化学与矿物外加剂对耐久混凝土的必需性及发展趋势

材料是高新技术发展和现代文明的物质基础之一。材料学科一直是科学前沿最活跃的学科之一。工程材料是构筑土木工程结构的基本单元,又是用量最大、用途最广的基本材料,其性能及其工艺的发展与变革往往是导致工程结构及其施工技术发展与变革的决定性因素。近20年来,工程材料学科的发展迅猛。传统大宗材料的发展与变革、高技术新材料的不断发明和应用、对重大工程结构耐久性要求的不断提高、对能源和资源的节约以及环境保护的日益重视,极大地促进了工程材料技术的发展,也极大地促进了现代工程结构日新月异的飞速发展。为现代社会的高度物质文明和可持续发展奠定了基础。同时,现代高新技术的发展以及全球资源与环境的压力对材料科学提出了严峻的挑战。利用高技术改造传统材料与工艺;开发符合资源、环境、生态要求的绿色材料;研究高性能、多功能、超耐久、低能耗、节省资源的材料;大量利用工业废料以及无毒、无污染、可降解、可再生利用的环境友好材料等,是工程材料科学与技术的必然发展趋势。

(1)环境因素与混凝土耐久性。国外在混凝土耐久性研究思路上强调全方位综合解决耐久性问题,尤其在设计阶段以及混凝土生产与施工的所有工序都必须精心考虑耐久性问题并采取正确措施。在技术途径上突出应用现代高新技术,化学外加剂和矿物外加剂已成为耐久混凝土的必需组分。此外,强调材料、结构、施工、管理、环境与生态多学科交叉渗透,多因素综合协调,符合可持续发展战略要求。国内在混凝土耐久性研究方面能基本跟踪国外总体发展趋势,但耐久性问题在我国尚未得到很好解决,主要表现在设计与施工、研究与应用脱节现象较严重,可持续发展的战略思想还未得到较好贯彻。在该领域研究的热点和难点方面,国内外情况总体相似,但在某些方面或某个方面研究的广度和深度上存在差异,国内需加强混凝土耐久性与可持续发展的关系研究、再生循环混凝土的研究、混凝土裂缝与耐久性研究、多种环境因素复合侵蚀与耐久性、混凝土与钢筋混凝土耐久性的定量评估和预测研究、耐久性研究成果的规范化等。

(2)混凝土外加剂与高性能混凝土。在化学外加剂方面,采用改性与多组分复合技术改造第1代、第2代外加剂;应用分子设计技术,研发第3代高性能外加剂,是国内外发展的共同趋势,但在发展进程上国内较世界先进水平滞后约10年。国内需加强化学外加剂的自主创新研究,加快第3代高性能减水剂研究和应用进程,改进工艺条件,注重规模化生产,提高产品质量及其稳定性。在矿物外加剂方面,各类工业废渣的安全与高效利用,是国内外共同关注的热点,但国内在工业废渣利用的观念上较为保守,利用率偏低。需加强资源与环保观念,强化大掺量矿物外加剂(包括工业和城市废渣)混凝土技术研究。在高性能混凝土方面,国内外的技术途径和发展趋势基本一致,但国内对高性能混凝土含义的理解相对于国外而言还不够宽泛,注重提高其性能的多,注重其社会与环保责任的少,其“绿色”含量显得不足。需强化和坚持高性能混凝土的可持续发展观。

(3)高分子材料新进展及其在水利工程中的应用。国外高分子合成材料总的发展趋势是注重高性能、低成本、大力发展环境友好材料。国内高分子合成材料的发展水平与世界先进水平相比落后20年左右,主要不足和问题是,急功近利,目光短浅,片面追求低成本高收益,忽视资源与环境保护,具有自主知识产权的新品开发薄弱,市场不够规范等。国内需大力研发具有自主知识产权的原创性技术,同时需大力发展高性能、多功能和环境友好型的高分子材料,加强学科交叉,研究适合不同领域应用的功能性高分子新材料。(www.xing528.com)

(4)水工结构修补与加固材料及其理论。国外在该领域除常规的修补材料(包括新材料)与应用技术不断发展,尤其是修补设备与工艺技术发展较快外,近20年来重要进展主要有新型纤维增强加固修复新材料和修补技术及其建筑物损伤力学理论新概念。目前,建筑物的鉴定、加固、修补、改造在欧美已形成一个独立产业。我国在该领域的研究和应用还处于分散和落后的状态,水下修补技术尤其是设备与工艺水平低下;新型纤维增强加固修复新材料研究与制备方面滞后,基础理论研究欠缺,材料品种和质量有待开发和提高,工程应用范围和规模有限;建筑物损伤力学理论研究还处于起步阶段。国内急需强化上述方面的研究与应用,以尽快缩短与世界先进水平的差距。

(5)水环境与水生态工程材料。国外对环境生态材料领域的研究始于20世纪90年代初,是人类在对材料科学发展的合理性和科学性进行反思后,将地球生态环境问题引入材料科学的结晶。水环境与水生态工程材料是工程材料学科可持续发展的重要方向之一,目前的主要体现形式为水环境废渣的综合利用和生态环境友好型混凝土技术。国内近年来已开始重视该领域的开发研究工作,仅处于起步阶段,应尽快加大环境与生态工程材料的投入和研发力度。