缪昌文，穆 松

(1.东南大学，材料科学与工程学院，南京 211189；2.高性能土木工程材料国家重点实验室，南京 211103)

0 引 言

作为传统硅酸盐材料之一，水泥混凝土诞生至今已有200年历史。从1824年英国工程师Joseph Aspdin获得硅酸盐水泥的授权专利起，硅酸盐水泥制备的混凝土由于具有优于普通钢材与木材的耐久性能、不同结构尺寸与形状的施工便捷性、原材料易于获得且成本低廉等突出优点，已成为土木工程大量使用的主体建筑材料。尽管如此，考虑到混凝土作为一种脆性大、抗拉强度低的材料，如何提升抗裂性能是混凝土实现大规模应用的关键难题。针对上述问题，法国人Joseph Louis Lambot申请了使用钢筋提高混凝土构件抗拉强度的发明专利，随后1892年瑞士Wiggen市则修建了第一座钢筋混凝土桥梁，1928年法国工程师Eugène Freyssinet 申请了控制钢筋混凝土开裂的预应力混凝土专利[1]。上述钢筋和预应力的使用均改善了混凝土构件的性能，但并没有提升混凝土材料自身的性能，于是引入纤维材料提升基体抗拉强度与断裂能，将混凝土的研究与应用推向了一个新高度。其中，1902年诞生了石棉纤维混凝土的第一项专利申请，1923年左右引入钢纤维，1950年耐碱玻璃纤维被开发并用于消除石棉的有害特性，而聚合物纤维则在玻璃纤维出现之后产生[1]。伴随上述纤维材料在混凝土中应用，减水剂的发明降低了混凝土用水量且同时增大了混凝土工作性，被公认为是继钢筋和预应力混凝土技术之后混凝土领域的第三次技术飞跃。

混凝土基体微结构调控与性能提升是未来混凝土技术第四次飞跃的主要驱动力。与硅酸盐材料的研究方法相同，调控材料组成与优化微观结构是实现混凝土性能提升的关键思路。混凝土中硬化水泥浆体的水化过程、水化产物胶凝特性以及微结构形成与演变，直接决定其宏观性能，例如工作性能、力学性能、裂缝控制与耐久性。通过掺加外加剂、矿物掺合料等功能性组分，优化养护制度可以调控混凝土水化产物组成、结构和形貌，抑制各尺度孔、界面过渡区和微细裂缝产生，从而实现混凝土工作性能、力学性能、裂缝控制与耐久性的提升。接下来，本文将从近年来混凝土技术发展现状与趋势两个方面入手，重点围绕混凝土上述四个方面性能进行介绍。

1 混凝土技术发展现状

1.1 工作性调控技术

工作性好坏直接影响混凝土内部微结构形成。分析混凝土开裂与耐久性差的主要原因是，微结构形成过程中产生明显的缺陷。明显缺陷处引起的应力应变集中，很容易诱导混凝土有害裂缝形成。由此可见，混凝土的微结构均匀性很重要。工作性优异的混凝土，其均匀性良好。现阶段混凝土工作性调控要求主要体现为强分散、高保坍、低粘度与高适应性，具体表现在混凝土拌合物包裹性好、不分层、不离析、不泌水。

经过数十年发展，基于有机聚合物的化学外加剂发展较为成熟，已成为混凝土实现强分散的关键技术。梳型结构的聚羧酸超塑化剂大幅取代传统缩聚型(脂肪族、萘系、三聚氰胺类等)高效减水剂，成为混凝土工作性调控的核心材料。其聚合物主链富含带电官能团，可通过静电作用或Ca2+络合吸附于胶凝材料界面，附着的水溶性长侧链阻止颗粒相互靠近，削弱相互吸引的范德华相互作用，释放絮凝结构中的自由水，增强水泥基材料流动性。目前对于此种材料的构效关系(官能团种类、比例、链长度、拓扑结构)[2-4]及其作用机制研究较为全面，得到了全面发展，采用长侧链、强络合基团促进在水泥界面的吸附可以进一步提高聚合物分散能力，有效降低混凝土水胶比，超高性能混凝土(UHPC)的水胶比甚至可降低至0.18乃至0.15，混凝土强度可提高至150 MPa以上。

