功能混凝土介绍

摘要：本文介绍了一些新型具有特殊功能的混凝土，如透明混凝土、超长寿命混凝土、导电混凝土、光催化混凝土。

关键词：功能混凝土；透明混凝土；超长寿命混凝土；导电混凝土；光催化混凝土

　　混凝土作为最主要的用途古最广的建筑材料，经历了从普通的结构材料－复合材料－功能材料的发展过程。随着混凝土技术的发展和提高，以及人们对混凝土提出了更多功能性要求，出现了一些新型的、特殊功能的混凝土。如透明混凝土、超长寿命混凝土、导电混凝土、光催化混凝土、能调节空气湿度的混凝土等。

1 透明混凝土

　　匈牙利建筑师阿龙·洛孔济发明了一种新型混凝土可透过光线。它的成分由普通混凝土和玻璃纤维组成，因此光线便可通过这种新型混凝土。该透明混凝土与普通混凝土一样结实牢固，由于植入数以千计的玻璃纤维，因而可以透过这种混凝土看见对面物体的轮廊。使用这种透明材料可让室内装饰变得轻盈、明快而通透，给人一种厚重的墙体仿佛并不存在的幻觉感受。这种透明混凝土建造的透明墙体本身具有很高的欣赏价值，但由于造价及其施工技术限制其推广应用。

2 超长寿命混凝土

　　目前广泛利用的混凝土，使用寿命一般只有100 年左右。日本鹿岛公司等3 家企业联合开发出这种名为“EIEN”的新型混凝土，其使用寿命可长达1 万年。在5000 多年前的中国新石器时代大地湾遗址中，考古学家发现了类似混凝土的遗物，其耐久性令建筑专家侧目。研究显示，挖掘出来的古代“混凝土”因为化学反应，表面的缝隙被填实，有效阻止了水和盐分向内部渗透，从而延缓了腐蚀作用。“EIEN”正是利用这一原理，在材料中加入特殊矿物，使混凝土表面产生同样的化学反应。这种不易腐蚀的新型混凝土可广泛用于堤防、桥墩、隧道等工程。

3 导电混凝土

　　普通混凝土的电阻率一般在106～109Ω·m 范围内，处于绝缘体和良导体之间。水泥与天然石材组成的混凝土完全干燥后，具有极高的电阻率，约为1013Ω·m，往往把它归类为绝缘体材料。在潮湿状态下，混凝土中含有一种从水泥中溶出的水溶性导电化合物，这种化合物是一种容许电流通过的电解质，存在于拌合水或被吸收的潮气中，从而使混凝土具有一定的导电性。因此普通的新拌混凝土可以说是导电的，但拌合物硬化时，电阻率便会变大。

　　配制导电混凝土必须设法使电解质的电路短路。为此，可以在混凝土中掺入导电材料，使整个混凝土基质中出现相连的导电粒子链，借助电子的运动使之导电。在混凝土拌合物中，掺入适量低电阻率石墨、炭黑和焦炭等导电相细骨料和钢纤维、炭纤维和铁矿石等导电相粗骨料，配制导电混凝土。

　　导电混凝土要求在满足工程强度的基础上，具有良好的导电性。其主要的性能指标包括强度、电导率或电阻率以及满足一些特殊性能要求的干缩性、导热性、耐久性等。导电混凝土的电阻率视其用途，一般可在10-3～102Ω·m 变化[1]。

　　美国的D.D.L.Chung 等在1989 年首先发现将一定形状、尺寸和掺量的短切碳纤维掺入混凝土材料中，可以使材料具有自感知内部应力、应变和损伤程度的功能。这种复合材料可以敏感有效地监测拉、弯、压等工况及静态和动态荷载作用下材料的内部情况。在疲劳试验中还发现，无论是在拉伸或是压缩状态下，碳纤维混凝土材料的体积电导率会随疲劳次数发生不可逆的降低。

　　因此，可以应用这一现象对混凝土材料的疲劳损伤进行监测。通过标定这种自感应混凝土，研究人员能决定阻抗和载重之间的关系，由此可确定以自感应混凝土做的公路上车辆的方位、重量和速度等参数，为交通管理的智能化提供了材料基础[7]。

　　目前，世界各国主要通过撒盐(NaCl，CaCl2)来融化冰雪。该法具有材料来源广泛、价格便宜、化冰雪效果好等优点。但撒盐法给混凝土路面结构和环境带来了许多负面效应，主要表现为钢筋钢纤维锈蚀、路面剥蚀破坏和环境污染等问题。世界上不少国家因使用除冰盐，已造成道路、桥梁的严重破坏，花费巨额费用进行修复。

　　1998 年英国费莱尔集团研制出具有在很低的电压下快速变热特性的新型导电混凝土[8]，利用该新型导电混凝土建造机场跑道，除冰工作变得简便。2002 年唐祖全、李卓球等研究了导电混凝土电热层布置对路面除冰效果的影响，分析结果表明，采用导电混凝土覆层的形式布置电热层可取得较好的融雪化冰效果[9]。

