浅析国内外钢筋混凝土的发展现状 修改.docx
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浅析国内外钢筋混凝土的发展现状修改
浅析国内外钢筋混凝土的发展现状
摘要：
19世纪中叶，钢筋混凝土开始被逐渐的采用，到目前为止，也不过经历了一百多年而已。
但是，钢筋混凝土的发展极为迅猛，并且已经成为现代的工程结构中使用最为广泛和大量的材料。
钢筋混凝土由钢筋和混凝土两种材料共同组成，并且，在使用过程中，钢筋和混凝土两者也是共同受力。
虽然钢筋混凝土的出现到今天只是短短一百年，但是钢筋混凝土结构在材料制造、计算理论以及施工技术等方面都已经得到飞速的发展，并且还将继续快速发展下去。
在很多建筑中，钢筋混凝土都充当主要的受力材料。
关键词：
钢筋混凝土国内外发展
一、钢筋混凝土的结构的发展历史简介
在我国，第一包水泥下线的时间是1876年，之后才逐渐有建筑开始采取钢筋混凝土结构。
早在2002年我国混凝土的年产量就达到了15亿立方米，而建筑用钢材的产量也达到了0.3亿吨，无论是我国混凝土总产量还是建筑用钢材的产量，在世界中都已经位列第一了。
例如已经建成使用的上海金茂大厦，低下3层，地上88层，建筑高度为420.5米；还有采用预应力混凝土结构的上海电视塔，其塔高为468米，主体结构为350米；再加上全长为7658米，主桥跨径为602米的采用双塔双索面钢筋混凝土和钢叠合斜拉桥结构的上海杨浦大桥；以及全长125米、墩墙高44米、号称全世界最大的预应力混凝土坞式结构的三峡升船机上闸首。
这些都是钢筋混凝土结构的代表性产品。
短暂的一百多年中，钢筋混凝土在材料制造、计算理论和施工技术方面的发展都相当迅猛，并且还在继续的快速发展中。
二、混凝土行业的现状
中国混凝土行业的发展阶段分析
在中国，混凝土发展与中国的经济发展关系密切，大致上分为三个阶段：
萌芽阶段：
这个阶段是1949-1978，这个阶段之所以会开始逐渐发展，主要是因为建国初期，我国制定的是以重工业为主导地位的计划经济时代。
只不过1949年整个年度全国的国内生产总值也不过466亿元，太过薄弱的经济实力导致国家对于基础建设的投资较少，所以对混凝土行业基本产生不了拉动作用，而且，那时候的混凝土还仅限于企业内部使用，并未完全的进入社会，所以也不算是商品。
徘徊阶段：
这个阶段是在1979-1990，这个时间段恰好是计划经济在想市场经济的转型期，并且重工业为主的方针也在逐渐转换为轻工业为主。
虽然此时混凝土已经开始作为商品进入市场开始销售了，但是此时依然是基建投资较少，拉动力不够，所以在这个阶段，混凝土行业仍然没有多大的发展。
高速发展阶段：
1991-2014左右是混凝土市场高速发展的阶段。
由于宏观经济的飞速发展，所以中国的工业格局由原本的追求重工业和轻工业转变为现在的追求节约资源和环保。
由于“四万亿”投资的刺激，以及混凝土方面关于组技术的发展和应用。
所以混凝土行业得到了飞速的成长。
并且由原本的粗犷型转变为服务型。
国内的水泥生产厂商也在不断增加和扩张。
成熟阶段：
目前我国尚未进入成熟阶段，当中国成为中等发达国家后，由于宏观经济环境的影响，国内混凝土企业将会大范围的兼并整合，那时候，混凝土行业将会步入稳定期。
三、外钢筋混凝土在材料、结构、计算理论、耐久性以及试验技术上对比分析
3.1材料方面
3.1.1钢筋混凝土主要材料是混凝土和钢筋。