由于胶凝材料水化消耗自由水，导致混凝土流动性随着时间延长不断损失。此外，在水化历程中聚羧酸减水剂与早期水化产物(C3A，钙矾石[5])相互作用被不断消耗，导致混凝土的分散能力逐步降低，保坍性能降低。基于上述分析，控制吸附基团比例、降低其吸附速率，或者聚合物主链引入具有碱响应特性的酯型小分子[6-7]，逐步吸附于胶凝材料界面，补充水化历程中界面减水剂分子的消耗，可以有效解决水泥基材料流动性损失的问题。调节聚羧酸减水剂分子缓释官能团的释放速度与比例，可有效调节吸附过程，实现混凝土流动性长时间保持。目前上述技术已在实际工程应用，可以保障混凝土在常温施工条件下的流动性保持3～5 h基本无变化，在35 ℃高温条件下流动性保持不少于2 h(图1)。

图1 保坍型减水剂代表性结构[5]及其流动性保持性能[6]
Fig.1 Representative structure of slump retention type polycarboxylate plasticizer[5]and its fluidity retention performance[6]

C60以上高强混凝土配合比具有水胶比低与矿物掺合料用量较大的特征，导致新拌混凝土粘度大、泵送阻力高，通过设计聚羧酸减水剂聚合物结构可有效改善混凝土工作性。通过原位引发制备超支化聚合物[8]、基于马来酸酐-环氧丙烷嵌段聚醚聚合[9]等制备的梳型聚合物减水剂均具有良好的改善新拌高强混凝土粘度的特性。此外，向聚合物中引入具有强吸附特性的磷酸官能团，同样可以降低水泥基材料粘度[10]。上述方案协同混凝土配合比设计等技术，提升高强混凝土泵送性能，已在超高层建筑施工中得到广泛应用(图2)。

图2 超支化聚合物及其降粘特性[8]
Fig.2 Hyperbranched polymers and its viscosity-reducing properties[8]

近年来，由于砂石材料、矿物掺合料中可溶性硫酸盐、具有层状结构的黏土颗粒会使得减水剂有效吸附被大幅削弱[11]或大量消耗减水剂[12]，从而使得水泥基材料流动性降低。因此，发展具有高原材料适应性的聚合物超塑化剂及其应用技术也受到广泛关注。基于化学反应的界面附着可以促进减水剂在高盐浓度环境中的吸附[13]、引入特殊小官能团[14]、或对聚合物主侧链及其拓扑结构进行修饰[15]可以改善超塑化剂的黏土适应性，有效提高水泥基材料流动性。

1.2 混凝土裂缝控制

混凝土材料收缩变形是引起钢筋混凝土早期开裂的主要因素。在抗裂性评估及设计基础上，优选抗裂材料和技术，是控制混凝土裂缝的有效技术途径。

在混凝土材料抗裂性评估及设计方面，控制约束条件下收缩变形产生的拉应力不超过混凝土材料的抗拉强度，是控制裂缝的基本准则。与实验室单一因素、标准条件不同，实际工程结构混凝土的开裂受材料、环境变化和内部及外部约束的综合作用，混凝土的体积变形是其内部水化及温、湿度状态变化的反映。考虑上述过程湿、热、化学现象中两者或三者的交互作用，进而建立相关的数学模型，分析这种交互作用已成为当前研究的最新趋势(如文献[16-18])。

