作為混凝土的重要組成材料，膠凝材料與功能外加劑是實(shí)現(xiàn)混凝土高性能化的關(guān)鍵技術(shù)。一方面，膠凝材料經(jīng)水化作用后形成硬化漿體，與混凝土內(nèi)砂石組分粘結(jié)成為整體。其中，硬化漿體的微結(jié)構(gòu)與混凝土性能密切相關(guān)；另一方面，功能外加劑以較低的用量實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土微結(jié)構(gòu)優(yōu)化與調(diào)控，從而滿足不同服役性能要求。近年來(lái)，隨著大型基礎(chǔ)設(shè)施與現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)的快速發(fā)展，混凝土技術(shù)所面臨問(wèn)題主要體現(xiàn)為上述膠凝材料與功能外加劑兩個(gè)方面?；谏鲜龇治?，本文將圍繞重大工程需求，重點(diǎn)介紹混凝土技術(shù)在膠凝材料與功能外加劑方向的新進(jìn)展，分析上述技術(shù)所面臨問(wèn)題，并對(duì)未來(lái)研究工作進(jìn)行展望。

1.膠凝材料

1.1傳統(tǒng)硅酸鹽水泥

硅酸鹽水泥的快速發(fā)展亟需重視收縮開(kāi)裂與適應(yīng)性問(wèn)題。從英國(guó)工程師Joseph Aspdin獲得授權(quán)專利起，硅酸鹽水泥及其混凝土在不到200年的發(fā)展歷程中已成為全世界用量最大的基礎(chǔ)材料。隨著水泥行業(yè)的科技進(jìn)步，硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝與各方面性能指標(biāo)得到了顯著的提升。近年來(lái)，我國(guó)新的水泥燒成工藝通過(guò)高固氣比懸浮預(yù)熱預(yù)分解技術(shù)[1]，使得水泥產(chǎn)量增加40%以上，廢氣中的SO2和NOX排放降低50%以上，同時(shí)能耗顯著降低。除了燒成工藝的進(jìn)步，硅酸鹽水泥的粉磨技術(shù)也得到快速發(fā)展，水泥細(xì)度和比表面積也在不斷增加，大幅提高了水泥強(qiáng)度。盡管如此，現(xiàn)有研究表明[2,3]，隨著水泥細(xì)度的增加，水泥快速水化的集中放熱，將加劇混凝土早期收縮，增大溫度開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。其中，當(dāng)水泥比表面積由280m2/kg增加至380m2/kg，其開(kāi)裂溫度增加9.5℃，開(kāi)裂時(shí)間提前約1倍。其次，水泥熟料礦物中C3S含量超過(guò)55%，呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。一方面，高C3S含量有效提高混凝土的早期強(qiáng)度；另一方面，隨著C3S含量的提高，水泥水化放熱量集中，極大增加了水泥混凝土的早期開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。最后，隨著水泥行業(yè)低碳綠色化的發(fā)展需要，越來(lái)越多的工業(yè)廢渣作為混合材被摻入硅酸鹽水泥中，提升水泥基材料性能。然而，近年來(lái)優(yōu)質(zhì)原材料的匱乏，導(dǎo)致低品質(zhì)或低活性混合材，如煤矸石、爐底渣等的大量不合理使用，從而影響水泥混凝土的工作性能與力學(xué)性能。同樣地，大量工業(yè)副產(chǎn)物石膏，如脫硫石膏、磷石膏和氟石膏，由于其溶解速度的差異，會(huì)導(dǎo)致水泥凝結(jié)時(shí)間異常，與高效減水劑相容性變差[2]。針對(duì)上述問(wèn)題，硅酸鹽水泥的未來(lái)的發(fā)展方向在于水泥熟料礦物組成的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。在水泥材料設(shè)計(jì)方面，未來(lái)應(yīng)重點(diǎn)借助于計(jì)算機(jī)模擬方法研究水泥水化機(jī)理，優(yōu)化水泥組分和性能。另一方面，積極開(kāi)展具有低水化熱特性的高貝利特水泥研究與應(yīng)用，從而在減少混凝土開(kāi)裂的同時(shí)，大幅度降低硅酸鹽水泥生產(chǎn)能耗。

