第一节 混凝土概述
一、混凝土的含义
从广义上讲：凡由胶凝材料、骨料和水（或不加水）按适当的比例配合、拌合制成混合物，经一定时间后硬化而成的人造石材，叫做混凝土。常用的胶凝材料有水泥、沥青、聚合物等，目前使用最多的是以水泥为胶凝材料的混凝土，称为水泥混凝土。与其他材料相比，混凝土是当今世界上用途最广、用量最大的人造土木工程材料，也是当今世界上单位产品质量下能耗最低的材料之一，而且是重要的工程结构材料。
二、混凝土的分类
通常混凝土有下面几种分类。
1.按表观密度分类
混凝土按其表观密度的大小，可分为：
（1）普通混凝土。其表观密度为2 100～2 500 kg／m3，一般在2 400 kg／m3左右。它是用普通的天然砂、石作骨料配制而成，为土木工程中最常用的面广量大的混凝土，通常简称混凝土。主要用作各种土木工程的承重结构材料。
（2）轻混凝土。其表观密度小于1950 kg／m3。它是采用轻质多孔的骨料，或者不用骨料而掺入加气剂或泡沫剂等，造成多孔结构的混凝土，包括轻骨料混凝土、多孔混凝土、大孔混凝土、发泡／泡沫混凝土等。其用途可分为结构用、保温用和结构兼保温等几种。
（3）重混凝土。其表观密度大于2 600 kg／m3。它是采用了密度很大的重骨料——重晶石、铁矿石、钢屑等配制而成，也可以同时采用重水泥——钡水泥、锶水泥进行配制。重混凝土具有防射线的性能，故又称防辐射混凝土，主要用作核能工程的屏蔽结构材料。
2.按用途分类
混凝土按其用途可分为结构混凝土（即普通混凝土）、防水混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土、装饰混凝土、大体积混凝土、膨胀混凝土、防辐射混凝土、道路混凝土等多种。
3.按所用胶凝材料分类
混凝土按其所用胶凝材料可分为水泥混凝土（包含第五章所述的各种水泥）、沥青混凝土、聚合物水泥混凝土、聚合物混凝土、石膏混凝土、水玻璃混凝土等。
4.按生产和施工方法分类
混凝土按生产和施工方法可分为预拌混凝土（商品混凝土）、泵送混凝土、喷射混凝土、压力灌浆混凝土（预填骨料混凝土）、挤压混凝土、离心混凝土、真空吸水混凝土、碾压混凝土、热拌混凝土等。
另外，混凝土还可按其1 m3中的水泥用量（C）分为贫混凝土（C≤170 kg）和富混凝土（≥230 kg）；按其抗压强度（fcu）又可分为低强混凝土（fcu＜30 MPa）、高强混凝土（fcu≥60 MPa）及超高强混凝土（fcu≥100 MPa）等。
三、混凝土的特点
普通混凝土在土木工程中能得到广泛的应用，其主要原因是由于它具有以下优点：
（1）原材料来源丰富，造价低廉。混凝土中砂、石骨料占混凝土整体体积的60%～80%（其中细骨料约占40%，粗骨料约占60%），而砂、石为地方性材料，到处可得，因此可就地取材，价格便宜。
（2）混凝土拌合物具有良好的可塑性。可按工程结构要求浇筑成各种形状和任意尺寸的整体结构或预制构件。
（3）配制灵活、适应性好。改变混凝土组成材料的品种及比例，可制得不同物理力学性能的混凝土，以满足各种工程的不同需要。
（4）抗压强度高。硬化后的混凝土其抗压强度一般为20～40 MPa，可高达80～100 MPa，甚至更高，故很适于作土木建筑工程结构材料。
（5）与钢筋有牢固的黏结力，且混凝土与钢筋的线膨胀系数基本相同，二者复合成钢筋混凝土后，能保证共同工作，从而大大扩展了混凝土的应用范围。
（6）耐久性良好。混凝土在一般环境不需要维护保养，故维修费用少。
