我國混凝土的發(fā)展歷程

混凝土是應(yīng)用最廣、用量最大的工程結(jié)構(gòu)材料，是支撐我國建設(shè)發(fā)展的關(guān)鍵性材料之一。目前我國混凝土年產(chǎn)量已超過40億立方米，是名副其實(shí)的混凝土生產(chǎn)和應(yīng)用大國。經(jīng)過多年的發(fā)展，尤其是改革開放以來，隨著城市和基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模開發(fā)和建設(shè)，我國混凝土技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，在制備技術(shù)和施工領(lǐng)域等很多方面已走在了世界前列，如三峽大壩混凝土工程總量超過2500萬立方米，其工程量之大、混凝土要求之嚴(yán)、施工難度之高，堪稱世界之最；又如廣州西塔、杭州灣跨海大橋、上海中心、北京中國尊和奧運(yùn)工程、沈陽的多個(gè)高強(qiáng)混凝土高層建筑、青藏鐵路橋隧工程、高速鐵路、城市軌道交通等混凝土工程技術(shù)都已居世界領(lǐng)先水平。我國混凝土發(fā)展的第一階段——預(yù)制混凝土階段回顧舊中國及新中國建國初期，我國混凝土技術(shù)相當(dāng)落后，施工現(xiàn)場(chǎng)多是沿襲1：2：4的體積比配料，人工大鏟翻拌，較好的現(xiàn)場(chǎng)也只是自落式滾筒攪拌機(jī)，用水量憑攪拌工經(jīng)驗(yàn)而定，技術(shù)落后，產(chǎn)量低，施工進(jìn)度慢，質(zhì)量不穩(wěn)定。第一個(gè)五年計(jì)劃時(shí)期，在建筑工程方面學(xué)習(xí)引進(jìn)前蘇聯(lián)的預(yù)制混凝土構(gòu)件技術(shù)，在幾所著名高等學(xué)校開辦了“混凝土制品工藝專業(yè)”，1956年建立了我國第一個(gè)預(yù)制混凝土構(gòu)件廠——北京第一混凝土構(gòu)件廠。之后，上海、西安等多地也相繼建設(shè)了預(yù)制混凝土構(gòu)件廠，生產(chǎn)梁板等建筑用構(gòu)件、鐵路軌枕、涵管等。這十多年間，幾乎所有建筑工程都采用預(yù)制混凝土構(gòu)件，連農(nóng)村都有預(yù)制混凝土板生產(chǎn)，有學(xué)者稱這一時(shí)期可謂預(yù)制工藝一統(tǒng)天下。就混凝土本身來說，預(yù)制構(gòu)件采用的技術(shù)路線是干硬性（或半干硬性）混凝土并加強(qiáng)振搗密實(shí)。在當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件下這是減少水泥用量、降低成本的唯一途徑。從工藝上來說，也要生產(chǎn)構(gòu)件的混凝土稠度越小越好，這樣可保證混凝土成型時(shí)不至于塌陷（如空心板），并盡量縮短構(gòu)件加熱養(yǎng)護(hù)前的靜停時(shí)間。我國混凝土發(fā)展的第二階段——預(yù)拌混凝土的崛起進(jìn)入20世紀(jì)70年代，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，預(yù)制混凝土構(gòu)件的某些缺點(diǎn)或局限性難以適應(yīng)建筑業(yè)發(fā)展的需要和混凝土結(jié)構(gòu)建筑體系的變革，混凝土的現(xiàn)澆工藝逐漸成為建筑工程占主導(dǎo)地位的混凝土施工方法，這期間預(yù)拌混凝土得到了快速發(fā)展。70年代末，改革開放，工業(yè)發(fā)達(dá)國家早已廣泛應(yīng)用的泵送施工等混凝土新技術(shù)逐漸被引進(jìn)。預(yù)拌混凝土最早在上海、常州興起，上海寶鋼引進(jìn)了第一套預(yù)拌混凝土成套設(shè)備與技術(shù)。隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)迅速發(fā)展及應(yīng)用預(yù)拌混凝土等先進(jìn)技術(shù)體現(xiàn)出來的巨大優(yōu)越性，預(yù)拌混凝土在各大中城市迅速得到推廣，在中小城市也有所興起，到2000年預(yù)拌混凝土廠站近3000家，產(chǎn)量近6.5億立方米，預(yù)拌混凝土的發(fā)展也助推了混凝土施工技術(shù)的發(fā)展。