1.2新型膠凝材料

煅燒粘土-石灰石復(fù)合膠凝材料（LC3）是綠色低碳硅酸鹽水泥的研究前沿。煅燒粘土類礦物相比于粉煤灰與磨細(xì)礦渣具有更高的火山灰活性，在部分取代硅酸鹽水泥時(shí)并不會(huì)影響水泥基材料的早期力學(xué)性能。同時(shí)煅燒粘土礦物的原材料高嶺土儲(chǔ)量豐富，生產(chǎn)燒制工藝與硅酸鹽水泥相似，可采用水泥生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)，并且煅燒溫度低，煅燒過(guò)程中不會(huì)釋放溫室氣體CO2，具有諸多優(yōu)勢(shì)。瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院Scrivener教授最新提出了煅燒粘土與石灰石復(fù)合膠凝材料體系（Limestone calcined clay cement，簡(jiǎn)稱LC3）[4]。在該體系中，煅燒粘土與石灰石在堿性環(huán)境下反應(yīng)生成了水化產(chǎn)物水化碳鋁酸鈣，在兩者總摻量達(dá)到45%時(shí)，水泥基材料的力學(xué)性能與抗?jié)B性能依然優(yōu)于普通硅酸鹽水泥體系。同時(shí)，煅燒粘土與石灰石的復(fù)合摻加能節(jié)約更多的硅酸鹽水泥熟料，進(jìn)一步降低水泥生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放量，因而被視為一種極具應(yīng)用前景的新型低碳水泥體系。研究表明[5]，使用煅燒粘土與石灰石能顯著優(yōu)化水泥基材料的孔徑結(jié)構(gòu)，降低孔隙率（圖1），從而有效抑制有害介質(zhì)的擴(kuò)散侵入，提高混凝土抵抗氯離子侵蝕的能力。在同等條件下，煅燒粘土與石灰石復(fù)合膠凝體系的氯離子擴(kuò)散系數(shù)較普通硅酸鹽水泥降低80%。盡管如此，煅燒粘土與石灰石復(fù)合膠凝體系在應(yīng)用與推廣過(guò)程中仍存在一些問(wèn)題亟需解決。首先，其主要原料粘土（高嶺土）來(lái)源廣泛，地區(qū)差異性較大，因此不同地區(qū)的水泥煅燒工藝、使用方法、顏色、性能都會(huì)存在較大差異。其次，由于原材料的粒徑分布和化學(xué)吸附作用，煅燒粘土與石灰石復(fù)合膠凝體系的混凝土工作性較普通硅酸鹽水泥混凝土略差，且缺少與之完全匹配的化學(xué)外加劑。