目前的标准或指南主要针对大体积混凝土，如我国的《大体积混凝土施工标准》[19]、日本混凝土协会的技术指南[20]、美国混凝土协会技术报告[21]等。近年来，国际材料与结构研究实验联合会(RILEM)专门成立了“大体积混凝土结构温度裂缝”相关的技术委员会，并于2018年发布了最新研究进展报告[22]，为大体积混凝土裂缝控制研究指明了方向。在混凝土裂缝控制技术方面，可以从材料、施工等多方面采取措施。尤其是在施工工艺控制方面，已经进行了大量深入而系统的研究，并且开发了有效的技术途径，譬如分仓、分层浇筑，在结构内部预埋冷却水管通过冷却水循环降温，或采取加冰，冷水喷淋等措施降低原材料(集料、水泥等)温度来控制入模温度等。这些方法在工程中已较为成熟的应用，对于温度收缩体现出较好的抑制效果，但尚不能完全解决现代混凝土的早期开裂难题。导致现代混凝土早期收缩开裂风险增加的主要因素之一是其自身原材料和配合比的改变，并由此而带来的早期水化放热速率明显增加，自收缩更为突出，以及早期收缩显著增大等。开发功能材料，从材料自身性能改善的角度抑制各种收缩变形也是解决现代混凝土收缩开裂的有效途径[2-3,23-24]。混凝土的收缩主要是由于内部孔隙负压增加，内部温度变化形成内外部温度差。混凝土收缩大体可分为以下几个阶段：凝结前的塑性收缩、硬化过程中的自收缩和温降收缩，以及长期暴露于环境中的干燥收缩。不同阶段收缩抑制的新材料如图3所示。在塑性阶段，水分蒸发抑制材料，在混凝土表面自组装形成单分子膜，可有效减少塑性收缩50%，同时基本不会对塑性阶段混凝土脆弱的表面造成负面影响。在硬化阶段，由于实际结构处于一定的散热条件之中，利用多羟基材料的缓释效应，在不改变放热总量条件下，可降低加速期水化速率50%以上，为降低混凝土的温升，进而降低温降收缩提供了新的技术思路；高吸水树脂(SAP)内养护技术是抑制自收缩的最有效技术途径之一，也是研究的前沿和热点，而实现SAP水分吸收和释放过程可控，并降低其对混凝土流动性和力学性能的负面影响，则是亟需解决的技术难题[25]。实际工程中，膨胀材料也是降低自收缩和温降收缩的常用措施，但膨胀材料的膨胀历程和混凝土收缩及温度历程不匹配问题较为突出。采用不同活性膨胀源多元复合，则是解决上述问题的有效途径。在干燥收缩抑制方面，常用的措施包括降低用水量、降低孔溶液的表面张力等。通过共聚物分子构效设计，实现混凝土低用水和低表面张力协同统一，是抑制干燥收缩合理、可行的技术途径。实际工程中，通过抗裂材料或技术的优选，可实现混凝土不同阶段多种收缩的定向、高效抑制。东南大学刘加平等采用量化计算开裂风险系数、针对性的控制混凝土施工控制参数、混凝土配合比优化等方法，已初步实现隧道、地铁、管廊等地下工程的钢筋混凝土裂缝控制。该技术推广应用到30多项工程，有效抑制贯穿性裂缝的产生。

图3 混凝土不同阶段收缩及抑制材料示意图
Fig.3 Concrete shrinkage and inhibiting materials at different ages

1.3 力学性能提升

随着新型结构的快速发展，大跨径桥梁、薄壁结构、抗爆结构和深水海洋平台等重大或特种工程对高与超高强度、超高韧性混凝土有迫切需求。良好的颗粒级配和致密的微观结构是混凝土高与超高强的关键来源，因此，减小孔隙率、优化孔结构、提高密实度是超高强混凝土制备的基本原理。围绕混凝土的最大堆积密度，目前已形成了诸如线性堆积密度模型、悬浮固体模型、可压缩堆积模型等[26-27]。基于上述最大堆积密度模型理论，矿物掺合料以及纳米材料等组分大量应用到混凝土中，促进了多组分复杂胶凝材料体系的水化动力学研究得到重视。

高韧性化已经成为改善混凝土材料及工程结构脆性的重要手段之一，而纤维增强是其核心。目前常规强度超高韧性的混凝土材料研究已相对成熟，如基于微观力学的性能驱动设计方法的超高韧性水泥基材料(Engineered cementitious materials,ECC)[28]，而如何实现混凝土超高强与超高韧的统一是当下研究热点。实现基体与纤维之间的高效协同机制，显著提升纤维的有效利用效率是技术突破的关键[29-31]，也是实现超高强混凝土高抗拉强度、拉伸塑性、高韧性和应变硬化、少严重缺陷的有效途径。高效协同作用机制的影响因素包括胶凝材料体系与强度、颗粒尺寸与分布以及纤维种类、强度、掺量、长径比和分布特征[32]。

