混凝土生产及应用

世界上使用最广泛的材料的产品生命周期

混凝土是城市基础设施的固定装置，从州际公路到高耸的城市摩天大楼。混凝土随处可见，这不足为奇，因为它是世界上最常用的人造材料。仅在美国，每年就生产大约 100 亿吨混凝土。

混凝土是一种用途广泛的建筑材料，具有延展性或固体特性，具体取决于其固化阶段。它由与流体水泥混合的骨料和岩石组成。经过一定时间后，由于称为水化的化学反应，混凝土硬化成岩石状物质。一旦硬化，它就会在 3000-20,000 psi 的强度下变得异常坚固耐用，足以支撑桥梁、摩天大楼和水坝。

混凝土生产

混凝土在工厂或工作现场生产。设备可以从手动工具到大型工业机械。无论生产规模如何，混凝土部件都必须在特定的时间限制内彻底混合、成型和成型。任何中断都会影响最终产品的完整性和外观。

大规模混凝土生产

大规模混凝土生产在两种类型的混凝土工厂中进行：预拌工厂和中央混合工厂。预拌植物混合除水以外的所有混凝土成分。中央搅拌站混合所有混凝土成分，包括水，最适合精确控制。通常，混凝土是一种粘性流体，它被倒入模具中以形成所需的形状。然而，混凝土也可以是非流体形式。该干燥机版本是制造预制混凝土产品的首选。

小规模混凝土生产

使用容积式搅拌机或移动式批量搅拌机在工作现场制作少量混凝土。这些搅拌机用作小型混凝土厂，能够生产各种类型的混凝土。它们非常适合只需要最少混凝土来安装较小应用程序的站点。例如，安装人员使用容积式搅拌机制作混凝土，用于嵌入自行车架，或安装护柱和钢管作为交通安全装置。

混凝土类型

市场上有数十种混凝土类型可供建筑和建筑需求使用。下面列出了现代基础设施中使用的几种常见混凝土类型。

普通混凝土

普通混凝土是最受欢迎的混凝土形式之一。典型的混合物包括水泥、沙子和与特定量的水混合的粗骨料。它的凝固时间约为 30–90 分钟，强度值为 1450–5800 psi。养护28天时，达到总强度的75-80%，90天后达到95%。

高性能混凝土

与普通混凝土相比，高性能混凝土具有更高的强度、和易性和耐久性。它具有长期的机械性能和早期强度。它可以承受恶劣的环境，并能抵抗蠕变和收缩，从而最大限度地减少开裂。强度范围为 10000–15000 psi。

钢筋混凝土

钢筋混凝土使用各种形式的钢筋作为钢筋。混凝土（具有高抗压强度）和钢（具有高抗拉强度）的结合赋予了钢筋混凝土独特的强度特性。钢筋混凝土在任何类型的建筑中都能承受多种形式的应力。

预制混凝土

预制混凝土在受控环境中将混凝土浇注到模具中。一旦完全凝固和硬化，它们就会被运送到施工现场。固化阶段发生在温度和湿度受到监控的受控条件下。蒸汽固化有时用于生产强度高、固化时间短的预制产品。

轻质混凝土

轻质混凝土是密度小于 240 kg/m³ 的任何混凝土。它包括轻骨料混凝土、泡沫混凝土和蒸压加气混凝土。轻质混凝土通常会提高耐热性和耐火性。但是，它更容易发生蠕变和收缩。

透水混凝土

透水混凝土允许空气或水通过混凝土内形成的一系列孔或空隙循环。水可以自然排出，允许地表水的排放和地下水的补充。它是一种低影响开发材料，可保护水质并用于可持续建筑。

具体应用

在开始任何混凝土应用之前，必须首先确定合适的混凝土类型。例如，钢筋混凝土适用于要求高抗拉强度的建筑材料，如柱和梁。轻质混凝土最适合建造用于家庭建筑的轻质混凝土砌块。

