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目前混凝土研究的熱點是什么？
發(fā)布時間：
2023-01-04 16:15
目前混凝土研究的熱點是什么？
01?沈陽混凝土廠家——低碳
在傳統(tǒng)工業(yè)中（比如機械，土木），工業(yè)產(chǎn)品的第一功能屬性已經(jīng)被開發(fā)的差不多了，新的具有市場前景的功能往往需要基礎科學領域有重大的突破。就混凝土制品來說，近幾十年當中這樣的突破是幾乎沒有的。
所以低碳被提到了很高的高度。水泥的生產(chǎn)大概占全世界碳排放的8-10%，對于單個工業(yè)產(chǎn)品說，是很大的一塊。發(fā)達國家越來越重視低碳，相關的科研經(jīng)費也很多，他們的研究也基本全世界。
但是怎么實現(xiàn)低碳混凝土，就很多說法了。大概可以總結成以下兩種方式吧：
1、完全水泥替代品：
粉煤灰，礦渣代替水泥的研究已經(jīng)很多了，成熟的工業(yè)制品也到處都是，已經(jīng)算不上科研熱點了。但是這些工業(yè)廢料不能完全替代水泥。
近期研究比較多的完全水泥代替品是活性氧化鎂(Reactive MgO)，在遇水以后變成氫氧化鎂(Mg(OH)2)，然后被空氣中的二氧化碳碳化成有強度的碳酸鎂(MgCO3)。
因為活性氧化鎂的生產(chǎn)大概需要800度的燒結，遠遠低于水泥的生產(chǎn)，而且在硬化過程中自己能吸收大氣中的二氧化碳，所以有很好的減碳效應。
除此以外，如果用高堿性的溶液來水化（其實這個詞不太準確）粉煤灰礦渣，在50-70度的溫度中養(yǎng)護，硬化以后的材料也會有很好的強度。
這種材料叫Geopolymer，完全不用水泥。焚燒垃圾也被用來研究看能不能代替水泥，好像進展還挺快的。
2、混凝土結構的耐久性：
如果能用的久一點，結構維修和重修中的混凝土就能省下不少。但是耐久性是一個相對籠統(tǒng)的詞，對不同的建筑結構，導致結構失效的機理各不相同。
比如公路，疲勞荷載和溫度效應是裂縫擴展的主要原因；比如海堤，氯離子對混凝土內(nèi)鋼筋的腐蝕是主要原因。這些問題都可以通過良好的結構設計來緩解，但是材料本身的性能也很重要。
就拿鋼筋腐蝕來說吧，過去的研究都集中在怎么降低海水在混凝土基體的遷移速度，但后來發(fā)現(xiàn)其實一旦有了裂縫，混凝土基體再密實都沒有用，所以現(xiàn)在大家很關心裂縫的控制，其中有一個很大的研究分支就是能自愈合的混凝土。
其實只要有雨水，水泥制品本來就有自愈合的能力：基體中Ca2+離子被水溶解帶到裂縫處，然后被空氣中的二氧化碳碳化形成碳酸鈣(CaCO3)修補裂縫。
但是，普通混凝土中的裂縫都太寬了，其中的PH值不適合生成碳酸鈣。所以近期很多人在研究怎么用纖維來控制裂縫寬度。當然，像能生成碳酸鈣的細菌，能遇空氣硬化的化工制品，也都被放到混凝土里，以增加自愈合的效果。
混凝土的耐久性是一個很復雜的事。溫度，濕度，離子濃度，荷載還有其他很多原因的耦合作用是很難量化的。其中有很多可以研究的點，但不是每一個點都能帶來減碳效果的。
02?沈陽混凝土廠家——新功能
現(xiàn)在還有一個很重要的趨勢就是往混凝土里添加新功能，就是所謂的Smart Concrete。我所知道的有以下幾條：
1、自清潔(Self-cleaning)：在混凝土中加入二氧化鈦，能吸收汽車尾氣中的一些有害物質(zhì)。