其中对于混凝土而言，国内外的发展方向都是相同的，都是在向着更高强度、更轻质量、更耐久、更抗震、更抗爆和更抗冲磨等方面发展。
目前，国内外都在开发高性能混凝土，高性能混凝土也是近年来混凝土材料发展的一个重要的方向。
高性能混凝土的特点是高强度、高耐久性以及高流动性等。
混凝土强度的大小决定了建筑层次的高低以及大跨度结构是否可以稳定的重要前提，而借助高性能混凝土则可以做到让截面尺寸更小、自重更轻等效果，在保证了建筑的强度的同时，也节约了建筑材料的使用，从而可以获得更大的经济效益。
在高性能混凝土方面，我国领先国外一步，目前我国忆江南个成功生产出C100的混凝土，并且预计在不久的将来，我国将会有抗压能力达到400MPa的混凝土被研制出来。
在我国，经常使用用来提高混凝土的强度的方法有很多，比如借助高效减水剂的功效，利用优质掺合料与优质的水泥和骨料相混合，其中磨细粉煤灰、硅灰以及抄袭矿渣和天然的沸石等，都可以充作优质的掺合料，高效减水剂可以明显降低混凝土中的水灰比，从而提高了混凝土的强度；我国的中国建筑材料科学研究院利用编号为525、625以及725的硫氯酸盐水泥、铁铝酸盐水泥以及与之对应的外加制剂来调配高强度混凝土；此外，我国的重庆建筑大学还在前苏联研究成果的基础上再度创新，通过矿渣、碱组成分来制备高强度的矿渣混凝土。
高强度混凝土极度抗压，在物理力学上具有优秀的抗压性，但是无论是国内还是国外制备的混凝土，其延展性都很差，这也是钢筋在建筑材料中所占比例非常大的原因。
将适量的钢纤维与高强度的混凝土适当比例搭配，可形成纤维增强的高强度混凝土，从而所制备的混凝土在抗拉、抗弯等方面的性能都得到大幅提高，延展性、抗疲劳以及抗冲击能力也都大大被增强。
此外，在利用高强度混凝土制备土柱的情况下，国内外都习惯使用X形配筋、或者钢管来增强高强度混凝土的延展性以及抗震性。
3.1.2轻集料
轻集料分为天然轻集料、工业废料以及人造轻集料等。
其中，人造轻集料的重要成分是诸多陶粒和轻砂等，所制备成的轻集料混凝土相等体积下重量更轻、强度更高而且在保温和抗冻的方面都更表现更加优秀。
而采用工业废料来制备轻集料，则优势主要体现在成本低廉、变废为宝，既能减少废料堆积所占用的土地面积，也可以降低废料对于土地及周边环境的污染，此外还可以增加GDP。
3.1.3纤维增强混凝土
由于延展性差是所有混凝土都存在的问题，所以无论是国内还是国外都在尝试来解决这个问题，其中，关于掺杂纤维以提高混凝土延展性的做法发展较为迅速。
目前，耐碱玻璃纤维、聚丙烯纤维、钢纤维以及尼龙合成纤维在混凝土方面的使用都较为广泛。
掺杂以上四种纤维的混凝土中，要数钢纤维的混凝土在承重方面最为出色。
其中，碳素钢纤维主要应用在普通的建筑工程中，而不锈钢纤维则是主要应用于各耐火材料。
许多工程都需要用到钢纤维混凝土，例如用来制造三维复杂的应力部位零件；地下人防工程、泵站以及地下室的防水等，都效果显著。
例如在建设桥梁时，使用钢纤维可显著提高混凝土拱桥受拉区的强度，从而降低了拱桥的高度，重量也随之减轻，同时，维修期也显著延长。
我国对于钢纤维混凝土的使用较为频繁，例如世界闻名的中国三峡大坝，其桥面以及拱肋都使用了钢纤维混凝土，取得了显著的效果；此外，钢纤维混凝土在处理水利建筑时候，用来解决高速水流冲刷、腐蚀部位也是非常有效。
正因为钢纤维混凝土效果显著，所以我国的工程建标准化协会早在1992年就颁布了一项文件，叫做“钢纤维混凝土结构的设计和施工规程”，该文件对于我国推广使用钢纤维混凝土起到重要作用。
