功能混凝土介紹

摘要：本文介紹了一些新型具有特殊功能的混凝土，如透明混凝土、超長壽命混凝土、導電混凝土、光催化混凝土。

關鍵詞：功能混凝土；透明混凝土；超長壽命混凝土；導電混凝土；光催化混凝土

　　混凝土作為最主要的用途古最廣的建筑材料，經(jīng)歷了從普通的結構材料－復合材料－功能材料的發(fā)展過程。隨著混凝土技術的發(fā)展和提高，以及人們對混凝土提出了更多功能性要求，出現(xiàn)了一些新型的、特殊功能的混凝土。如透明混凝土、超長壽命混凝土、導電混凝土、光催化混凝土、能調(diào)節(jié)空氣濕度的混凝土等。

1 透明混凝土

　　匈牙利建筑師阿龍·洛孔濟發(fā)明了一種新型混凝土可透過光線。它的成分由普通混凝土和玻璃纖維組成，因此光線便可通過這種新型混凝土。該透明混凝土與普通混凝土一樣結實牢固，由于植入數(shù)以千計的玻璃纖維，因而可以透過這種混凝土看見對面物體的輪廊。使用這種透明材料可讓室內(nèi)裝飾變得輕盈、明快而通透，給人一種厚重的墻體仿佛并不存在的幻覺感受。這種透明混凝土建造的透明墻體本身具有很高的欣賞價值，但由于造價及其施工技術限制其推廣應用。

2 超長壽命混凝土

　　目前廣泛利用的混凝土，使用壽命一般只有100 年左右。日本鹿島公司等3 家企業(yè)聯(lián)合開發(fā)出這種名為“EIEN”的新型混凝土，其使用壽命可長達1 萬年。在5000 多年前的中國新石器時代大地灣遺址中，考古學家發(fā)現(xiàn)了類似混凝土的遺物，其耐久性令建筑專家側目。研究顯示，挖掘出來的古代“混凝土”因為化學反應，表面的縫隙被填實，有效阻止了水和鹽分向內(nèi)部滲透，從而延緩了腐蝕作用。“EIEN”正是利用這一原理，在材料中加入特殊礦物，使混凝土表面產(chǎn)生同樣的化學反應。這種不易腐蝕的新型混凝土可廣泛用于堤防、橋墩、隧道等工程。

3 導電混凝土

　　普通混凝土的電阻率一般在106～109Ω·m 范圍內(nèi)，處于絕緣體和良導體之間。水泥與天然石材組成的混凝土完全干燥后，具有極高的電阻率，約為1013Ω·m，往往把它歸類為絕緣體材料。在潮濕狀態(tài)下，混凝土中含有一種從水泥中溶出的水溶性導電化合物，這種化合物是一種容許電流通過的電解質(zhì)，存在于拌合水或被吸收的潮氣中，從而使混凝土具有一定的導電性。因此普通的新拌混凝土可以說是導電的，但拌合物硬化時，電阻率便會變大。

　　配制導電混凝土必須設法使電解質(zhì)的電路短路。為此，可以在混凝土中摻入導電材料，使整個混凝土基質(zhì)中出現(xiàn)相連的導電粒子鏈，借助電子的運動使之導電。在混凝土拌合物中，摻入適量低電阻率石墨、炭黑和焦炭等導電相細骨料和鋼纖維、炭纖維和鐵礦石等導電相粗骨料，配制導電混凝土。

　　導電混凝土要求在滿足工程強度的基礎上，具有良好的導電性。其主要的性能指標包括強度、電導率或電阻率以及滿足一些特殊性能要求的干縮性、導熱性、耐久性等。導電混凝土的電阻率視其用途，一般可在10-3～102Ω·m 變化[1]。

　　美國的D.D.L.Chung 等在1989 年首先發(fā)現(xiàn)將一定形狀、尺寸和摻量的短切碳纖維摻入混凝土材料中，可以使材料具有自感知內(nèi)部應力、應變和損傷程度的功能。這種復合材料可以敏感有效地監(jiān)測拉、彎、壓等工況及靜態(tài)和動態(tài)荷載作用下材料的內(nèi)部情況。在疲勞試驗中還發(fā)現(xiàn)，無論是在拉伸或是壓縮狀態(tài)下，碳纖維混凝土材料的體積電導率會隨疲勞次數(shù)發(fā)生不可逆的降低。

　　因此，可以應用這一現(xiàn)象對混凝土材料的疲勞損傷進行監(jiān)測。通過標定這種自感應混凝土，研究人員能決定阻抗和載重之間的關系，由此可確定以自感應混凝土做的公路上車輛的方位、重量和速度等參數(shù)，為交通管理的智能化提供了材料基礎[7]。

　　目前，世界各國主要通過撒鹽(NaCl，CaCl2)來融化冰雪。該法具有材料來源廣泛、價格便宜、化冰雪效果好等優(yōu)點。但撒鹽法給混凝土路面結構和環(huán)境帶來了許多負面效應，主要表現(xiàn)為鋼筋鋼纖維銹蝕、路面剝蝕破壞和環(huán)境污染等問題。世界上不少國家因使用除冰鹽，已造成道路、橋梁的嚴重破壞，花費巨額費用進行修復。

