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目前混凝土研究的熱點(diǎn)是什么？
發(fā)布時(shí)間：
2023-01-04 16:15
目前混凝土研究的熱點(diǎn)是什么？
01?沈陽混凝土廠家——低碳
在傳統(tǒng)工業(yè)中（比如機(jī)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(chǎng)前景的功能往往需要基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域有重大的突破。就混凝土制品來說，近幾十年當(dāng)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(duì)于單個(gè)工業(yè)產(chǎn)品說，是很大的一塊。發(fā)達(dá)國家越來越重視低碳，相關(guān)的科研經(jīng)費(fèi)也很多，他們的研究也基本全世界。
但是怎么實(shí)現(xiàn)低碳混凝土，就很多說法了。大概可以總結(jié)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(diǎn)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(qiáng)度的碳酸鎂(MgCO3)。
因?yàn)榛钚匝趸V的生產(chǎn)大概需要800度的燒結(jié)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(yīng)。
除此以外，如果用高堿性的溶液來水化（其實(shí)這個(gè)詞不太準(zhǔn)確）粉煤灰礦渣，在50-70度的溫度中養(yǎng)護(hù)，硬化以后的材料也會(huì)有很好的強(qiáng)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(jìn)展還挺快的。
2、混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性：
如果能用的久一點(diǎn)，結(jié)構(gòu)維修和重修中的混凝土就能省下不少。但是耐久性是一個(gè)相對(duì)籠統(tǒng)的詞，對(duì)不同的建筑結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效的機(jī)理各不相同。
比如公路，疲勞荷載和溫度效應(yīng)是裂縫擴(kuò)展的主要原因；比如海堤，氯離子對(duì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shí)一旦有了裂縫，混凝土基體再密實(shí)都沒有用，所以現(xiàn)在大家很關(guān)心裂縫的控制，其中有一個(gè)很大的研究分支就是能自愈合的混凝土。
其實(shí)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(bǔ)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(dāng)然，像能生成碳酸鈣的細(xì)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(gè)很復(fù)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(diǎn)，但不是每一個(gè)點(diǎn)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(gè)很重要的趨勢(shì)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(cè)(Self-sensing)：在混凝土中加入導(dǎo)電的纖維，通過測(cè)量電阻率的變化，能夠了解裂縫的擴(kuò)展情況。
3、溫度自測(cè)(Self thermo-sensing)：利用混凝土本身的塞貝克效應(yīng)，來自測(cè)混凝土的溫差。
相關(guān)文獻(xiàn)直接搜關(guān)鍵詞+concrete都應(yīng)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(xué)知識(shí)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(xué)上，當(dāng)然新加入的成分的化學(xué)物理屬性也會(huì)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(shí)際結(jié)構(gòu)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(shì)
日本行業(yè)內(nèi)的大趨勢(shì)是混凝土的維護(hù)，維護(hù)不光是后期；在剛澆筑完，硬度起來以后就可以先期維護(hù)了。
日本現(xiàn)在面臨的問題，國內(nèi)大概在10年以內(nèi)也會(huì)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(yán)重的多。
日本輿論一度爭(zhēng)論到底是應(yīng)該把現(xiàn)有的高速炸掉重建還是勉強(qiáng)維持，行業(yè)專家的意見是長(zhǎng)遠(yuǎn)來看、炸掉重建省錢！安全！但是礙于現(xiàn)實(shí)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(jié)果當(dāng)然是現(xiàn)實(shí)情況優(yōu)先，每年撥巨資維護(hù)，拆東墻補(bǔ)西墻。據(jù)說10年的維護(hù)費(fèi)用就可以重建一個(gè)首都高速了，但是日本政府也沒有其他選擇。
04?熱點(diǎn)即是缺點(diǎn)
混凝土永遠(yuǎn)的熱點(diǎn)就是其缺點(diǎn)——裂縫，低抗拉抗彎；相關(guān)數(shù)學(xué)模型及理論，現(xiàn)場(chǎng)高流動(dòng)性要求及施工養(yǎng)護(hù)問題。
混凝土是個(gè)復(fù)雜復(fù)合材料，生產(chǎn)的預(yù)拌混凝土是半成品，施工是重要的過程，不然試驗(yàn)做得好，施工不行，白費(fèi)。說點(diǎn)題外話，熱點(diǎn)不一定是好事。
當(dāng)年材料科學(xué)基礎(chǔ)老師研究一種合金低溫超導(dǎo)，當(dāng)時(shí)那類合金是熱點(diǎn)，結(jié)果研究了十多年，全世界也沒任何突破，黃金時(shí)間，可惜。在熱點(diǎn)面前也要保持理智，比如水泥替代品，氧化鎂這種就是實(shí)驗(yàn)室玩玩寫寫論文而已，實(shí)際應(yīng)用不現(xiàn)實(shí)，資源分布、開采成本和碳酸鈣類的礦石沒法比。
不管哪個(gè)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(dāng)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(huì)發(fā)生得那么快！
從學(xué)術(shù)上講，大量混凝土耐久性方面的機(jī)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(gè)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(yù)測(cè)方法和試驗(yàn)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(zé)制了。
這也是目前在學(xué)術(shù)成果轉(zhuǎn)化上遇到的一個(gè)難點(diǎn)，我說我做的同標(biāo)號(hào)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(zhǔn)備上馬項(xiàng)目的時(shí)候肯定還要咨詢混凝土界待了多年的一線工程師們。
結(jié)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(fù)論證多次，不了了之。導(dǎo)致這個(gè)行業(yè)的變革都是一小步一小步的向前邁進(jìn)，誰都怕步子大了扯著。
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