近年来我国高铁、过江跨海隧道、大型桥梁等工程的规模化建设和装配式建筑的发展，极力推动了混凝土预制构件生产应用技术的进步。为提高混凝土预制构件的生产效率，通常采用蒸汽养护的方式以促进混凝土早期强度的快速发展。然而，蒸汽养护能耗达到生产总能耗的70%～80%，造成了极大的能源浪费，同时高温养护带来了预制构件脆性增大、孔结构疏松以及耐久性降低等问题。混凝土早强剂是提高混凝土早期强度的常用方法。传统的混凝土早强剂包括无机盐类及有机醇胺类，能在一定程度上提高混凝土早期强度。然而大多早强剂存在掺量高、影响流动性、混凝土后期强度降低等缺点，限制了其在混凝土预制构件中的大规模应用。近年来的研究发现，在水泥混凝土中加入具有促进水泥水化成核作用的纳米粒子，例如纳米碳酸钙、纳米二氧化硅等可以显著加速水泥水化进程，提高混凝土早期强度。其中纳米C-S-H促进水化作用最显著，Thomas、Owens等研究表明[33-34]，将人工合成的纳米尺度 C-S-H 晶核加入水泥浆体中，发现其能够显著加速水泥的早期水化。而且，水化加速的程度与纳米晶核的尺寸与有效比表面积相关，尺寸越小，其加速效果愈显著[35-36]。Plank等通过引入有机/无机杂化的概念，将聚羧酸减水剂作为分散剂，使C-S-H晶核在溶液中稳定分散，来降低纳米晶核的实际尺寸，从而提高纳米晶核对水泥水化过程的促进作用[37-39]。研究结果表明，有机无机杂化纳米C-S-H可以显著提高硅酸盐水泥混凝土的早期抗压/抗折强度[37,40]，同时对后期强度和耐久性不产生负面影响。目前纳米C-S-H早强功能材料已经在京雄城际铁路、建华管桩、中淳高科等重大工程和国内大型预制构件生产企业中得到了大规模应用，有效提高生产效率，并大幅降低生产能耗。

1.4 耐久性提升技术

近年来基础设施逐步扩展到西部盐湖与盐渍土、北方冻融与除冰盐、南部海洋高温、高盐与高湿的严酷环境，对钢筋混凝土的服役性能提出了更高的要求。其次，随着港珠澳大桥、深中通道两项国家重大工程的建设，其设计服役年限须达到120年的新要求，对现有混凝土耐久性保障与提升技术提出挑战。

钢筋混凝土耐久性设计是混凝土耐久性提升的首要工作。钢筋混凝土的耐久性设计应确保所建成的建筑结构在可预计的暴露环境类别与作用等级下，可以承受其设计使用年限中的不利环境影响，满足可维护性要求。就本质而言，耐久性设计涉及选择适当的材料组成、性能和结构构造的组合，从而确保结构的耐久性。耐久性设计与混凝土保护层的质量和厚度有关。混凝土保护层的质量不仅取决于混凝土的组成与配合比，而且取决于施工工艺，即振捣、养护、侵蚀性介质的早期渗透等因素。因此，混凝土的耐久性设计应考虑上述因素的波动性，然而传统的耐久性设计方法是确定性的，上述波动性在耐久性设计中并未得到体现。尽管如此，基于概率统计的耐久性设计方法已成为国际研究的主流方向，总体目标是构筑基于可靠性的耐久性设计方法，使钢筋混凝土结构耐久性达到可接受的失效概率。其中，由欧洲资助的DuraCrete项目建立了基于概率方法的钢筋混凝土耐久性设计框架[41]，并被进一步发展成为国际结构混凝土联合会(fib)的耐久性设计标准《fib Model Code for service life design》[42]和国际标准化组织(ISO)标准《Durability-Service life design of concrete structures》[43]。

围绕钢筋锈蚀延缓的混凝土耐久性提升关键目标，钢筋混凝土耐久性提升的主要思路包括如下三个方面：混凝土表层隔离介质侵入、混凝土基体抗介质侵蚀和提高钢筋耐腐蚀能力。作为降低混凝土表层隔离介质侵入的有效措施，表层防护材料由于具有高性价比与施工便捷性的特点，受到国际学术界与工业界的广泛关注。混凝土表层防护材料通过与外界环境的隔离作用限制侵蚀性介质进入混凝土，从而避免钢筋混凝土遭受腐蚀、破坏[44-47]。混凝土表层防护材料一般包括基层、防护层与面层三个部分，其中基层材料的性能尤为关键。一方面，基层材料需要承担整个防护材料对混凝土的粘结作用，对混凝土基面的粗糙度、润湿状态等表层处理要求较高；另一方面，实际工程中基层材料所面对的施工或服役环境十分严酷，其所涂覆的混凝土基面通常为潮湿甚至水下状态，从而导致混凝土表层防护材料脱粘、剥落的现象时有发生。因此，研究适于潮湿或水下混凝土基面的湿基面固化防护材料具有十分重要的意义[48-50]。