　　1998 年英國費萊爾集團研制出具有在很低的電壓下快速變熱特性的新型導電混凝土[8]，利用該新型導電混凝土建造機場跑道，除冰工作變得簡便。2002 年唐祖全、李卓球等研究了導電混凝土電熱層布置對路面除冰效果的影響，分析結果表明，采用導電混凝土覆層的形式布置電熱層可取得較好的融雪化冰效果[9]。

　　除了上述的應用外，導電混凝土還有廣泛應用領域：屏蔽無線電干擾，防御電磁波，斷路器地合閘電阻，接地裝置，建筑物的避雷設備，消除靜電裝置，環(huán)境加熱，電阻器，建筑采暖地面，金屬防腐陰極保護技術等，工程上還可以利用導電混凝土的電阻率變化，對大型結構如核電站設施與大壩的微裂紋進行監(jiān)測等[2～6]。

4 光催化混凝土

　　隨著經(jīng)濟的發(fā)展，城市大氣污染狀況日益嚴重，汽車和工業(yè)排放的氮氧化物和硫化物等已經(jīng)形成公害。將光催化技術應用于水泥混凝土材料中，開發(fā)出環(huán)境友好的能廣泛應用的建筑混凝土材料，通過自然條件(太陽光/ 空氣及雨雪等)的作用凈化環(huán)境。通過在建筑物表面直接噴涂TiO2 材料或摻有TiO2 的水泥，可以使TiO2牢固地結合建筑物的表面；或者制作混凝土砌塊，使TiO2 附著于其表，就制成光催化混凝土材料。[10]二氧化鈦催化劑能氧化多數(shù)的有機和無機的污染物使其降解為CO2 和H2O 等無害物質(zhì)，以及凈化空氣中由汽車尾氣排放的NO 和NO2 氣體，從而凈化了大氣。

　　將TiO2 微粉加入水泥中, 拌和制成混凝土或砂漿材料，或者將含有TiO2 微粉的漿體噴射在混凝土外墻的表面，空氣中的有害氣體及細菌吸附在其表面后，通過太陽光中的紫外線光催化氧化作用使之去除，達到殺菌除臭的功能。

　　將TiO2 微粉摻入道路水泥中，制作路面的面層材料。汽車排放尾氣最先與路面材料接觸，通過太陽光的照射，潮濕的水泥混凝土路面將吸附的有害氣體氧化，從而凈化空氣。

　　在透水的多孔混凝土砌塊表面7～8mm 深度摻入50%以下的TiO2 微粉，這種砌塊具有很好的去除氮氧化物等有害氣體的功能，可用于公路建設的路邊材料或建筑物的墻體材料,去除汽車、燃燒設備排放的NOX、SOX，使空氣質(zhì)量改善。

　　光催化混凝土目前采用的是二氧化鈦作催化劑，由于其只能受紫外光線照射激發(fā)，而不能被通常的可見光催化，故其利用效果尚較低，需要研究更好的催化劑加以替代。二氧化鈦在光催化作用后生成的HNO3，吸附在混凝土表面，影響其催化作用且對表面有腐蝕性，需要經(jīng)常清洗，所以只能適用于多雨地區(qū)，因而使用受到限制。另外，所用的光催化劑都是純的TiO2 等純氧化物，由于資源和價格的限制難以推廣。

5 能調(diào)節(jié)空氣濕度的混凝土

　　空氣濕度過大或過小會給人們帶來不舒適感，在北方冬季取暖期因建筑物不是采用天然的具有調(diào)濕性材料，而是采用混凝土建成的。會使人的皮膚干燥，衣服、電腦易產(chǎn)生靜電，極易得病，家具出現(xiàn)干裂，因此得使用加濕器調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度。

　　為此日本鹿島建設技術研究所、名古屋大學等研究開發(fā)根據(jù)不同濕度下可吸附、脫附水蒸氣的調(diào)濕型混凝土己在東京、大阪、濱松等城市應用。它主要用在對濕度和溫度有敏感要求的食物倉庫、美術作品收藏室和用于有節(jié)能要求的建筑物等。

6 防菌混凝土

　　將殺菌劑如三丁基氧化物和木榴油、二磷酸氧化物和木榴油、氟硅酸及鉀鹽或鋅鹽等加入混凝土中配制而成，可防止海洋中和潮濕或污水環(huán)境中混凝土受水中有機物分解、藻類生長，而使混凝土產(chǎn)生腐蝕，或表面污染。將防藻劑涂在混凝土表面或加入混凝土中，可防止地衣類或藍藻類菌在混凝土表面的生長，避免建筑物受污染。需要說明的是防菌混凝土并不能防止所有的細菌和微生物，而是針對某種細菌和微生物，所以某一種防菌混凝土只適用于某一種情況。

7 結語

　　混凝土是建筑工程中用量最大的建筑材料，開發(fā)混凝土的新型特殊功能，對推廣混凝土的應用，特別是制造環(huán)境友好型混凝土具有十分重要的意義。功能混凝土都面臨著特殊性能的穩(wěn)定性、造價以及施工工藝方面的難題。隨著技術的發(fā)展，這些難題將得到解決，功能混凝土將得到更加廣泛的應用。

【參考文獻】

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　?、萐hiZengqiang,Chung D D L. Carbon Fiber Reinfoced Concretefor Traffic Monitoring. Cem Concr Res,1999,29(4):435～439

　　⑸FuXuli,Chung D D L. Self-Monitoring of Fatigue Damagein Carbon Fiber Reinforce dCement. Cem Concr Res,1996,26(1):15～20

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