第4章 混凝土
4.1 概述
4.1.1 混凝土的概念
混凝土材料的应用可追溯到古老年代。数千年前，我国劳动人民及埃及人就用石灰与砂配制成砂浆砌筑房屋。后来罗马人又使用石灰、砂及石子配制成混凝土，并在石灰中掺入火山灰配制成用于海岸工程的混凝土，这类混凝土强度不高，使用量少。
现代意义上的混凝土，是在约瑟夫·阿斯帕丁1824年发明波特兰水泥以后，于1830年前后才得以问世；1850年出现了钢筋混凝土，使混凝土技术发生了第一次革命性的飞跃；1928年制成了预应力钢筋混凝土，产生了混凝土技术的第二次飞跃；1965年前后混凝土外加剂，特别是减水剂的应用，使轻易获得高强度混凝土成为可能，混凝土的工作性能显著提高，导致了混凝土技术的第三次革命性飞跃。目前，混凝土技术正朝着超高强、轻质、高耐久性、多功能和智能化方向发展。
水泥混凝土经过180多年的发展，已演变成了有多个品种的土木工程材料。通常所说的混凝土是由胶凝材料、粗骨料、细骨料和水（或不加水）按适当的比例配合、拌和制成混合物，经一定时间后硬化而成的人造石材。新拌制的混凝土，通常称为混凝土拌和物。
4.1.2 混凝土的分类
在现代建筑中，混凝土的运用极为广泛，已成为现代建筑中的主要建筑材料，其种类也非常之多，混凝土通常从以下几个方面进行分类：
按所用胶凝材料的不同可分为水泥混凝土、沥青混凝土、水玻璃混凝土、聚合物混凝土、聚合物水泥混凝土、石膏混凝土和硅酸盐混凝土等几种。一般情况下所说的混凝土是指水泥混凝土。
按干表观密度的不同分为3类：重混凝土，其干表观密度大于2600kg/m3，采用重骨料（重晶石，铁矿粉或钢屑）和水泥配制而成，对X射线、γ射线有较高的屏蔽能力，主要用于防辐射工程，又称为防辐射混凝土；普通混凝土，其干表观密度为2000～2500kg/m3，一般多在2400kg/m3左右，采用水泥、水与普通砂、石配制而成，是目前土木工程中应用最多的混凝土，主要用作承重结构材料，目前全世界普通混凝土年用量达40多亿m3，我国年用量在15亿m3以上；轻混凝土，干表观密度小于1950kg/m3，包括轻骨料混凝土、大孔混凝土、多孔混凝土和无砂大孔混凝土，可用作承重结构、保温结构和承重兼保温结构。这种分类方法是混凝土最基本的分类方法。
按施工工艺可分为泵送混凝土、预拌混凝土（商品混凝土）、喷射混凝土、自密实混凝土、堆石混凝土、离心混凝土、压力灌浆混凝土（预填骨料混凝土）、挤压混凝土、造壳混凝土（裹砂混凝土）、真空吸水混凝土、热拌混凝土和太阳能养护混凝土等多种。
按用途可分为结构混凝土、防水混凝土、防辐射混凝土、耐酸混凝土、装饰混凝土、耐热混凝土、大体积混凝土、膨胀混凝土、道路混凝土和水下不分散混凝土等多种。
按掺和料可分为粉煤灰混凝土、硅灰混凝土、碱矿渣混凝土和纤维混凝土等多种。
按抗压强度（fcu）大小可分为低强混凝土（fcu<30MPa）、中强混凝土（fcu=30～60MPa）、高强混凝土（fcu≥60MPa）和超高强混凝土（fcu≥100MPa）等。
按每立方米中的水泥用量（C）分为贫混凝土（C≤170kg）和富混凝土（C≥230kg）。
本章讲述的混凝土，如无特别说明，均指普通混凝土。
4.1.3 混凝土的优缺点
在世界各地的土木工程中，混凝土是最重要的、使用最广泛的建筑材料。普通混凝土与钢材、木材等常用土木工程材料相比有许多优点：
（1）混凝土的组分分布广泛、造价低廉，可以就地取材。
（2）可通过改变混凝土的组分及其数量比例，根据混凝土的用途配制不同物理力学性能的混凝土。
（3）凝结前有良好的可塑性，可利用模板浇灌成任何形状及尺寸的构件或结构物，故可用于多种类型的建筑。
（4）混凝土与钢筋的线膨胀系数基本相同，与钢筋有较高的握裹力，两者复合后制成钢筋混凝土能很好地共同工作。
（5）混凝土使用期间不需经常维修保养，能源耗用少。
（6）混凝土可浇筑成整体以提高建筑物的抗震性能，也可预制成各种构件再行装配等。
普通混凝土也存在一些缺点：
（1）混凝土抗拉强度低，一般为抗压强度的1/10～1/20，易产生裂缝，受拉时易产生脆性破坏。
（2）自重大，不利于建筑物（构筑物）向高层、大跨度方向发展。
（3）耐久性不够，在自然环境、使用环境及内部因素作用下，混凝土的工作性能易发生劣化，硬化较慢，生产周期长，在自然条件下养护的混凝土预制构件，一般要养护7～14d方可投入使用。
建筑工程中使用的混凝土，一般要满足以下四项要求：
（1）各组成材料经拌和后形成的拌和物应具有一定的和易性，以便于施工。
（2）混凝土应在规定龄期达到设计要求的强度。
（3）硬化后的混凝土应具有适应其所处环境的耐久性。
（4）经济合理，在保证质量的前提下，节约造价。