　　除了上述的应用外，导电混凝土还有广泛应用领域：屏蔽无线电干扰，防御电磁波，断路器地合闸电阻，接地装置，建筑物的避雷设备，消除静电装置，环境加热，电阻器，建筑采暖地面，金属防腐阴极保护技术等，工程上还可以利用导电混凝土的电阻率变化，对大型结构如核电站设施与大坝的微裂纹进行监测等[2～6]。

4 光催化混凝土

　　随着经济的发展，城市大气污染状况日益严重，汽车和工业排放的氮氧化物和硫化物等已经形成公害。将光催化技术应用于水泥混凝土材料中，开发出环境友好的能广泛应用的建筑混凝土材料，通过自然条件(太阳光/ 空气及雨雪等)的作用净化环境。通过在建筑物表面直接喷涂TiO2 材料或掺有TiO2 的水泥，可以使TiO2牢固地结合建筑物的表面；或者制作混凝土砌块，使TiO2 附着于其表，就制成光催化混凝土材料。[10]二氧化钛催化剂能氧化多数的有机和无机的污染物使其降解为CO2 和H2O 等无害物质，以及净化空气中由汽车尾气排放的NO 和NO2 气体，从而净化了大气。

　　将TiO2 微粉加入水泥中, 拌和制成混凝土或砂浆材料，或者将含有TiO2 微粉的浆体喷射在混凝土外墙的表面，空气中的有害气体及细菌吸附在其表面后，通过太阳光中的紫外线光催化氧化作用使之去除，达到杀菌除臭的功能。

　　将TiO2 微粉掺入道路水泥中，制作路面的面层材料。汽车排放尾气最先与路面材料接触，通过太阳光的照射，潮湿的水泥混凝土路面将吸附的有害气体氧化，从而净化空气。

　　在透水的多孔混凝土砌块表面7～8mm 深度掺入50%以下的TiO2 微粉，这种砌块具有很好的去除氮氧化物等有害气体的功能，可用于公路建设的路边材料或建筑物的墙体材料,去除汽车、燃烧设备排放的NOX、SOX，使空气质量改善。

　　光催化混凝土目前采用的是二氧化钛作催化剂，由于其只能受紫外光线照射激发，而不能被通常的可见光催化，故其利用效果尚较低，需要研究更好的催化剂加以替代。二氧化钛在光催化作用后生成的HNO3，吸附在混凝土表面，影响其催化作用且对表面有腐蚀性，需要经常清洗，所以只能适用于多雨地区，因而使用受到限制。另外，所用的光催化剂都是纯的TiO2 等纯氧化物，由于资源和价格的限制难以推广。

5 能调节空气湿度的混凝土

　　空气湿度过大或过小会给人们带来不舒适感，在北方冬季取暖期因建筑物不是采用天然的具有调湿性材料，而是采用混凝土建成的。会使人的皮肤干燥，衣服、电脑易产生静电，极易得病，家具出现干裂，因此得使用加湿器调节室内湿度。

　　为此日本鹿岛建设技术研究所、名古屋大学等研究开发根据不同湿度下可吸附、脱附水蒸气的调湿型混凝土己在东京、大阪、滨松等城市应用。它主要用在对湿度和温度有敏感要求的食物仓库、美术作品收藏室和用于有节能要求的建筑物等。

6 防菌混凝土

　　将杀菌剂如三丁基氧化物和木榴油、二磷酸氧化物和木榴油、氟硅酸及钾盐或锌盐等加入混凝土中配制而成，可防止海洋中和潮湿或污水环境中混凝土受水中有机物分解、藻类生长，而使混凝土产生腐蚀，或表面污染。将防藻剂涂在混凝土表面或加入混凝土中，可防止地衣类或蓝藻类菌在混凝土表面的生长，避免建筑物受污染。需要说明的是防菌混凝土并不能防止所有的细菌和微生物，而是针对某种细菌和微生物，所以某一种防菌混凝土只适用于某一种情况。

7 结语

　　混凝土是建筑工程中用量最大的建筑材料，开发混凝土的新型特殊功能，对推广混凝土的应用，特别是制造环境友好型混凝土具有十分重要的意义。功能混凝土都面临着特殊性能的稳定性、造价以及施工工艺方面的难题。随着技术的发展，这些难题将得到解决，功能混凝土将得到更加广泛的应用。

【参考文献】

　　⑴沈刚，董发勤. 导电混凝土及其发展趋势. 工业建筑，2004，34：62～64

　　⑵李仁福.导电混凝土采暖地面.混凝土,1998(6):47～48⑶ FuX,Chung D D L. Radio-Wave-Reflecting Concrete forLatera lGuidance in Automatic Highways. Cem Concr Res,1998,28(6):795～801

　　⑷ShiZengqiang,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

　　⑹～⑽略