性能混凝土是一種原始成本很低的經(jīng)濟(jì)型混凝土。其原因是：建造同樣數(shù)量的結(jié)構(gòu)，使用的模板較少，澆筑的混凝土較少，使用的鋼筋也較少。加拿大魁北克運輸部已算出，采用強度為50-6-Mpa的混凝土橋梁，其最初造價比采用強度為30Mpa的省8%，其中還沒有把所增加的橋梁使用壽命考慮進(jìn)去。
接受使用高性能混凝土的過程很緩慢，但是，進(jìn)展是持續(xù)不斷的。而且，這個進(jìn)展過程仍將在21世紀(jì)初持續(xù)下去，因為設(shè)計人員和業(yè)主都將意識到高性能混凝土的價值及其耐久性能。
當(dāng)然，高性能混凝土并非靈丹妙藥，也不會限制所有其他種類混凝土的發(fā)展。而且，高性能混凝土也有其自身的局限性。但是，高性能混凝土是一種可以使設(shè)計人員和建筑師超越現(xiàn)有混凝土局限性的耐久性混凝土
(2)特種混凝土最近已可以看到，與高性能混凝土開發(fā)研究領(lǐng)域并行的，應(yīng)用于某些特種市場中的高技術(shù)或特種混凝土，諸如纖維增強混凝土、自密實混凝土、滾壓高性能混凝土、以及活性細(xì)粉混凝土。所有這些混凝土都是為用量較小，但贏利能力很強的市場而專門設(shè)計的。這些市場的競爭性不大，而且，只有那些很嚴(yán)肅認(rèn)真的公司才會參與這些市場。因為他們都處于這些技術(shù)的領(lǐng)先地位，有能力提高這些高技術(shù)混凝土的應(yīng)用范圍。當(dāng)然，這些公司也有能力提供大量在進(jìn)行房屋或基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)時所必須采用的普通混凝土。這些特種混凝土雖然用量還不大，然而，隨著時間的推移，一定會很快出現(xiàn)一系列特種混凝土。因為，向承包商提供的新型混凝土方案，與強度為20-30Mpa的混凝土方案相比，其性能更優(yōu)，耐久性更好，經(jīng)濟(jì)效益更大，因此，其價值也越大。采用BOOT方式開發(fā)的工程項目，無疑將加速形成新型混凝土的應(yīng)用趨勢。而更為有趣的是，有些特種混凝土可獲得當(dāng)初未曾想到的意外應(yīng)用市場。我們可以以自密實混凝土為例。當(dāng)初在日本所進(jìn)行的開發(fā)研究，只是為了在鋼筋很密集的結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，方便地澆筑混凝土。而現(xiàn)在，我們已開始將其用作靜音混凝土，或無噪音混凝土。由于自密實混凝土不需要振搗，因此，可用于夜間或白晝?nèi)魏螘r間的澆筑作業(yè)，又不干擾臨近居民。當(dāng)自密實混凝土用于預(yù)制廠時，其噪音要比一家迪斯科舞廳還小。
(3)超高強混凝土
在用于環(huán)境功能的結(jié)構(gòu)中，混凝土最重要的性能已不是強度，而是耐久性。但我們必須承認(rèn)，這兩種性能是緊密關(guān)聯(lián)的。顯然，抗壓強度仍將支配技術(shù)規(guī)范（程）。在混凝土領(lǐng)域中，增加抗壓強度仍是一個永恒的目標(biāo)。
研究人員常常聲稱，他們已成功配置了強度達(dá)數(shù)百Mpa的混凝土試塊。但是，至今為止，我們必須承認(rèn)，所有這些研究工作都沒有達(dá)到工業(yè)應(yīng)用的程度。
集料構(gòu)架堆積（填實）和熱養(yǎng)護(hù)的重要性，以及氣密封的益處已廣為人知。當(dāng)我們對活性細(xì)粉混凝土進(jìn)行初步設(shè)計時，具有真正創(chuàng)造性的是要把這種技術(shù)訣竅融入到一個簡易的工業(yè)理念，即在混凝土技術(shù)的開發(fā)研究中，可將這一理念付諸實施。