堿激發(fā)膠凝材料是硅酸鹽水泥體系外的重要膠凝材料。該膠凝材料是堿性條件下利用OH-溶解含有硅鋁鈣元素的天然或人工礦物相物質(zhì)，通過(guò)溶解-縮聚反應(yīng)形成硅鋁酸鹽的反應(yīng)產(chǎn)物與微結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生膠結(jié)作用的一類水硬性膠凝材料。堿激發(fā)膠凝材料的硬化機(jī)理、反應(yīng)產(chǎn)物與微結(jié)構(gòu)不同于硅酸鹽水泥，根據(jù)反應(yīng)機(jī)理可將反應(yīng)過(guò)程大致分為4個(gè)階段[6,7]：腐蝕溶解、離子平衡，膠體或微晶晶核形成，膠體或微晶核的重構(gòu)，三維結(jié)構(gòu)膠體與類沸石微晶的形成?；谏鲜龇磻?yīng)機(jī)理，堿激發(fā)膠凝材料具有早強(qiáng)快硬的特征，其24h抗壓強(qiáng)度可達(dá)到約20MPa，且通過(guò)增加SiO2/Al2O3摩爾比值實(shí)現(xiàn)凝結(jié)硬化時(shí)間由20min至210min可調(diào)控，故該膠凝材料適于快速修建與修補(bǔ)工程[8]。除上述快硬早強(qiáng)特征外，堿激發(fā)膠凝材料具有優(yōu)異的低介質(zhì)滲透與耐蝕性，其氯離子滲透深度最低僅為傳統(tǒng)硅酸鹽水泥混凝土的約40%，甚至浸泡于10%質(zhì)量濃度的硫酸溶液中45d仍然具有完整的外觀[9]。鑒于優(yōu)異的抗侵蝕性質(zhì)，堿激發(fā)膠凝材料適于作為強(qiáng)腐蝕性環(huán)境的建筑材料或防護(hù)材料，目前該材料相關(guān)技術(shù)已形成國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T29423-2012《用于耐腐蝕水泥制品的堿礦渣粉煤灰混凝土》。雖然具有優(yōu)異的早期力學(xué)性能與抗侵蝕能力，但是堿激發(fā)膠凝材料收縮變形大。在相同條件下，堿激發(fā)粉煤灰與礦渣砂漿的28d自收縮變形值約為硅酸鹽水泥砂漿的2至3倍，而28d干燥收縮變形值則為4至6倍[10]。造成上述結(jié)果的原因在于堿激發(fā)材料中介孔體積（＜50nm）明顯高于硅酸鹽水泥漿體（約為2倍），從而導(dǎo)致顯著的毛細(xì)孔收縮，故應(yīng)重視堿激發(fā)膠凝材料的體積收縮變形問(wèn)題?；谏鲜鼋Y(jié)果，堿激發(fā)膠凝材料的收縮變形過(guò)大，現(xiàn)有抗裂技術(shù)對(duì)堿激發(fā)膠凝材料的改善作用亟需進(jìn)一步驗(yàn)證。其次，堿激發(fā)膠凝材料使用堿性激發(fā)劑作為主要的原材料，故返堿析鹽導(dǎo)致的外觀質(zhì)量問(wèn)題及抑制機(jī)制也應(yīng)重點(diǎn)考慮。最后，堿激發(fā)膠凝材料的成熟工作性調(diào)控技術(shù)仍然欠缺，主要表現(xiàn)為堿激發(fā)膠凝材料對(duì)現(xiàn)有減水劑的相容性差，凝結(jié)時(shí)間過(guò)快，未來(lái)新型專業(yè)減水劑與工作性調(diào)控方法的研究亟需深入開(kāi)展。

1.3礦物外加劑

礦物外加劑是在混凝土攪拌過(guò)程中加入的、具有一定細(xì)度和活性的用于改善新拌和硬化混凝土性能的某些礦物類產(chǎn)品。傳統(tǒng)礦物外加劑可分為天然類、人工類與工業(yè)廢料類，其作用機(jī)理為火山灰效應(yīng)、填充密實(shí)效應(yīng)、增塑效應(yīng)和界面效應(yīng)[11]。近年來(lái)，已有研究將納米技術(shù)應(yīng)用于混凝土礦物外加劑中，利用納米尺度物質(zhì)小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)、表面效應(yīng)，不但可以填充常規(guī)礦物外加劑無(wú)法填充的水泥漿體間微細(xì)空隙（10nm～100nm的微孔），改善混凝土的堆積效果，釋放多余的自由水，提高顆粒的水膜層厚度（圖2）。此外，利用納米材料的高化學(xué)活性和催化活性促進(jìn)其與水化產(chǎn)物大量鍵合，同時(shí)以納米礦物外加劑為晶核在其顆粒表面形成水化硅酸鈣凝膠相，把松散的水化硅酸鈣凝膠變成納米礦物外加劑為核心的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而對(duì)C-S-H膠凝結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善（圖3），生成的水化產(chǎn)物中超高密度C-S-H凝膠取代了低密度C-S-H凝膠，從而顯著改善或提高水泥基復(fù)合材料的流變性能和力學(xué)性能。因此，研究納米尺度的礦物外加劑已成為實(shí)現(xiàn)混凝土超高性能化的關(guān)鍵技術(shù)途徑之一。

