據(jù)記載,2000 多年前,古羅馬人就發(fā)明了水泥——火山灰水泥,以石灰和火山灰混合而成,從而制得了世界上最早的混凝土。可是在之后1800多年的漫長(zhǎng)歲月里,水泥的進(jìn)展極為緩慢。直到1878年,法國(guó)的維卡特發(fā)明了天然水泥,才為水泥工業(yè)奠定了基礎(chǔ),混凝土才開(kāi)始成為重要的建筑材料。近百年來(lái),混凝土經(jīng)歷了三個(gè)階段,即人造石材、鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土三個(gè)階段?,F(xiàn)在混凝土已進(jìn)入第四階段,這個(gè)階段的主要特征是與有機(jī)高分子材料的復(fù)合,采用纖維增強(qiáng)等技術(shù),從而使得混凝土家族興旺發(fā)達(dá),新秀輩出。
什么是高強(qiáng)度混凝土?一般就抗壓強(qiáng)度來(lái)說(shuō),500 千克/平方厘米~1000 千克/平方厘米的就是高強(qiáng)度混凝土。但是,通常所說(shuō)的高強(qiáng)度混凝土,并不單指抗壓強(qiáng)度,還包括抗拉、抗剪切、抗沖擊和耐磨損等其他機(jī)械和物理性能。在眾多的混凝土中,纖維混凝土、聚合物混凝土和樹(shù)脂混凝土可稱得上是高強(qiáng)度混凝土中的佼佼者,深受人們的青睞。
纖維混凝土,是受鋼筋混凝土的啟發(fā)而出現(xiàn)的。通常代替鋼筋加入混凝土中的纖維有鋼纖維、玻璃纖維和碳纖維等。英國(guó)有一種玻璃纖維混凝土,纖維束是由3000根直徑僅為9.4微米的微細(xì)玻璃絲組成的。這種混凝土的抗壓強(qiáng)度比普通混凝土大5 倍,而價(jià)格卻便宜一半。
聚合物復(fù)合材料混凝土和樹(shù)脂混凝土統(tǒng)稱塑料混凝土。前者是以聚酯、呋喃和環(huán)氧樹(shù)脂及其混合物為粘結(jié)劑,再加入適量的硬化劑、催化劑和填料,最后與骨料(砂石)混合加水?dāng)嚢瓒?。這種混凝土的抗壓強(qiáng)度可達(dá)1200千克/平方厘米~1400 千克/平方厘米,而且具有防水、耐腐蝕、抗磨損和快速硬化等優(yōu)點(diǎn)。因此,從石油、化工管道、容器、貯氣罐和電解槽,到房屋的墻壁、地板,甚至電器設(shè)備的外殼,都有聚合物復(fù)合材料混凝土的應(yīng)用。
樹(shù)脂混凝土是以環(huán)氧、聚氨酯、甲基丙烯酸或苯乙烯等樹(shù)脂為基,以卵石作粗骨料而制成的。與普通混凝土相比,它具有以下優(yōu)點(diǎn):抗拉、抗彎強(qiáng)度比較高;在短時(shí)間內(nèi)可達(dá)到較高的強(qiáng)度;粘接性能好;耐磨損、耐沖擊;硬化后不滲水,抗吸水、抗透水和抗凍性能良好;化學(xué)穩(wěn)定性和絕緣性能好。不足的是,它的耐熱性和耐燃性較差,因此不宜在高溫下使用。樹(shù)脂混凝土除了具有聚合物混凝土相同的用途外,還可做工藝雕塑。如果用天然大理石粉代替砂石摻入樹(shù)脂中,還可制得極為漂亮的人造大理石,是建筑中的高級(jí)材料。
聚合物混凝土雖然也耐腐蝕,但與含硫混凝土和玻璃混凝土相比,還是略為遜色。根據(jù)所用原料,含硫混凝土可分為兩種:一種是用含硫水泥與已加熱的礦物原料在135℃~140℃的高溫下混合而成;另一種是不用水泥,而完全用硫磺與砂子經(jīng)燒結(jié)而制得。
含硫混凝土對(duì)酸、鹽的耐腐蝕性很強(qiáng),將它制得的試件放在濃硫酸、鹽酸、氯化鈣和氯化鐵等各種腐蝕性溶液中,一年后檢查并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何腐蝕痕跡,是化工行業(yè)中不可多得的優(yōu)質(zhì)材料。但是它難以抵抗強(qiáng)堿和一些氧化劑的腐蝕,在高溫下也不宜使用。
玻璃混凝土是一種不用水泥而全部采用液體玻璃(硅酸鈉)和磨細(xì)的活性填料制成的新型混凝土。這種混凝土非常結(jié)實(shí),即使在500℃的高溫下,它仍同室溫時(shí)一樣堅(jiān)固,所以是制作瓦斯管道和煙囪等高溫設(shè)備較為理想的材料。