例如，上海金茂大廈工程，混凝土一次泵送高度382.5m；廣州西塔工程,C100級(jí)混凝土一次泵送高度440.75m；上海世界貿(mào)易商城工程，36h連續(xù)澆筑2.4萬立方米深基礎(chǔ)混凝土；北京電視中心工程,69h連續(xù)澆筑3.6萬立方米底板混凝土；沈陽的多個(gè)高層建筑,較早采用了C80?C100混凝土技術(shù)施工;上海中心,C100混凝土平均強(qiáng)度超過120MPa,一次泵送高度超過600m；這些工程實(shí)例表明我國混凝土工程技術(shù)已邁入世界先進(jìn)行列。我國混凝土工程技術(shù)的發(fā)展還體現(xiàn)在材料組成與混凝土性能的提升上。早在20世紀(jì)70?80年代,混凝土中除水泥、砂、石、水之外,已開始采用多種外加劑和礦物摻合料。外加劑品種除最先采用的普通減水劑、早強(qiáng)劑、引氣劑外,目前已研發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用了高性能減水劑、泵送劑、高效減水劑、緩凝劑、防水劑、防凍劑、阻銹劑、膨脹劑等各種外加劑。礦物摻合料的應(yīng)用最初是作為水泥生產(chǎn)中的混合材,之后在混凝土中摻用也只是為了節(jié)約水泥和降低成本。而今,通過研發(fā)應(yīng)用,既擴(kuò)大了摻合料品種,諸如粉煤灰、?；郀t礦渣粉、硅灰、鋼渣粉、磷渣粉、沸石粉、復(fù)合摻合料等,更認(rèn)識(shí)到活性摻合料是改善混凝土某些性能不可或缺的功能性組分。由于外加劑和礦物摻合料的合理應(yīng)用,既助推了混凝土工程施工工藝的發(fā)展,又大大促進(jìn)了混凝土強(qiáng)度的提升和性能的改善,為發(fā)展高強(qiáng)高性能混凝土技術(shù)創(chuàng)造了條件。我國預(yù)拌混凝土取得巨大發(fā)展的主要原因有三：其一是市場(chǎng)的巨大需求。這一方面是改革開放后大規(guī)模經(jīng)濟(jì)建設(shè)需要巨大的混凝土量；另一方面預(yù)拌混凝土（包括其技術(shù)內(nèi)容）適應(yīng)了市場(chǎng)發(fā)展的特點(diǎn),并很快為市場(chǎng)接受,后來又成為建筑市場(chǎng)離不開的一個(gè)產(chǎn)品。另外,預(yù)拌混凝土上馬快，利潤(rùn)尚稱豐裕，一般投資三四千萬元的混凝土廠5?6年即可回收成本，原來擔(dān)心的資金來源在發(fā)展過程中根本不是問題。相反，大量資金涌入這一行業(yè)，促使預(yù)拌混凝土取得了巨大發(fā)展。其二是各級(jí)政府的大力支持，其中包括建設(shè)部和建材總局一直把預(yù)拌混凝土作為重點(diǎn)推廣的新技術(shù)之一，在各個(gè)方面都予以鼓勵(lì)和推動(dòng)。尤其是各大中城市從環(huán)保出發(fā)，明令禁止在市區(qū)分散進(jìn)行混凝土生產(chǎn)作業(yè)，使得預(yù)拌混凝土在大中城市成為唯一合法的混凝土生產(chǎn)方式。其三是預(yù)拌混凝土發(fā)展的基礎(chǔ)和保障條件得到了充裕的發(fā)展，其中包括預(yù)拌混凝土的攪拌、運(yùn)輸和泵送設(shè)備在我國已經(jīng)完全可以自行生產(chǎn)，再加上高效減水劑的研發(fā)和供應(yīng)以及一大批生產(chǎn)和管理人才的形成，使混凝土成本逐年下降，而且質(zhì)量完全能保證建筑工程的需要?；炷凉こ碳夹g(shù)的發(fā)展，不僅使混凝土生產(chǎn)施工工藝、設(shè)備、材料組成以及強(qiáng)度大幅提高、性能大為改善等，而且還建立起完整的混凝土工程質(zhì)量保證體系。20世紀(jì)50?60年代間，在引進(jìn)消化國外技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，逐步制定了有關(guān)混凝土工程設(shè)計(jì)、施工、材料等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。70年代中，配合建筑結(jié)構(gòu)可靠度的研究和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的制訂和修訂，建設(shè)部組織了多位專家用了近十年的時(shí)間，進(jìn)行有關(guān)混凝土工程質(zhì)量控制方面的課題研究和有關(guān)混凝土工程質(zhì)量控制系列標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的制訂。