钢纤维混凝土技术一般规定钢纤维占总混凝土的比例为0.6%-2%，如果超过该比例，则在搅拌混凝土过程中所掺杂的钢纤维容易互相缠绕成球。
不过国外对此的解决方法是通过模具将钢纤维与水泥混合，其中钢纤维的比例达到了5%-27%，这种方式被叫做SIFCON，与我国推广的这种低钢纤维比例的混凝土相比，SIFCON可承受100-200MPa之间的拉力，如此一来，混凝土的延展性以及抗拉抗弯性也都得到了很大的提高。
与钢纤维混乱排布的我国常用钢纤维混凝土和国外的SIFCON相比，国外新兴的SIMCON只是在SFICON的基础上稍作改动，将原本混乱分布的钢纤维更换为排列整齐的钢纤维网，一般的SIMCON中钢纤维所占比例为4%-6%，但是根据实验可以发现，同体积下，SIMCON可以做到与SIFCON相同的强度与延展性，从而可以比同等效果下的SIFCON少使用材料和降低造价。
不过SIMCON的缺点是对于钢纤维的使用量较大，一次性投入较高，而且需要特殊的工艺，所以无论是在国内或者国外，SIMCON都未能广泛投入使用，仅仅局限于使用在部分特殊的部件上。
虽然SIMCON效果很好，但是造价太高，而使用钢丝网来替代钢纤维网则可以保证适度牺牲延展性的前提下，大大降低造价，使得钢丝网混凝土得到大范围的推广。
使用混凝土制备薄壁结构，如果中间铺设钢丝网，则所制备的结构的抗裂能力和变性能力会得到显著的提高。
所以，在国内外的水利工程以及造船中都大量使用钢丝网混凝土，以求结构可以更加坚固和具有韧性。
3.1.4碾压混凝土
碾压混凝土是一种新研究出来的混凝土，在国外的发展较为迅速，比较适用于如水利大坝、工厂的地面以及机场跑道等需要较大面积混凝土结构的场所。
碾压混凝土与普通的混凝土区别不仅仅是在是否适用于大面积场地上，碾压混凝土所使用的各种浇筑工具与普通混凝土相比也是完全不同的。
其中，在平整方面，是借助推土机来实现，利用碾压机来做到振实，与普通混凝土浇筑相比，碾压混凝土的机械化程度大大提高，此外整个施工时间也变为普通混凝土施工时间的三分之二到二分之一，好用的水量仅为普通混凝土的80%，对水泥的消耗量也减少到普通混凝土的40%-70%。
虽然碾压混凝土是国外首先开始研究并且在国外的使用范围更加广泛，但是我国目前正在着重对碾压混凝土的层间抗剪性能进行研究，碾压混凝土的层间抗剪性能的好坏直接关系着在水利建筑中是否能够修建足够坚固的高坝。
目前，国内外的研究机构都在尝试对碾压混凝土中添加钢纤维，制备成钢纤维碾压混凝土，但是关于此种混凝土的各项指标参数以及其优缺点都仍然在探索研究中。
3.1.5特种混凝土
顾名思义，特种混凝土一般使用的环境都是在特种环境下。
例如，使用较为广泛的特种混凝土为免振自密实的流态混凝土以及泵送混凝土，此外，通过将砂浆注入预先做好的骨料中形成的压浆混凝土，利用膨胀剂或者特种的膨胀水泥制备而成的膨胀混凝土以及聚合物混凝土等都是特种混凝土，并且在日常的社会运转中也都起到不可或缺的作用。
3.2配筋方面
对于钢筋混凝土而言，其配筋材料一定主要是钢筋。
但是在国际上，对于利用树脂制备而成的纤维筋作为混凝土以及预应力混凝土结构的非金属配筋的研究更多一些。
在非金属配筋中，国外对于碳纤维、芳纶纤维以及玻璃纤维的研究更多一些。
根据国外的研究可以得知，碳纤维以及芳纶和玻璃纤维制备的配筋，其强度都很高，但是玻璃纤维在抗碱化方面表现较差。