輕質(zhì)混凝土常見(jiàn)的有輕骨料混凝土和加氣混凝土兩種。這類混凝土之所以輕,主要是因?yàn)椴捎昧吮壬笆p一些的原料作骨料。目前常用的輕骨料主要有:天然原料,如浮石、火山渣等;經(jīng)過(guò)熱處理的天然原料,如蛭石、膨脹珍珠巖、膨脹頁(yè)巖和膨脹黏土等;工業(yè)廢料,如礦渣、爐渣等;經(jīng)過(guò)熱處理的工業(yè)廢料,如膨脹礦渣、燒結(jié)粉煤灰等;有機(jī)材料,如鋸末、谷殼和塑料顆粒等。此外還有用陶瓷顆粒作為骨料的。
法國(guó)曾推出一種用膨脹玻璃球作骨料和用聚氨基甲酸酯作膠結(jié)料制成的特輕聚合物混凝土,容重僅200 千克/立方米,其保溫、隔熱和防水等性能也很好。此外,這種混凝土硬度比較低,可以切割、鉆孔、釘釘子,給施工、安裝帶來(lái)很大的方便,深受人們的歡迎。
俄羅斯還研制出一種質(zhì)地和木材一樣輕的混凝土,用它制作的板材,可以漂浮在水面上。這種混凝土是用冶金工廠排放的塵埃狀廢物制成的,具有較好的保溫和抗凍性能,即使在嚴(yán)寒的冬天,也不會(huì)凍裂而影響性能。
混凝土凝固時(shí)會(huì)產(chǎn)生裂縫,這嚴(yán)重影響了混凝土的質(zhì)量。早在上世紀(jì)60 年代,美、日等國(guó)就開(kāi)始研制無(wú)缺陷水泥。目前主要有氧化鈣-氧化鋁-硫酸鈣系和石灰系兩大類。它們之所以能消除裂縫,是因?yàn)榍罢吆退旌虾笊膳蛎浶遭}礬土以及后者和水反應(yīng)生成氫氧化鈣。它們都因膨脹產(chǎn)生一定的壓力,填補(bǔ)了混凝土因收縮而產(chǎn)生的裂縫,因此這種混凝土又叫膨脹混凝土。
除了上述方法以外,加入化學(xué)膨脹劑或減縮劑也能消除混凝土中的裂縫。
英國(guó)政府經(jīng)過(guò)多年的研究,終于找到了混凝土產(chǎn)生裂縫的原因,那就是混凝土固化時(shí)產(chǎn)生了氣隙和氣泡。于是他們采用不同于普通混凝土的攪拌方法,同時(shí)摻入少量的聚酯,終于研制成了另一種新型水泥——MDF 水泥。由這種水泥配制的混凝土,比膨脹混凝土的性能更為優(yōu)異,它的抗拉強(qiáng)度和堅(jiān)韌性比普通混凝土分別提高20 倍~100倍,硬度為玻璃鋼的2倍,密度和比重卻與鋁差不多,而且耐高溫、耐酸堿腐蝕,絕緣性能也比較好,它還可染成各種顏色作裝飾和保護(hù)層??梢灶A(yù)測(cè),這種混凝土將在機(jī)械和化學(xué)工業(yè)中獲得廣泛的應(yīng)用。
千百年來(lái),混凝土幾乎都是單一的灰色。現(xiàn)在出現(xiàn)了彩色水泥,可以配制所需顏色的混凝土。這種水泥運(yùn)用了多種無(wú)機(jī)礦物顏料著色劑。著色劑的用量可根據(jù)其性能和要求來(lái)決定,一般為水泥重量的6%,最多不超過(guò)10%。用這種方法制得的混凝土不僅色彩絢麗,永保鮮艷,而且耐堿性能很好,即使與堿直接接觸也不褪色。
國(guó)外還研制成一種魔術(shù)似的變色混凝土。它的顏色可隨空氣的濕度而變化。空氣干燥時(shí)呈蔚藍(lán)色;當(dāng)空氣返潮快要下雨時(shí),就變成紫色;一旦下雨時(shí)又變成玫瑰色。它為什么能根據(jù)氣候變化改變顏色呢?原來(lái)水泥中摻入了一定數(shù)量的二氧化鈷。這種化合物性能極不穩(wěn)定,能隨空氣溫度和濕度變化而改變顏色。采用這種混凝土作裝飾材料,除了給人一種變幻莫測(cè)的感覺(jué)和美的享受外,還可根據(jù)混凝土的顏色變化預(yù)測(cè)天氣變化,因此有人稱它為“氣象混凝土”。
混凝土品種繁多,功能各異,例如還有可焊性混凝土、防輻射混凝土、導(dǎo)電混凝土、醫(yī)用混凝土、生物混凝土等等。總之,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,混凝土將在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮更重要的作用。