目前，活性細(xì)粉混凝土的成本是750美元/m3。。在不久的將來，其成本可降到650美元/m3。當(dāng)大規(guī)模生產(chǎn)時，其單價可進(jìn)一步降到500美元/m3。
在某些應(yīng)用領(lǐng)域，即使活性細(xì)粉混凝土的單價在1000美元/m3，或400美元/T，它仍能與鋼材相媲美。結(jié)構(gòu)鋼材在某些以耐久性和強度為重要考慮因素的應(yīng)用場合，其成本在800-1000美元/T。
對活性細(xì)粉混凝土所作出的預(yù)測是令人吃驚的，在某些應(yīng)用領(lǐng)域中，它不僅可以與鋼材相媲美，而且還可以與鑄鐵、鋁、甚至木材相媲美。
(4)環(huán)境問題另一個有利于這些新型混凝土發(fā)展的哲學(xué)或政治問題，是不斷增長的，并融入到21世紀(jì)所有人類活動的可持續(xù)發(fā)展的重要性。我們不能再繼續(xù)無休止地污染和浪費我們的自然資源，不能讓我們的下一代繼承一個他們不能生活或呼吸的地球。在21世紀(jì)中，任何一項人類活動都不能僅僅是為了使股東更快樂，而必須以最小的環(huán)境為代價的情況下，獲取最高的技術(shù)--社會--經(jīng)濟(jì)效益。
在很長的一段時期內(nèi)，工業(yè)世界一直輕視“綠色”理念。“綠色”行動一直受到干擾，一直被視為是減少公司利潤的行動。 但是近年來，世界各國的政治家們已對可持續(xù)發(fā)展倍加關(guān)注。這無疑對我們未來的生活質(zhì)量是一個好消息。
水泥和混凝土行業(yè)必須迅速適應(yīng)這一新的哲學(xué)理念，即最終的目的是要可持續(xù)發(fā)展。從環(huán)境的角度來看，就是要使自然資源的利用率最高，而所產(chǎn)生的污染最小，。我們已從最高度地獲取利潤這一哲學(xué)理念中解放出來，并跨出了一大步。大多數(shù)國家已實施的ISO14000標(biāo)準(zhǔn)，其目的就在于使所有工業(yè)企業(yè)，在環(huán)境問題上都處在同一起跑線上。
(5)教育要做好任何一件事，教育是必不可少的。但是，教育是一項長期的投資。必須使人們認(rèn)識到，不但可以通過教育學(xué)到知識，而且必定會在學(xué)習(xí)中得益。因為知識可以方便地使各項工作做好，并進(jìn)而轉(zhuǎn)化成利潤的增長。
通常，對任何傳統(tǒng)方式的改革，在開始階段都會產(chǎn)生某種費用的支出，這就是金融和技術(shù)上很難對其進(jìn)行評估的風(fēng)險投資。 我們有必要將教育的費用與任何一個國家的國民總產(chǎn)值相聯(lián)系，從中可以看出，教育和財富對于一個國家來說是相輔相成的。對于混凝土行業(yè)來說，難道不也是相輔相成的嗎？
2未來的混凝土
水泥和混凝土工業(yè)應(yīng)與所有其他工業(yè)一樣，努力減少對環(huán)境的污染。根據(jù)唯一的從每一顆水泥顆粒中獲得最佳的技術(shù)--社會--經(jīng)濟(jì)效益的原則，歸納起來，取決于以下各方面的工作。
(1)21世紀(jì)的水泥21世紀(jì)的水泥將是一種生態(tài)水泥。水泥熟料中將含有比現(xiàn)在更多的硅酸二鈣。這些水泥熟料將使用一種更高量的代用燃料進(jìn)行燒制，并且與各種含量的礦物組分混合而成。但是，生產(chǎn)波特蘭水泥熟料仍將遵循相同的物理、化學(xué)和熱動力法則，任何波特蘭水泥熟料的化學(xué)成分，仍不會離開CaO-SiO2-AlO3的基本相位。