对于适用范围最广的配筋——钢筋而言，国内外一般都会采用焊接方式将双钢筋焊接为梯格状，因为这样可以减少所形成的裂缝宽度以及构件所产生的形变。
毕竟我国的铁矿石主要依靠进口，所以在节约钢材这方面，国内的做法是提倡使用两种钢材，一种是冷轧带肋钢筋，另外的一种是冷轧变形钢筋，之所以我国一直在推广这两种钢材，其主要原因是这两种钢材极限抗拉强度要远远高于生产这两种刚才的母材料I级钢筋，经过冷轧处理后，其表面与混凝土之间也更加容易粘合，此外，由于两种冷轧钢材的直径都较小，所以比较适合用来作为板式构件中的受力钢筋或者大梁，或者用来作为柱状构件表面的箍筋，也可以作为预应力筋。
由于其由I级母钢材冷轧而来，并且极限抗拉强度又高于I级母钢材，所以在同样的拉力强度下，达到特定程度所使用的母钢材数量要远远多于使用这两种冷轧钢材，所以可以做到节约钢材用量，间接地增加了经济收益。
由于国家在对这两种钢材大力推广，所以也早早就为之制定好了相关的规定章程。
通过采用双筋或者三筋的办法，可以将这种冷轧钢材在梁、柱等构件上使用的，但是前提是要对锚固长度进行适当的增加。
因为不同的环境下都需要混凝土来发挥作用，所以配筋也就必须能够有很多种来分别适应不同的环境，比如在腐蚀性很强的环境中，钢筋收到腐蚀，则其结构的耐久性会严重下降。
所以，如何处理钢筋的防腐蚀问题，就显得尤为重要了。
在我国，一般会采用不锈钢来解决钢筋被腐蚀的问题，但是这种方法所付出的代价太昂贵，不适宜大面积使用；而在国外，一般采用使用环氧树脂涂覆钢筋的表面，使之形成一层隔绝往期的防锈保护层，从而阻止钢筋的生锈，这种方法在美国和日本尤为常见。
其主要的原因是这种方式所需要的成本很低，可以实现大量的生产和使用。
关于使用环氧树脂涂覆钢筋的方法是首先要将钢筋在工厂中加热然后喷涂环氧树脂粉末，待其粉末溶化后形成防锈保护膜，然后冷却，防锈的钢筋就制备好了，可以在对于钢筋的防锈能力要求很高的工程中使用了，经过此处理的钢筋结构，其结构的耐久性也会大大提高。
四、混凝土的相关研究
4.1钢制材料和混凝土的组合
近几年来，钢制材料与混凝土的组合结构同时受到国内外专家和施工单位的青睐。
经常在工程中使用的钢制材料和混凝土组合结构有：
1.用于地下结构以及混凝土结构的钢板混凝土；2.用于制备楼板的压型钢板混凝土；3.用于桥梁或者楼顶的型钢和混凝土的组合梁柱；4.用于制备受压构件等而在钢管中注入混凝土形成钢管混凝土等构件等。
其中，钢制材料与混凝土制备的组合梁柱中，选择从折线方向切开工字型钢腹板，进而焊接为蜂窝状梁柱，其好处是强度更大，更抗弯，而且内部有管道，可以允许线路通过，在电厂等工厂中较为实用也很受青睐。
在对于预弯型钢所制备的预应力梁的研究方面，我国和比利时以及日本等国都投入了大量的资金和时间。
关于预弯型钢的预应力梁的制备方法是：
在加载状态下将预制的有拱度的工字型钢梁在下翼缘浇筑上混凝土，在混凝土的硬度达到一定程度后开始卸去混凝土，使得下翼缘处的混凝土预压，然后将其运到现场来吊装，进行铺设预制梁板，此时再浇筑上上部的混凝土，成为整体的装备构件。
由于之前的预应力处理，所以，在承受荷载时候，下翼缘所受到的外加拉应力会与预先加上去的压应力相抵消，此结构与预应力混凝土迭合结构类似，但是制备过程中不需要锚具和必备的张拉设备，所使用的施工要求较低，可以批量制备。
在国外，借助此方法来修建高层房屋以及桥梁，最长跨度达到了60米，在国内诸多地方的桥梁建设也都使用了该技术。