混凝土是一种用途广泛的材料，其应用非常广泛。混凝土的延展性和坚韧特性使其成为建造建筑物、城市基础设施和各种预制产品的理想基础材料。

混凝土建筑具有防火性，减少能源消耗，同时提供更好的室内空气质量。

建筑材料

混凝土广泛用于建造住宅和商业建筑，以及车道和柱子等相关固定装置。绝缘混凝土将热量保持在墙内，减少了 40% 以上的能源使用。雾霾混凝土可以帮助将周围污染环境中的一氧化氮减少 60% 以上。混凝土建筑需要更少的维护，使用寿命更长，同时提供更好的室内空气质量。其他好处包括抗火、抗风和抗飓风。

混凝土高速公路足够坚固，可以承受重载车辆的持续冲击。

道路和高速公路

混凝土道路和高速公路非常耐用，需要最少的维护。它们不易受到车辙或弹簧解冻载荷限制的影响。它们足够坚固，可以承受重载车辆的持续通行。

使用混凝土建造桥梁具有成本效益，并且可以进行建筑和装饰饰面。

桥梁

混凝土是桥梁施工中最经济、最快捷的材料之一；它通常用于桥梁上部结构（桥梁的上部）。这些包括甲板、路缘石、人行道和侧面交通障碍墙。通过适当的规划和使用预制混凝土产品，该过程可以高效且具有竞争力地完成。还可以添加视觉效果和装饰功能。

混凝土护柱提供一些冲击保护，同时补充周围的建筑。

护柱

预制混凝土用于混凝土护柱等交通引导装置。这些混凝土护柱可以补充周围的建筑，同时提供车辆撞击保护。它们通常用环氧树脂涂层钢筋加固，以增加其耐用性。混凝土护柱非常适合建筑物入口和停车场等人流量大的区域，有助于保护行人和家具。

混凝土大坝使用钢筋来提高耐久性，并在混凝土内放置水管以限制开裂。

水坝

水坝是由混凝土制成的最苛刻和最坚固的结构之一。瑞士的 Grand Dixence 大坝使用了 600 万立方米的混凝土来建造。它还使用钢筋来增加混凝土性能的最大强度。为了限制任何开裂，水通过混凝土内的管道循环。大坝设计需要仔细选择具有正确骨料类型的混凝土混合物。

维护

即使具有弹性，混凝土仍然需要适当的维护以延长其使用寿命。混凝土应至少每年清洁一次，以去除污垢和污垢，以及铁锈或其他污渍。裂缝也必须定期修复，以获得结构良好的表面。未能修复裂缝可能会导致水侵入，从而导致路基出现问题。定期重新密封表面可减少水分渗透和染色。它还可以防止污垢和杂草通过这些接缝形成。

回收

建筑业是零废物运动的一部分，美国每年回收 1.4 亿吨混凝土。当混凝土结构被拆除时，剩余的混凝土被回收用于新的建筑项目、砾石、景观石和覆盖物。混凝土骨料被收集并通过破碎机运行。钢筋混凝土经过同样的处理，金属片随后用磁铁和其他分拣设备去除。

回收的目的不仅是消除垃圾填埋场中的混凝土，而且是在再处理过程中节约能源。现场粉碎旧混凝土无需运输，从而降低成本和排放。大型道路便携式设备可以以每小时 600 吨的速度破碎混凝土。较小的破碎机每小时可以破碎 150 吨，另外还有一个好处是能够适应更狭窄的区域。

具体发展

自愈混凝土旨在解决混凝土最大的缺陷之一：开裂。一旦混凝土开裂，就会导致结构中使用的钢筋腐蚀。开裂也会带来直接的危害——有毒废物的混凝土容器开裂可能会造成灾难性的后果，更不用说给维护工人带来风险了。根特大学的工程师在开发自修复混凝土方面开创了先河。它充满了高吸水性聚合物，可以膨胀并阻止混凝土裂缝进行自我修复。继续进行混凝土研究和开发，以实现提高效率、安全性和可持续性的建筑未来。