引入高活性微納米礦物外加劑顆粒后，將實(shí)現(xiàn)不同礦物外加劑的協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)，達(dá)到功能疊加和活性互補(bǔ)，從而實(shí)現(xiàn)混凝土的超高性能化。例如江蘇蘇博特新材料股份有限公司研發(fā)的納米礦物外加劑，不僅可以有效調(diào)控混凝土的流變性能，顯著減小低水膠比混凝土的粘度，實(shí)現(xiàn)自流平（圖4a）；同時(shí)可通過(guò)礦物外加劑的次遞水化效應(yīng)實(shí)現(xiàn)混凝土強(qiáng)度全周期分階段穩(wěn)步提升（圖4b）。此外，可實(shí)現(xiàn)低水膠比混凝土收縮歷程與礦物外加劑膨脹調(diào)控歷程相匹配，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程收縮變形控制在普通混凝土水平（圖4c）。此新型納米礦物外加劑在高鐵、軍工和橋梁等諸多工程都已得到應(yīng)用（圖5），推動(dòng)了超高性能混凝土的規(guī)模化、常規(guī)化制備與應(yīng)用，引領(lǐng)了行業(yè)的進(jìn)步。

雖然混凝土外加劑已逐漸由粗獷的直接粉磨使用，逐漸過(guò)渡到現(xiàn)階段的精細(xì)設(shè)計(jì)與高技術(shù)改性，有效實(shí)現(xiàn)了混凝土由高性能向超高性能升級(jí)，然而針對(duì)礦物外加劑作用機(jī)理、協(xié)同優(yōu)化技術(shù)等方面尚待深入研究工作。

2.功能外加劑

2.1高性能減水劑

減水劑是一種能夠維持混凝土坍落度條件下減少拌合用水量的混凝土外加劑。減水劑的發(fā)展經(jīng)歷了三代，從木質(zhì)素磺酸鹽到縮聚型聚合物高效減水劑（萘系和三聚氰胺系），再到聚羧酸系高性能減水劑，其減水能力不斷提高，使得混凝土工作性由最初的干硬性、塑性進(jìn)入到當(dāng)前的高流動(dòng)性時(shí)代，推動(dòng)混凝土向高性能化發(fā)展。作為第三代高性能混凝土減水劑，聚羧酸外加劑具有摻量低、減水率高、保坍性能好、混凝土收縮率低、分子結(jié)構(gòu)可調(diào)性強(qiáng)、生產(chǎn)工藝清潔等優(yōu)點(diǎn)，是提高混凝土工程質(zhì)量的關(guān)鍵，已成為制造高性能現(xiàn)代混凝土的必備材料和核心技術(shù)[17-19]，目前已在高鐵、橋梁、核電及市政民用等工程中得到了廣泛應(yīng)用，占減水劑總用量的50%以上。聚羧酸減水劑采用梳型結(jié)構(gòu)，主鏈含有帶負(fù)電性的官能團(tuán)（羧酸基、磺酸基、膦酸基等），接枝水溶性的長(zhǎng)聚乙二醇側(cè)鏈，在混凝土中，主鏈通過(guò)靜電相互作用或Ca2+絡(luò)合吸附于膠凝材料顆粒表面，長(zhǎng)側(cè)鏈通過(guò)空間位阻產(chǎn)生分散作用，阻止絮凝結(jié)構(gòu)形成。目前對(duì)于其構(gòu)效關(guān)系及作用機(jī)制的研究較為清晰，其分散能力取決于附著于粉體表面的聚合物吸附層厚度，由吸附量和吸附構(gòu)象決定。