通過使用礦物化手段，早已能用非常具體的離子來改變波特蘭水泥的不同相位，使水泥熟料在1250-1300。C溫度下燒制，從而比現(xiàn)在的燒制溫度低150-200。C。在實驗室內(nèi)效果很好，但是，它在工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模上的應(yīng)用，至今尚未被掌握。采用這種技術(shù)，將使釋放到大氣中的CO2更少，因此很有發(fā)展前途。
21世紀(jì)水泥仍將采用石灰石和粘土，或頁巖，或不純凈的石灰石來制造。但是，水泥中的C3S和C3A的含量將更少，因為已不必采用高含量的C3S來獲得初期的高抗壓強度。21世紀(jì)的水泥不需要磨得象現(xiàn)在的水泥一樣細(xì)，其原因也是不必采用細(xì)度非常細(xì)的水泥來獲得早期高抗壓強度，所需做到的僅僅是使水泥顆粒相互更緊密，而這是通過使用諸如超塑化劑這種強大的分散劑，通過降低水/膠比來獲得早期高抗壓強度的。
總之，21世紀(jì)波特蘭水泥將是一種礦物化的貝利特（硅酸二鈣）水泥，而不是現(xiàn)在我們所使用的阿利特（硅酸三鈣）水泥。在生產(chǎn)一種更生態(tài)化的波特蘭水泥方面將有更多的進(jìn)展，但是，仍必須采用一定量的石灰石，并通過加熱來生產(chǎn)波特蘭水泥熟料。另一個水泥工業(yè)對生態(tài)環(huán)境令人感興趣貢獻(xiàn)是一種能對含有豐富硫磺（碳、焦碳和石油焦碳）的燃料進(jìn)行燃燒。事實上，在燒制熟料過程中，揮發(fā)性的堿與硫作用，形成硫化堿，并留在熟料中，這就可用來解釋為什么現(xiàn)在的熟料中，含更多的硫，通常含1-2%的SO3。而在二、三十年代之前，SO3在熟料中的含量僅0.5%。熟料中S03含量的增加，在某些水泥和超塑化劑的兼容性無法控制時，會產(chǎn)生一些問題。
水泥工業(yè)對生態(tài)環(huán)境的第二個貢獻(xiàn)是：通過在燃燒窯中的燃燒，有助于消除一定數(shù)量的危險產(chǎn)物。這些危險產(chǎn)物可能含有氯化二苯酚醛（BPC），或甚至?xí)?dǎo)致瘋牛病。事實上，燃燒窯的溫度很高，幾乎所有有機物質(zhì)都將被分解燒盡。水泥工業(yè)對生態(tài)環(huán)境的第三個貢獻(xiàn)是有助于消除大量有機廢料，甚至礦物副產(chǎn)品，包括家庭廢料、清漆溶劑、各種涂料和油漆，甚至輪胎。有些水泥廠似乎在出售水泥前，就通過在其窯中燃燒這些廢料而獲利。
但是，水泥工業(yè)最重要的貢獻(xiàn)不能僅此而已。水泥工業(yè)還必須將其貢獻(xiàn)擴(kuò)大到混凝土領(lǐng)域。因為水泥是用于生產(chǎn)混凝土的基本材料。在混凝土領(lǐng)域中，水泥工業(yè)對生態(tài)環(huán)境的貢獻(xiàn)將具有更為深遠(yuǎn)的意義，它可以促進(jìn)：
廣泛使用礦物組分；
開發(fā)使用外加劑；
配置、澆筑耐久性混凝土，使混凝土結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施的使用壽命更長。
換言之，必須學(xué)會如何配置耐久性更強的混凝土。事實上，認(rèn)為全球水泥消耗量至少在21世紀(jì)上半葉將下降是錯誤的。因為第三世界國家仍將城市化，仍將提高其生活水準(zhǔn)，這意味著這些國家將使用更多的混凝土。
(2)21世紀(jì)的混凝土21世紀(jì)的混凝土將是一種生態(tài)混凝土?；炷林袑⒑斜痊F(xiàn)在更多的外加劑，其水/灰比，或水/膠比將更低，強度將更高，更重要的是耐久性更強，而且還含有一定數(shù)量的再生混凝土。