钢制材料与混凝土所制备的构建中网架结构也是一个很好的结构。
其主要的制备方法是，借助钢筋混凝土上弦板来代替钢上弦，而原本的钢上弦的节点使用组合节点来代替，从而获得一种上部是钢筋混凝土结构，下部是钢板结构的组合网架结构。
这种结构的特点是完全使用钢构件来替代原本混凝土构建中靠下部分所需承受的拉伸力，从而让混凝土耐压、钢材耐拉伸的特点发挥得淋漓尽致，而且网架整体具有较大的横向强度和纵向强度，所以在抗震方面也表现的很好。
而且，这种网架结构对于钢材的使用也较为节约，在保证同跨度下，钢-混凝土网架所需要的钢材数量只是纯钢网架所需要的钢材数量的75%-85%。
4.2预应力混凝土结构
预应力混凝土结构在我国发展较为速度，其中占主要地位的无粘结部分预应力混凝土结构。
无粘结预应力技术之所以备受推崇，主要是因为其将原本传统施工流程中必不可少的后预应力混凝土中所需要的预埋管道、穿索、压浆工艺等，从而做到节省施工设备和简化了施工工艺，同时也缩短了施工时间，降低了造价，整体的效益得到提高。
对于预应力混凝土结构，我国早在70年代就开始投入使用，目前，在公路和桥梁中使用较为广泛。
上海的成都路高架桥的工程中，使用了一种被叫做“缓粘结“的预应力混凝土张拉新技术，这种技术与之前的无粘结预应力筋差不多，但是预应力筋周围包裹的是缓凝砂浆，砂浆在钢筋拉伸时候没有年结的效果，所以钢筋的拉伸不受影响，但是当钢筋受力稳定、长度不在延长后，砂浆开始缓慢的粘结硬化，与预应力筋紧密粘合。
所以，在使用这种叫做”缓粘结”的工艺时候，就可以明显的分辨出，当钢筋还处于拉伸阶段时候，砂浆与钢筋是没有粘合的，；直到拉伸稳定后，才开始有粘合，所以我国对于这个特殊的工艺仍然在继续的研究开发，以求可以研究出更好的处理办法。
在我国的重庆交通学院，还就预应力混凝土结构在借鉴之前的预弯型钢预应力梁的经验后，发展出来后来的”横张预应力混凝土梁”，该技术主要是以混凝土梁底来作为反力承压面，然后钢筋纵向受力拉伸，混凝土梁受到所需的预应力。
这种横张方法，也是代替了常规的复杂的纵向张拉钢筋的方法，而且同样是无需锚具，工艺简单，可以批量制备。
五、混凝土的耐久性
自从混凝土被研制出来开始，国内外就没有停止过研究如何增强混凝土的耐久性，尤其是在沿海城市，咸湿的海洋环境对于混凝土中配筋，尤其是钢筋的腐蚀相当的严重，正是由于腐蚀的存在，所以很容易让钢筋混凝土早早的就损坏了。
在针对腐蚀的试验中，无论是与西安还是持续加载，其对钢筋的腐蚀效果类似。
但是，在暴露条件都一样的时候，荷载更多的一方所发生腐蚀的时间要比荷载小的一方发生腐蚀的时间少了很多。
由此可以得知，当钢筋混凝土的荷载较多时候，更加的容易发生腐蚀，国内外研究人员对此的解释是由于加载期间混凝土产生了裂缝，所以水以及氯离子等容易腐蚀钢筋的物质就通过裂缝接触到了钢筋，从而加速了钢筋的腐蚀速度。
虽然试验中加载的多少比加载的时间长短对于腐蚀的影响更为明显，但是，在腐蚀的开始阶段，两者之间对于钢筋的腐蚀速度是没有什么区别的，只是过了一段时间后，腐蚀的状况才变得比较明显起来。
其主要原因是，在腐蚀开始的时候，钢筋混凝土因为荷载所产生的裂纹较小，所以容易自己闭合或者被腐蚀产物所填充，只有缝隙较大的地方才会被持续的腐蚀，所以在预先加载不同，荷载时长又不同的情况下，大部分混凝土裂缝在整个腐蚀过程中逐渐变大，从而加速了腐蚀的速度。