（7）耐火性好。普通混凝土的耐火性远比木材、钢材和塑料好，可耐数小时的高温作用而仍保持其力学性能，有利于火灾时扑救。
（8）生产能耗较低。混凝土生产的能源消耗远比烧土制品及金属材料低。
普通混凝土的不足之处主要为：
（1）自重大，比强度小。每立方米普通混凝土重达2 400 kg左右，致使在土木工程中形成肥梁、胖柱、厚基础，对高层、大跨度建筑不利。
（2）抗拉强度低。一般其抗拉强度为抗压强度的1／20～1／10，因此受拉时易产生脆裂。
（3）导热系数大。普通混凝土导热系数为1.40 W／（m·K），为红砖的两倍，故保温隔热性能较差。
（4）硬化较慢，生产周期长。
应该着重指出，随着现代混凝土科学技术的发展，混凝土的不足之处已经得到很大改进。例如采用轻骨料，可使混凝土的自重和导热系数显著降低；在混凝土中掺入纤维或聚合物，可大大降低混凝土的脆性；混凝土采用快硬水泥或掺入早强剂、减水剂等，可明显缩短其硬化周期。由于混凝土具有以上这些重要的优点，使得许多比强度大的、效益高的结构材料，亦无法与之相竞争。普通混凝土早已成为当代的主要土木工程材料，广泛应用于工业与民用建筑工程、水利工程、地下工程、公路、铁路、桥梁及国防建设等工程中。
四、混凝土发展趋向
混凝土虽只有180多年的历史，但它的发展甚快，尤其近半个多世纪以来发展更加迅速。2012年全球水泥产量34亿t，中国占20.6亿t，按1 t水泥可以生产2.5～3 m3混凝土计算，则20.6亿t水泥可生产51亿～62亿m3混凝土，即使所产水泥只有30%用于生产混凝土，其用量也是非常可观的。根据发展趋势及资源、能源情况，可预测今后世界混凝土年产量还将进一步提高。
自1824年世界发明了波特兰水泥之后，1830年前后就有了混凝土问世，1867年又出现了钢筋混凝土。混凝土和钢筋混凝土的出现，是世界工程材料的重大变革，特别是钢筋混凝土的诞生，它极大地扩展了混凝土的使用范围，因而被誉为是对混凝土的第一次革命。在20世纪30年代又制成了预应力钢筋混凝土，它被称为是混凝土的第二次重大革命。50年代出现了自应力混凝土，而70年代出现的混凝土外加剂，特别是减水剂的应用，可使混凝土强度很容易达到60 MPa以上，同时给混凝土改性提供了很好的手段，为此被公认为是混凝土应用史上的第三次革命。80年代以后，各国的混凝土研究工作者，均转向深入进行混凝土的理论研究和新产品的开发，一致认定混凝土不仅是20世纪使用最广、最重要的土木工程材料，并预言21世纪水泥混凝土仍将在众多的工程材料中遥居领先地位。
为了适应将来的建筑向高层、超高层、大跨度发展，以及人类要向地下和海洋开发，混凝土今后的发展方向是：快硬、高强、轻质、高耐久性、多功能、节能。例如美国混凝土协会ACI2000委员会曾设想，今后美国常用混凝土的强度将为135 MPa，如果需要，在技术上可使混凝土强度达400 MPa；将能建造出高度为600～900 m的超高层建筑，以及跨度达500～600 m的桥梁。所有这些，均说明了未来社会对混凝土的需求，必然大大超过今天的规模。社会的巨大需求还将促进混凝土施工的进一步机械化，促进混凝土质量更进一步优化。明天的混凝土研究工作无疑将放在有关混凝土复合材料的机理和应用方面。随着施工和管理的现代化，期望未来混凝土对于形形色色的工程建设会有更好的适应性。
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