21世紀(jì)，將專門為特殊應(yīng)用領(lǐng)域，開發(fā)研究一系列特種混凝土。重點提高混凝土的某種性能，業(yè)主和承包商也應(yīng)準(zhǔn)備為此支付更高的單價。因為，使用這些特種混凝土，可以節(jié)省最初的結(jié)構(gòu)造價和今后的維修費。而且，還可以大大提高混凝土結(jié)構(gòu)的整個使用年限。當(dāng)然，這并非意味著強度20-30Mpa的混凝土不再使用。在許多工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中，這類混凝土仍是社會經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)成本最低的。但是，隨著各種特種混凝土的應(yīng)用，目前我們所采用的獨一無二的，能應(yīng)用于任何場合的通用型混凝土的市場占有率將會下降。
(3)現(xiàn)已應(yīng)用的特種混凝土目前我們已能預(yù)言：某些特種混凝土，諸如，高性能混凝土、自密實混凝土、滾壓高性能混凝土、纖維增強混凝土、活性細(xì)粉混凝土等，都將非常迅速地開發(fā)出它們自己的市場。高性能混凝土將以其耐久性，以其長久的結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施使用年限，以其更強的再生性應(yīng)用潛力，以其節(jié)省集料，節(jié)省澆筑時的人工費，以及能給混凝土結(jié)構(gòu)帶來的審美理念，而得到更廣泛的應(yīng)用。
自密實混凝土的應(yīng)用將使?jié)仓奖?，施工作業(yè)更迅速。這類混凝土將用于澆筑深度更深的現(xiàn)澆構(gòu)件，不會有產(chǎn)生任何離析的危險，同時又不需要振搗密實。自密實混凝土可以用作一種無噪聲混凝土，可以在任何一個城市中的24小時內(nèi)，進(jìn)行混凝土澆筑作業(yè)，又不會受到周圍住戶對噪聲的抱怨，而且可以使生產(chǎn)率提高20%。城市中進(jìn)行夜間混凝土澆筑作業(yè)也代表了一種有經(jīng)濟(jì)效益的生產(chǎn)方式。在美國和加拿大的魁北克地區(qū)，自密實混凝土已在一些非常特殊的工程中得到了應(yīng)用。這種混凝土在夜間運輸很方便，很有規(guī)律，先后順序容易控制，交貨也方便，又可以避開交通高峰時間，因此，可以滿足緊迫的施工進(jìn)度計劃。
滾壓高性能混凝土早已得到應(yīng)用，并且已打開了新的應(yīng)用市場。其澆筑技術(shù)很簡單，在道路施工中的現(xiàn)代化應(yīng)用工藝是具有革命性意義的，特別是能在如此干硬性的混凝土中引氣。在混凝土中使用鋼纖維能克服混凝土固有的弱點，即韌性差。目前，由于纖維用量不大，使其價格太貴，而且技術(shù)規(guī)程也沒有使混凝土能充分利用高質(zhì)量的纖維制品。但是，這種混凝土的應(yīng)用是一定會取得進(jìn)展的。此外，只使用一種纖維的纖維混凝土，一定會被使用多種混合纖維增強的混凝土所取代。諸如Ross 所建議的那樣，可把長纖維和短纖維混合使用。
就超高強混凝土而言，諸如各種活性細(xì)粉混凝土，它們代表了一種巨大的潛力。隨著進(jìn)一步的開發(fā)研究，已有可能與鋼鐵相媲美，甚至在某些應(yīng)用領(lǐng)域，已能與木材相媲美。目前，由于纖維和硅粉的價格相當(dāng)昂貴，活性細(xì)粉混凝土的成本就成為其應(yīng)用的主要障礙。但是，現(xiàn)已開發(fā)研制成功更為經(jīng)濟(jì)的方法，通過降低用量，達(dá)到降低成本的目的，從而大大提高活性細(xì)粉混凝土的競爭力?？梢钥隙ǖ氖牵荷鲜鲞@些特種混凝土，只是若干種在21世紀(jì)將要進(jìn)一步進(jìn)行開發(fā)研究的范例而已。