就提升混凝土基体抗介质侵蚀性能而言，传统技术包括降低水胶比、提高胶凝材料用量和使用矿物掺和料[51-54]。尽管如此，上述技术存在混凝土工作性不稳定[55]、开裂风险加剧[56]和早期强度偏低[57]等问题，因此寻求使用化学外加剂提升混凝土的抗介质渗透性能已成为国内外研究与应用热点。近年来的研究表明，纳米材料是一种可有效提升混凝土耐久性能的外加剂，主要借助于细化毛细孔结构、优化界面过渡区[58-59]的原理提升混凝土基体的微观结构密实度，有效提高混凝土抗介质渗透能力。然而，纳米粒子具有较大的比表面积和表面作用力[60]，故易产生团聚[61]并显著影响工作性[62]，最终导致在实际工程中应用受限。此外，金属皂类防水剂则是另一种用于提升混凝土抗介质渗透能力的外加剂[63]，通过金属皂分子在毛细孔壁上的沉积使混凝土产生疏水性，抑制水分以及侵蚀性离子在混凝土内的传输[64-65]，目前常用的金属皂分子为硬脂酸、油酸和棕榈酸的铝盐、镁盐和锌盐，然而此类物质水溶性较差，直接应用于混凝土时同样存在不易分散的难题。针对以上基体抗侵蚀外加剂存在的分散难共性问题，一种基于水化响应的纳米材料已被报道[66]：通过酯化反应制备了具有不同链长、水溶性、强分散的水化响应材料，该材料为有机酸酯聚合物体系。图4和图5对比了50%纳米二氧化硅分散液和50%水化响应纳米材料溶液的分散状态，水化响应纳米材料溶液则是一种天然的水溶性物质，可以与水任意比例互溶，因此在混凝土中具有良好的应用潜力。

就提高钢筋耐腐蚀能力而言，现有主要的钢筋耐蚀技术包括环氧涂层钢筋、电化学阴极保护与钢筋阻锈剂技术等。其中，环氧涂层钢筋存在自身微气孔缺陷难于完全消除，同时在工程现场运输、搬运、绑扎以及混凝土浇筑施工中难以完全防止环氧覆膜受到破坏，故发生局部腐蚀的风险较高[67-68]。电化学阴极保护技术虽然可有效抑制钢筋锈蚀，但存在可能诱发预应力钢筋的氢脆、降低钢筋与混凝土界面的结合强度等负面作用。此外，该项技术的安装和维护成本较高，制约了其广泛的工程应用。与上述两种技术相比，钢筋阻锈剂技术是有效防止或延缓混凝土中钢筋腐蚀的高性价比技术。该项技术研究最早始于20世纪60年代美国，近20年真正被人们接受并大量应用于工程。Berke等[69]的研究结果表明，钢筋周围氯离子渗入量达到1 kg/m3混凝土时，钢筋锈蚀足以导致混凝土开裂；如果混凝土内部含有足够量的阻锈剂，钢筋腐蚀的临界氯离子浓度可达到9.5 kg/m3。因此，在钢筋混凝土中加入阻锈剂以延长使用寿命被美国混凝土学会确认为钢筋防护的有效措施之一[70]。早期的阻锈剂主要为亚硝酸盐，在工程上有较长的应用历史，但存在对人体致癌、用量不足时导致局部腐蚀[71]等缺点。近年来，研究的重点集中于有机阻锈剂的开发，此类分子中含有O,N,S 等杂原子[72-73]、多重键或芳环[74]，具体机理虽不明确，但普遍的观点认为这些官能团与铁存在较强的相互作用，使有机分子吸附于钢筋表面起到隔离氯离子等有害介质的作用，从而减缓了锈蚀速率。目前有机阻锈剂的发展方向为阻锈高效性、长效性和环保化，尽管对新型分子结构的探索不断进步，但工程中应用较多的仍以复合氨基醇为主。