这也是为何同样的荷载下，持续的加载所产生的腐蚀效果要明显于预先加载所产生的腐蚀。
国内外对于混凝土腐蚀问题研究出来不少解决方案，比如选用特制的水泥——使用高炉矿渣数你以及优质陶粒骨料和高效的减水剂，再配上优质的诸如硅灰之类的掺合料来达到减缓腐蚀的功效，该种防腐蚀方法主要是注意选择低碱水泥和不与碱反应的特殊骨料；再就是在制备钢筋混凝土时候所使用的钢筋上喷有环氧树脂等防腐涂层，该种方法的主要注意点是童工给钢筋表面形成适当的保护层，以此来隔绝腐蚀液体对于钢筋的腐蚀，例如在混凝土内添加钢筋阻锈剂等，或者完全使用不锈钢钢筋。
解决钢筋的腐蚀问题是从源头解决了腐蚀问题，但是防止钢筋因为腐蚀而导致结构早期破坏还有另个措施，就是在钢筋发生腐蚀之前或者轻度腐蚀时候，就开始使用丙烯酸乳液砂浆对裸露在外面的钢筋进行封闭修补，密封的环境不会再引起钢筋的生锈。
关于探测钢筋混凝土是否被腐蚀的办法有很多，比如测定构件表面电位图与电阻率法、远红外热图法以及雷达反射图像法和γ射线反射仪法等，但这些所需要的仪器众多，操作复杂，远不如简单的拖链或者锤击法有效和实用。
结构的耐久性问题可以依照是够已经建成而分为待建耐久性分析和已建结构耐久性评估鉴定。
5.1待建耐久性分析
因为建筑尚未建立，所以分析待建建筑的耐久性，无异于将建筑从所处环境、结构选择、设计施工、养护检查以及后来的管理和维修等多方面都进行分析，基本涉及了从建筑开始到建筑最后所关系到的所有方面，所以待建耐久性分析是非常复杂的。
国外的相关研究机构表示，混凝土中的水、气体以及溶解的有害物质的歉意和互相结合，还有环境的侵蚀性都是影响钢筋混凝土钢筋是否会早早损坏的原因。
他们还制定了相关的指标值，其中耐久指数T是依照所使用的材料以及设计图纸、施工条件和表面防护等多个因素综合评估分析后进行评价得出来的结果；而环境指数S则是依据建筑所处在的环境状况以及免维修的年限来确定的指数。
不过这种评价的缺点是，基本是依靠经验来评价，没有一个量化的打分标准，却少定量分析。
在我国，对于待建耐久性分析的见解已经反映在我国的水、港、海工设计规范以及工业建筑防腐蚀设计规范重了。
在关于防止碱性水泥和骨料反应的问题上，我国也已经制定了明确的规定。
并且我国在关于“重大土木与水利工程安全与耐久性的研究“也正在进行，所以在不久的将来我国的关于混凝土结构耐久性设计将会有重大的进步。
5.2已建结构的耐久性评估
由于已经建设完成的混凝土结构，经历了长期的使用，所以部分功能出现退化，由此导致此种结构功能的评估与待建时期仅仅是针对设计和所处环境的分析评估有很大的不同。
毕竟建筑已经完工，所以只有参照建筑所在的周边环境来对已建结构功能进行鉴定，进而评价结构的耐久性，最终提出处理的意见和建议。
六、混凝土行业未来发展趋势
依照调查数据显示，2008年中国在商品混凝土使用的水泥所占总水泥的比例为15%，即便加上其预拌混凝土使用的水泥量，这个比例也还是小于28%，远低于欧盟的48.3%和美国的75%，所以分摊到个人的话，我国人均混凝土所占比例仅为0.4平方米，仅占欧美人均消费量的42%，所以由此可见，混凝土未来在我国的发展空间依然很大。
此外，因为混凝土的性能较为复杂，且是一种组合材料，此外，由于混凝土中新材料层出不穷，所以，要借助国内外研究成果，加强对于新材料以及混凝土与配筋之间各种组合的研究探索。
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