在此基礎(chǔ)上，為檢驗(yàn)、控制、評(píng)定提供統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)尺度，統(tǒng)一了混凝土各種性能的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，制訂了混凝土各組成材料的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；為能及時(shí)進(jìn)行控制提供手段，制訂了《早期推定混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》；為進(jìn)行合格控制（驗(yàn)收），制訂了包含混凝土強(qiáng)度等級(jí)定義、取樣方法、驗(yàn)收界限、評(píng)定準(zhǔn)則等的《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》；為保證混凝土、混凝土工程質(zhì)量及進(jìn)行質(zhì)量控制，制訂了《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》、《預(yù)拌混凝土》、《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》及《混凝土與混凝土構(gòu)件質(zhì)量控制規(guī)程》等標(biāo)準(zhǔn)。系列標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的制訂與實(shí)施，既體現(xiàn)了混凝土工程技術(shù)的發(fā)展情況，又保證了混凝土、混凝土工程質(zhì)量的穩(wěn)步提升。我國混凝土發(fā)展的第三階段——為節(jié)能減排和環(huán)保再做新貢獻(xiàn)混凝土的主要原材料是水泥、砂石骨料和水，一般占混凝土體積的75%?85%左右。這些水泥生產(chǎn)過程中要消耗大量的煤炭，排放大量的CO2溫室氣體，而我國鋼鐵、電力、地礦產(chǎn)業(yè)每年排放的各類工業(yè)廢渣、廢料多達(dá)5億噸，占地4萬畝，而在混凝土中的平均利用率卻不足10%；混凝土生產(chǎn)還要消耗大量的砂石資源和水資源。我國水泥工業(yè)和混凝土行業(yè)在快速發(fā)展的同時(shí)，也在能源、資源和環(huán)境方面給地球生物圈帶來了與日俱增的危害，給國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因此，在混凝土生產(chǎn)中推廣和使用節(jié)能減排技術(shù)就成為我們面臨的一項(xiàng)新任務(wù)，混凝土業(yè)的發(fā)展由此進(jìn)入一個(gè)以減少自然資源和能源的消耗、保護(hù)環(huán)境、提高混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命、減少維護(hù)修補(bǔ)費(fèi)用為特征的可持續(xù)發(fā)展的新階段。這一階段發(fā)展的特點(diǎn)是：（1）大量利用工業(yè)廢料節(jié)約資源消耗。（2）提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性，推廣應(yīng)用高強(qiáng)高性能混凝土。（3）在全行業(yè)加強(qiáng)環(huán)保意識(shí)，使混凝土廠（站）以一個(gè)全新的面貌出現(xiàn)在公眾面前?；炷恋墓?jié)能減排，首先應(yīng)該體現(xiàn)在減少水泥用量上，也即盡量利用我國每年排放出來的各類廢渣廢料來代替在生產(chǎn)過程中高耗能、高排放的水泥，這一效益是直接的，也是最顯著的。用工業(yè)廢料來代替部分水泥在我國雖然已經(jīng)有了比較長(zhǎng)的歷史，但取代量一直比較低，要提高取代量不僅要有可靠的科學(xué)試驗(yàn)依據(jù)，而且還要有嚴(yán)格的生產(chǎn)和管理水平，預(yù)拌混凝土也正是提供了這樣發(fā)展的一個(gè)平臺(tái)。近幾年來，在嚴(yán)格的科學(xué)試驗(yàn)基礎(chǔ)上，我國的礦物摻合料取代量有了很大的提高。