图4 50%纳米二氧化硅分散液
Fig.4 50% nano-silica dispersion

图5 50%水化响应纳米材料
Fig.5 50% hydration-responsive nanomaterials

2 混凝土技术发展趋势

2.1 机制砂高性能化学外加剂

近年来，基于机械工艺生产的“机制砂”(指经除土处理，由机械破碎、筛分制成的粒径小于4.75 mm的岩石颗粒)用量逐步增加，其占砂石使用总量比例已超过50%。相比于天然砂，机制砂原料充足，城市建筑废料和矿山尾矿也可开发成机制砂原料，其应用已成为现代混凝土未来发展的主要趋势。然而，机制砂级配不良，粒形不规整，石粉含量波动较大(往往含量较高)，其中的黏土含量同样存在波动，导致混凝土粘度更大、流动性损失快，减水剂掺量高，在高流动性混凝土中易发生离析泌水，施工性较差。此外，对于不同矿物组成的机制砂，聚合物超塑化剂的吸附特性不同，导致其适应性不佳，减水剂用量随机制砂品种波动较大，对应用造成了较大困难。如何科学的生产、使用机制砂，发展适用于不同品质、组成等特性的机制砂高性能化学外加剂，有效调控机制砂混凝土流动性，使其满足高流态、高强和高耐久的现代混凝土发展需求是未来一段时间需要关注的重点。

2.2 混凝土非荷载开裂风险评估与全过程分阶段技术

现有的抗裂性设计主要针对大体积混凝土，裂缝控制则以温控为准，未来亟需针对结构和环境的复杂性，形成由混凝土收缩引起的非荷载裂缝设计方法，并结合已有的混凝土结构设计规范和相关研究成果，在抗裂性评估及设计过程中兼顾考虑荷载的影响，根据工程需求控制收缩和荷载引起的开裂。需要指出的是，虽然在理论研究方面，开展了大量的收缩机理和模型研究，但现有的标准或指南中计算模型仍以经验拟合模型为主。因此，如何将最新的理论研究成果和工程应用有机结合，是抗裂性评估及设计方法制定过程中需要重点讨论的议题。在裂缝控制技术方面，需在设计方法指导下，优选抗裂功能材料和施工工艺参数，匹配混凝土收缩的类型、时间段及大小，全过程控制开裂风险系数小于阈值，形成典型的结构和工况的裂缝控制成套技术体系。此外，针对一些新材料(如新型胶凝材料体系)，极端严酷环境(如极端干燥、高温、大温差等)，以及一些特殊结构(超高、超大、超深等)进一步开展相关机理及抗裂性能研究，不断完善模型、丰富技术途径，提升混凝土的抗裂能力。

2.3 常规原材料、常规工艺的超高性能混凝土制备技术

以高流动性、超高强度、超高韧性、高耐久为显著特征的混凝土称作为超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete，UHPC)。UHPC实现了混凝土材料性能的大跨越，成为了推动结构体系创新与发展的有效载体，被认为是过去三十年最具创新性的水泥基工程材料。传统UHPC的制备工艺较为复杂，需要高温甚至高压成型与养护，苛刻的工艺和较高的成本限制了UHPC在实际工程中的应用。

研究表明调控UHPC的微观结构形成，对于分析、掌握产物的结构本质及最终的宏观性能极其关键。通过研发选择性吸附聚合物和高活性矿物掺合料，减少自由水，避免骨料周围宏观缺陷，促进高与超高密C-S-H凝胶在界面区大量生成，强化基体-骨料界面过渡区，可突破超高性能混凝土无法掺加粗骨料的技术难题；同时从最小空隙率和孔隙率角度设计密实高强骨架，可实现混凝土早、中、后期强度持续稳定增长，可突破国际上使用蒸汽养护制备通用技术，可提升抗压强度50%。同时，通过研发链棒状聚合物和微细钢纤维，改善基体和纤维界面过渡区，提高化学胶结力和机械咬合力，可实现超高性能混凝土拉伸强度大于10 MPa，极限拉伸应变大于5000 με。

2.4 混凝土材料与结构耐久性一体化设计及等效加速评价方法

在耐久性设计规范方面，当前我国规范主要是以规定性为主，明确了耐久性设计所涉及的方法，材料，工艺和步骤等因素及控制指标，例如胶凝材料用量，水胶比，抗压强度，含气量等的限值，通过上述耐久性控制指标确保耐久性设计得以实现。因此，设计与施工单位对耐久性设计多严格执行现有耐久性设计规范，针对特殊环境、超标环境及个性化要求的耐久性设计创新较少。此外，钢筋混凝土耐久性设计时，未将实际结构承受荷载作用条件下混凝土材料性能、结构构造参数与服役寿命挂钩，忽视了混凝土结构与材料的交互作用。因此，未来耐久性设计规范应进一步实现与新材料、寿命预测新模型、模型计算新方法等的对接，逐步建立基于材料与结构一体化的耐久性设计标准。