2、自監(jiān)測(Self-sensing)：在混凝土中加入導電的纖維，通過測量電阻率的變化，能夠了解裂縫的擴展情況。
3、溫度自測(Self thermo-sensing)：利用混凝土本身的塞貝克效應，來自測混凝土的溫差。
相關文獻直接搜關鍵詞+concrete都應該能找到的就不列了。
以上講的都是比較中游的研究，就是怎么利用材料工程和物理化學知識來研發(fā)新的混凝土。比較上游的研究主要集中在水泥化學上，當然新加入的成分的化學物理屬性也會有人研究；比較下游的就是解決利用新研發(fā)混凝土解決實際結構中的問題，比如說沖擊荷載啊，工作性啊等等。
03?沈陽混凝土廠家——日本行業(yè)趨勢
日本行業(yè)內(nèi)的大趨勢是混凝土的維護，維護不光是后期；在剛澆筑完，硬度起來以后就可以先期維護了。
日本現(xiàn)在面臨的問題，國內(nèi)大概在10年以內(nèi)也會集中爆發(fā)，舉例來說：建成50多年的東京的首都高速，使用量多的是鋼材，其次才是混凝土，但是混凝土劣化的情況明顯比鋼材方面嚴重的多。
日本輿論一度爭論到底是應該把現(xiàn)有的高速炸掉重建還是勉強維持，行業(yè)專家的意見是長遠來看、炸掉重建省錢！安全！但是礙于現(xiàn)實情況、日本政府沒錢，東京地太小，重建期間沒有可以替代的路線使用。
結果當然是現(xiàn)實情況優(yōu)先，每年撥巨資維護，拆東墻補西墻。據(jù)說10年的維護費用就可以重建一個首都高速了，但是日本政府也沒有其他選擇。
04?熱點即是缺點
混凝土永遠的熱點就是其缺點——裂縫，低抗拉抗彎；相關數(shù)學模型及理論，現(xiàn)場高流動性要求及施工養(yǎng)護問題。
混凝土是個復雜復合材料，生產(chǎn)的預拌混凝土是半成品，施工是重要的過程，不然試驗做得好，施工不行，白費。說點題外話，熱點不一定是好事。
當年材料科學基礎老師研究一種合金低溫超導，當時那類合金是熱點，結果研究了十多年，全世界也沒任何突破，黃金時間，可惜。在熱點面前也要保持理智，比如水泥替代品，氧化鎂這種就是實驗室玩玩寫寫論文而已，實際應用不現(xiàn)實，資源分布、開采成本和碳酸鈣類的礦石沒法比。
不管哪個方向再如何高大上，于宏觀層面而言，盡可能的替代水泥用量依然是當前急需解決的問題。但是混凝土本身行業(yè)性質(zhì)決定了，這種變革性的變化不會發(fā)生得那么快！
從學術上講，大量混凝土耐久性方面的機理研究依然停留在假說的層面上，如果有人敢說：我現(xiàn)在不用水泥就用我研發(fā)的新材料，各方面都可以很OK，那這人是個大忽悠貨。
換句話說哪怕有人研究出了特牛的水泥替代材料，用目前各種耐久性預測方法和試驗做過了都沒有問題，誰能保證蓋的建筑30年以后不出問題？恐怕10年也不敢保證吧，畢竟現(xiàn)在質(zhì)量問題都是終身問責制了。
這也是目前在學術成果轉化上遇到的一個難點，我說我做的同標號的混凝土用的水泥量少，每方能節(jié)省100元成本，老板們的想法是那咱們就干，準備上馬項目的時候肯定還要咨詢混凝土界待了多年的一線工程師們。
結果工程師們一看配比傻眼了，水泥用這么少，從來沒見過，反復論證多次，不了了之。導致這個行業(yè)的變革都是一小步一小步的向前邁進，誰都怕步子大了扯著。
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