以常用的C30混凝土來說，以前混凝土水泥用量大約為350kg/m3，現(xiàn)在管理比較好的預(yù)拌混凝土廠普遍可以降到200kg/m3左右，礦物摻合料摻量達(dá)到40%左右。如果以美國評(píng)定混凝土對(duì)環(huán)境影響的方法來評(píng)估，按我國年產(chǎn)預(yù)拌混凝土25億立方米計(jì)，礦物摻合料取代量達(dá)到40%這一指標(biāo)，每年可以節(jié)約水泥3.5億噸，水泥中混合材摻量以20%核算，生產(chǎn)每噸水泥熟料消耗標(biāo)煤0.23t，生產(chǎn)使用每噸水泥熟料排放CO2溫室氣體0.8?1.0t,則每年可節(jié)約標(biāo)煤6440萬噸，減少溫室氣體CO2排放2.52億噸。除了水泥以外混凝土中大量運(yùn)用的砂石也是不可再生的自然資源，而且已顯現(xiàn)出日趨枯竭的征兆?，F(xiàn)在有的廠（站）已經(jīng)開始用部分廢料、尾料來取代天然砂石，新的資源（如海砂）的開發(fā)和應(yīng)用也在積極進(jìn)行中。合理地應(yīng)用礦物摻合料不僅在節(jié)能減排上取得直接的效果，而且還對(duì)高強(qiáng)高性能混凝土的發(fā)展起到很大的推動(dòng)作用。高強(qiáng)高性能混凝土再加上大量摻用礦物摻合料泥這一技術(shù)特征正是我國近年來提出的綠色混凝土的發(fā)展方向。礦物摻合料可以填充混凝土中水泥石空隙，改善混凝土的微孔結(jié)構(gòu)和膠材與骨料的界面條件，在相同的水膠比下，提高混凝土的體積穩(wěn)定性，使混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B性能、抗腐蝕能力等耐久性指標(biāo)都有顯著提高，起著從根本上改變常規(guī)混凝土性能的作用，這也正是配制高強(qiáng)高性能混凝土的主要途徑。耐久性好是高性能混凝土的一個(gè)突出優(yōu)越性，按照目前的混凝土技術(shù)，使用高性能混凝土的結(jié)構(gòu)在適當(dāng)條件下可滿足100年耐久壽命，由此節(jié)省的材料費(fèi)、施工費(fèi)、養(yǎng)護(hù)費(fèi)等是巨大的，再加上結(jié)構(gòu)使用期延長(zhǎng)所創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益也極為顯著，這些優(yōu)勢(shì)在諸如三峽工程、杭州灣大橋等工程中得到較好的體現(xiàn)。除了采用礦物摻合料和發(fā)展高強(qiáng)高性能混凝土外，預(yù)拌混凝土廠本身的環(huán)境條件近幾年來也得到了很大的改進(jìn)。隨著全社會(huì)、全民環(huán)保意識(shí)的日益加強(qiáng)，促使預(yù)拌混凝土行業(yè)提高了對(duì)生產(chǎn)過程污染排放的重視。以前，由于生產(chǎn)工藝的落后，粉塵、噪聲、廢水、遺灑等成為混凝土生產(chǎn)過程中的弊端?；炷辽唐坊院螅@一現(xiàn)象有了很大改變，特別是推行混凝土綠色生產(chǎn)技術(shù)后，混凝土企業(yè)的環(huán)境保護(hù)工作邁上了一個(gè)新臺(tái)階?；炷凉こ碳夹g(shù)發(fā)展的標(biāo)志之一是工程中應(yīng)用的混凝土平均強(qiáng)度等級(jí)逐漸增高，C50、C60混凝土在工程中應(yīng)用量和應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。高層、超高層建筑的發(fā)展，在預(yù)應(yīng)力管樁構(gòu)件、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)等應(yīng)用C80、C100混凝土，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。混凝土工程技術(shù)發(fā)展的另一標(biāo)志是注重強(qiáng)度的同時(shí)更加關(guān)注混凝土的耐久性和功能性，研究、開發(fā)、應(yīng)用這種具有高工作性、優(yōu)良物理力學(xué)性能和高耐久性的高強(qiáng)高性能混凝土，既能保證施工質(zhì)量，保證具有設(shè)計(jì)要求的各種良好的物理力學(xué)性能和耐久性，從而延長(zhǎng)工程的使用壽命，又因配制時(shí)