在耐久性提升技术的评价方面，应重点解决面向设计使用年限的耐久性提升技术加速评价方法。现有实验室模拟评价方法为人工加速手段，不能真正模拟实际工程中多因素环境耦合的劣化条件，故导致实际工程中耐久性提升技术往往较早、较快地出现破坏与失效，与实验室模拟结果难以吻合。因此，应针对实际混凝土工程的服役环境与设计寿命需求，建立实验室人工加速老化结果和实际户外暴露结果的相关性，完善耐久性提升技术的评价方法。

2.5 多功能混凝土

改变传统混凝土的组成或添加特殊功能型组分，利用传统或特殊工艺可以制备出具有特殊功能(譬如：超疏水、透水、自修复、自催化等)的混凝土是未来发展方向。超疏水改性混凝土在提升混凝土抗冻性、抗离子侵蚀性能以及自清洁方面效果突出，已探明固体表面疏水性能取决于微观结构和表面自由能，目前已制备出低表面能、可形成微纳米结构并与混凝土紧密连接的超疏水材料，未来将聚焦在提高超疏水材料的粘结强度、耐久性和环境适应性。透水混凝土因其多孔隙特征能够过滤净化、存蓄滞留雨水，是我国“海绵城市”建设过程的重要材料之一，目前已探明胶材用量、水胶比、增强剂、骨料粒径与压碎值等对透水混凝土粘聚性、工作性、透水性能及强度的影响，未来将聚焦在透水混凝土的可预拌化，以节约资源、能源、提升建设效率和施工质量。自修复混凝土在普通混凝土拌合时添加特定矿物掺合料、含有胶黏剂的微胶囊或微生物等组分，在混凝土开裂部位进行自感知、自修复，最终提高混凝土的安全性和耐久性，下一步工作将集中探讨微胶囊尺寸大小、掺量优化的理论依据以及微生物的适应性问题。自催化混凝土利用光催化反应，缓解城市气候环境污染带来的生存问题或改善高速公路及城市道路对自然环境的污染，未来将聚焦于提高光催化剂在水泥基材料中利用率、光催化效果与耐久性方面。

2.6 混凝土材料再生循环利用

将废弃混凝土回收再利用制备新混凝土，可以减少天然集料的开采与消耗，解决大量废弃混凝土污染生态环境的难题。现有研究已聚焦再生混凝土的骨料特性与处理工艺、工作与力学性能、耐久性能，并在理论研究与初步应用方面取得了重要进展，已从理论研究向推广应用发展。然而，当前再生混凝土的研究大部分还是停留在材料层次，缺少大量结构性能的研究，未来须关注再生混凝土结构构件的承载能力与结构耐久性研究。

3 结 语

(1)长期的服役已验证混凝土是一种技术经济性突出的基础性材料，已成为土木工程大量使用的主体建筑材料。继钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土与纤维混凝土技术之后，混凝土基体微结构调控与性能提升将是未来混凝土技术第四次飞跃的主要驱动力。

(2) 混凝土微结构调控重点在于探明适于服役环境、设计年限与目标性能要求的微结构参数，通过组成优化实现对混凝土工作性能、力学性能、裂缝控制与耐久性的提升。现阶段混凝土工作性调控技术主要包括强分散、高保坍、低粘度与高适应性四个方面，而发展适用于机制砂高性能化学外加剂则是未来一段时间需要关注的重点。在收缩变形方面，目前混凝土非荷载裂缝的抗裂性评估及设计主要聚焦于应力准则，已形成混凝土不同阶段多种收缩的定向、高效抑制技术，未来在抗裂性评估及设计过程中兼顾考虑荷载的影响，根据工程需求控制收缩和荷载引起的开裂，形成典型的结构和工况的裂缝控制成套技术体系。

(3)减小孔隙率、优化孔结构、提高密实度是当前实现混凝土高与超高强的主要技术，纤维增强则是混凝土超高韧的核心技术，基于纳米材料的早强技术已在预制构件中得到应用。未来如何实现混凝土超高强与超高韧的统一，同时以常规原材料、常规工艺实现超高性能混凝土的制备则是亟需重点研发的核心技术。

(4)基于概率统计方法的耐久性设计方法已成为国际研究的主流方向，表层隔离介质侵入、混凝土基体抗介质侵蚀和提高钢筋耐腐蚀能力则是现阶段混凝土耐久性提升的主要技术方向，未来应重点开展混凝土材料与结构耐久性一体化设计及等效加速评价方法的研究。