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(dǎo)電混凝土、光催化混凝土。

關(guān)鍵詞：功能混凝土；透明混凝土；超長壽命混凝土；導(dǎo)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(jié)構(gòu)材料－復(fù)合材料－功能材料的發(fā)展過程。隨著混凝土技術(shù)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(dǎo)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(jì)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(jié)實(shí)牢固，由于植入數(shù)以千計(jì)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(jià)值，但由于造價(jià)及其施工技術(shù)限制其推廣應(yīng)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(dá)1 萬年。在5000 多年前的中國新石器時(shí)代大地灣遺址中，考古學(xué)家發(fā)現(xiàn)了類似混凝土的遺物，其耐久性令建筑專家側(cè)目。研究顯示，挖掘出來的古代“混凝土”因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)，表面的縫隙被填實(shí)，有效阻止了水和鹽分向內(nèi)部滲透，從而延緩了腐蝕作用?！癊IEN”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(xué)反應(yīng)。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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)電性。因此普通的新拌混凝土可以說是導(dǎo)電的，但拌合物硬化時(shí)，電阻率便會變大。

　　配制導(dǎo)電混凝土必須設(shè)法使電解質(zhì)的電路短路。為此，可以在混凝土中摻入導(dǎo)電材料，使整個(gè)混凝土基質(zhì)中出現(xiàn)相連的導(dǎo)電粒子鏈，借助電子的運(yùn)動使之導(dǎo)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(dǎo)電相細(xì)骨料和鋼纖維、炭纖維和鐵礦石等導(dǎo)電相粗骨料，配制導(dǎo)電混凝土。

　　導(dǎo)電混凝土要求在滿足工程強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，具有良好的導(dǎo)電性。其主要的性能指標(biāo)包括強(qiáng)度、電導(dǎo)率或電阻率以及滿足一些特殊性能要求的干縮性、導(dǎo)熱性、耐久性等。導(dǎo)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(yīng)力、應(yīng)變和損傷程度的功能。這種復(fù)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(yàn)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(dǎo)率會隨疲勞次數(shù)發(fā)生不可逆的降低。

　　因此，可以應(yīng)用這一現(xiàn)象對混凝土材料的疲勞損傷進(jìn)行監(jiān)測。通過標(biāo)定這種自感應(yīng)混凝土，研究人員能決定阻抗和載重之間的關(guān)系，由此可確定以自感應(yīng)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(chǔ)[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(jià)格便宜、化冰雪效果好等優(yōu)點(diǎn)。但撒鹽法給混凝土路面結(jié)構(gòu)和環(huán)境帶來了許多負(fù)面效應(yīng)，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(yán)重破壞，花費(fèi)巨額費(fèi)用進(jìn)行修復(fù)。

　　1998 年英國費(fèi)萊爾集團(tuán)研制出具有在很低的電壓下快速變熱特性的新型導(dǎo)電混凝土[8]，利用該新型導(dǎo)電混凝土建造機(jī)場跑道，除冰工作變得簡便。2002 年唐祖全、李卓球等研究了導(dǎo)電混凝土電熱層布置對路面除冰效果的影響，分析結(jié)果表明，采用導(dǎo)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(yīng)用外，導(dǎo)電混凝土還有廣泛應(yīng)用領(lǐng)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(shè)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(hù)技術(shù)等，工程上還可以利用導(dǎo)電混凝土的電阻率變化，對大型結(jié)構(gòu)如核電站設(shè)施與大壩的微裂紋進(jìn)行監(jiān)測等[2～6]。

4 光催化混凝土

　　隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市大氣污染狀況日益嚴(yán)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(shù)應(yīng)用于水泥混凝土材料中，開發(fā)出環(huán)境友好的能廣泛應(yīng)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(jié)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(jī)和無機(jī)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(xì)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(dá)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(shè)的路邊材料或建筑物的墻體材料,去除汽車、燃燒設(shè)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?zhàn)鞔呋瘎?，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(jià)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（木材、紙制品等），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(shè)技術(shù)研究所、名古屋大學(xué)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(yīng)用。它主要用在對濕度和溫度有敏感要求的食物倉庫、美術(shù)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(jī)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(lán)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(xì)菌和微生物，而是針對某種細(xì)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(jié)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(yīng)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(jià)以及施工工藝方面的難題。隨著技術(shù)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(yīng)用。

【參考文獻(xiàn)】

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