當(dāng)前，很少有人意識到外加劑對生態(tài)環(huán)境的貢獻(xiàn)，但這恰恰是不容忽視的。事實上，每使用一種減水劑，或一種超塑化劑時，就能減少一定數(shù)量的水和水泥用量。某些外加劑公司甚至可通過利用人類對可持續(xù)發(fā)展的新一輪關(guān)注，把眾所周知的外加劑—減水劑，更名為減水泥劑。
引氣劑、抗腐劑和抗收縮劑也將以不同的方式，對改善混凝土的耐久性作出貢獻(xiàn)，從而直接節(jié)省水泥。在這一領(lǐng)域中，相信會有很大的進(jìn)展。因為外加劑是一門新興的學(xué)科。
混凝土的耐久性將成為設(shè)計中的基本要素，其重要性甚至?xí)^抗壓強度。當(dāng)然這兩個要素是緊密相連的。高性能混凝土的使用不是其高強度，而是其高耐久性。目前，雖然對混凝土耐久性進(jìn)行估算或預(yù)測還相當(dāng)困難，但是，越來越多所設(shè)計的混凝土結(jié)構(gòu)，其耐久性擔(dān)保期已達(dá)到100年之久。為了達(dá)到如此長的使用壽命，混凝土的澆筑和養(yǎng)護(hù)將比現(xiàn)在更為謹(jǐn)慎小心。而且，還必須詳細(xì)說明所要求的混凝土的具體質(zhì)量要求，并為此支付合理的價格。
我們不應(yīng)對混凝土在地質(zhì)等級的耐久性問題過分樂觀。 因為即使是羅馬的萬神廟，也總有其歸宿的一天，變成一堆石灰石、粘土或砂子的混合物。而這些正是用來建造羅馬萬神廟的基本材料。因為這些形式的鈣、硅、鋁、和鐵，是地球上最穩(wěn)定的組成形式。
（月球上的混凝土，未必是這種形式）。
3混凝土有未來嗎
在J.E. Gordon 所著的《結(jié)構(gòu)和材料科學(xué)》一書中，他曾問自己，鋼鐵這種在19世紀(jì)中，靠技術(shù)發(fā)展而成的材料，是否是一種罪惡之源的材料。它既易于冶煉，又易于焊接，然而它也易于生銹。因為在地球上潮濕和富氧的環(huán)境中，鐵的穩(wěn)定形式不是氧化鐵，就是氫氧化鐵。此外，從技術(shù)的角度看， E / p 和 E /p 這兩個比例式，（E代表彈性模量，p 代表密度）可用來表示一個已知物質(zhì)（材料）的力學(xué)性能特征，從中可以看出，在立柱和薄殼結(jié)構(gòu)中，普通混凝土的力學(xué)性能特征并非很差。此外，從生態(tài)的角度看，鋼的性能并非最佳。Gordon 的預(yù)測似乎將被言中。因為每年都有若干鋼廠倒閉，原因就是全球的鋼鐵耗用量不斷下降。
我們也可以用同樣的問題問一下，已成為20世紀(jì)結(jié)構(gòu)材料的混凝土情況又是如何呢？如果我們象現(xiàn)在一樣繼續(xù)浪費它，那么答案或許也將是肯定的，即耗用量也將不斷下降。
但是，如果我們在學(xué)會如何增加其技術(shù)-社會-經(jīng)濟(jì)含量的同時，又降低其對環(huán)境的影響，那么答案或許將是否定的，即耗用量將不會下降。
混凝土科學(xué)和技術(shù)的進(jìn)步是充分的，展望其未來是樂觀的?；炷恋奈磥韺⑷Q與混凝土科學(xué)和技術(shù)是否能在全球得到迅速的實施。這與其說是一個與技術(shù)和經(jīng)濟(jì)休戚相關(guān)的問題，更不如說是一個顯而易見的教育問題。
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