然而，在應(yīng)用過(guò)程中，隨著混凝土原材料的日益復(fù)雜，施工方式的多樣化，原材料適應(yīng)性及流動(dòng)性保持等問(wèn)題突出，對(duì)聚羧酸的性能提出了更高要求。聚羧酸的原材料適應(yīng)性主要表現(xiàn)在對(duì)于不同原材料分散性能差異較大，部分原材料分散性較差，出現(xiàn)“不適應(yīng)”的情況，其主要原因在于減水劑與不同表面性質(zhì)原材料的相互作用引起的“吸附”行為差異（圖6）。對(duì)于不同水泥，其礦物相組成不同，聚羧酸在礦物相表面存在選擇性吸附導(dǎo)致分散存在巨大差異，另一個(gè)重要因素在于C3A與可溶性硫酸鹽含量，大量聚羧酸通過(guò)掩埋/插層作用消耗于早期C3A水化中，同時(shí)還會(huì)增加生成鈣礬石的表面積，這對(duì)漿體流動(dòng)性是不利的，而硫酸鹽則會(huì)通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)吸附削弱聚羧酸在水泥表面的吸附從而削弱其分散能力。對(duì)于礦物摻合料，聚羧酸的適應(yīng)性與所加入的礦物相的比表面積和表面電荷相關(guān)，硅灰因?yàn)楦蟮谋缺砻娣e往往吸附更多的聚羧酸，因此需要提高聚羧酸在礦物摻合料表面的吸附以改善混凝土流動(dòng)性。低品位砂石集料中殘留的粘土（尤其是蒙脫土組分）與聚羧酸側(cè)鏈具有較強(qiáng)的氫鍵作用，且聚醚分子鏈與粘土形成插層反應(yīng)，大量無(wú)效吸附聚羧酸外加劑，顯著降低其分散性能。

提高聚羧酸適應(yīng)性的方法在于改善其在礦物相和摻合料的有效吸附，削弱粘土等的無(wú)效吸附，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行官能團(tuán)設(shè)計(jì)與調(diào)整聚合物拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等方法可以有效改善其硫酸鹽適應(yīng)性與原材料適應(yīng)性，但受限于單體獲取和聚合方法等難以工業(yè)化?；跇?gòu)象優(yōu)化的方法對(duì)聚羧酸進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，向主鏈引入剛性官能團(tuán)，抑制其在強(qiáng)堿高鹽溶液環(huán)境中的構(gòu)象收縮，增加“裸露”吸附基團(tuán)數(shù)量，提高吸附速度[20]，使達(dá)到吸附平衡的時(shí)間縮短，提高短期分散能力。在大摻量礦物摻和料存在條件下，可以顯著縮短混凝土拌合時(shí)間，提高復(fù)雜組分混凝土的初始流動(dòng)性。該技術(shù)在世界最長(zhǎng)的跨海大橋——港珠澳大橋工程中應(yīng)用，解決了大摻量礦物摻合料（摻量達(dá)50%以上）混凝土初始分散慢，易滯后泌水的難題。

混凝土流動(dòng)性損失的原因在于水化引起自由水消耗和水化產(chǎn)物形成膠結(jié)網(wǎng)絡(luò)，在減水劑存在的條件下，減水劑早期吸附過(guò)快、水化包埋和堿環(huán)境下的降解會(huì)造成減水劑分子失效，引起顯著的流動(dòng)性損失[21]。因此，長(zhǎng)時(shí)間維持混凝土流動(dòng)性的關(guān)鍵在于維持施工全過(guò)程中膠材表面的有效減水劑吸附量，向聚羧酸主鏈引入緩釋型官能團(tuán)，人們發(fā)展了緩釋型聚羧酸外加劑[22,23]，通過(guò)堿水解釋放吸附官能團(tuán)，促進(jìn)減水劑分子在膠材表面的持續(xù)吸附。江蘇蘇博特新材料股份有限公司發(fā)明了系列保坍型聚羧酸產(chǎn)品，通過(guò)調(diào)節(jié)緩釋官能團(tuán)的釋放速度與比例可以有效調(diào)節(jié)吸附過(guò)程，分階段持續(xù)補(bǔ)充水化包埋引起的減水劑消耗，通過(guò)匹配消耗速率，維持平穩(wěn)的有效吸附，可以實(shí)現(xiàn)混凝土流動(dòng)性長(zhǎng)時(shí)間平穩(wěn)保持。目前，該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)常溫條件下混凝土流動(dòng)度保持5h或40℃高溫條件下保持3h基本不降低，針對(duì)中低坍落度混凝土能維持90min內(nèi)坍落度波動(dòng)不大于10%。在田灣核電（一期）工程首次實(shí)現(xiàn)核島混凝土用減水劑國(guó)產(chǎn)化，并在防城港華龍一號(hào)（HPR1000）三代核電技術(shù)示范機(jī)組的工程建設(shè)中，解決了低C3A水泥與大摻量礦物摻合料膠凝體系的混凝土拌合物流動(dòng)穩(wěn)健性控制難題，并出口應(yīng)用于巴基斯坦卡拉奇核電站。

隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展，水膠比的不斷降低導(dǎo)致新拌混凝土的“粘度”顯著增加，同時(shí)顆粒間距減小，顆粒、骨料之間的摩擦等物理相互作用增強(qiáng)，集中于顆粒之間的剪切強(qiáng)度增加，使得其粘度大幅增加。減水劑可以有效增加顆粒間距，改善水泥基材料流動(dòng)性，但在低水膠比條件下，達(dá)到相同流動(dòng)度所需減水劑摻量顯著提高，大量未吸附的聚合物使得間隙液粘度增加，使得混凝土粘度更大，因此，如何通過(guò)聚羧酸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有效降低混凝土的粘度成為減水劑未來(lái)發(fā)展的迫切需求。

2.2基體增韌材料

脆性大與韌性差是傳統(tǒng)混凝土的固有缺陷，伴隨其自身變形及溫度收縮將造成混凝土開(kāi)裂。混凝土脆性主要由水泥水化產(chǎn)物C-S-H凝膠的微觀結(jié)構(gòu)決定，層狀結(jié)構(gòu)的C-S-H層間僅僅依靠范德華力和弱離子鍵結(jié)合而維持。因此，從混凝土基體出發(fā)，采用增韌技術(shù)實(shí)現(xiàn)水化產(chǎn)物C-SH膠凝基因的改性，是實(shí)現(xiàn)混凝土抗裂性提升的前沿方向。

針對(duì)混凝土的脆性問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外的韌性提升研究可以分為有機(jī)聚合物增韌和無(wú)機(jī)碳基材料增韌。有機(jī)材料可分為SAE乳液、SBR乳液、環(huán)氧改性及新型的聚氨酯材料等，其具有水分散性好、結(jié)構(gòu)可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)。這類有機(jī)材料隨著水分的蒸發(fā)，聚合物顆粒逐漸聚集形成連續(xù)的膜結(jié)構(gòu)，從而在混凝土內(nèi)部形成交叉網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過(guò)有機(jī)材料良好的延展性實(shí)現(xiàn)水泥基材料的韌性提升。近年來(lái)，香港科技大學(xué)李宗津教授的研究結(jié)果表明，基于C3S制備的納米氫氧化鈣與聚丙烯酰胺實(shí)現(xiàn)原位聚合，可形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的水凝膠體系（PAM/CNS NC gels），從而可以大幅度提升有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合材料的韌性[24]。

無(wú)機(jī)材料的研究主要集中在碳納米管、石墨烯、氧化石墨烯等。該類材料為惰性納米材料，具有極高的力學(xué)性能，抗拉強(qiáng)度可達(dá)130GPa，模量可達(dá)1100GPa，理論單層厚度不足1nm，與有機(jī)聚合物相比，不存在老化降解問(wèn)題。由于極高的表面能，碳納米管和石墨烯以聚集態(tài)分布，在水及水泥基材料體系中的分散性極差[25]，因此分散性是碳基納米材料增韌的關(guān)鍵。在機(jī)理研究方面，無(wú)機(jī)材料主要通過(guò)三方面的作用實(shí)現(xiàn)韌性的提升[26-28]：晶核效應(yīng)、模板效應(yīng)和密實(shí)效應(yīng)。晶核效應(yīng)使得水泥水化產(chǎn)物的原始晶核增多，可以實(shí)現(xiàn)水化的加速，從而提高了混凝土強(qiáng)度；研究顯示氧化石墨烯可以作為水化時(shí)的模板，從而實(shí)現(xiàn)水化的有序性，微觀上改變了水化產(chǎn)物的形貌，實(shí)現(xiàn)了性能的提升。綜上所述，混凝土基體增韌材料的研究未來(lái)重點(diǎn)關(guān)注如下2個(gè)方面：一方面，有機(jī)增韌材料首先需要考慮對(duì)混凝土基體力學(xué)性能的負(fù)面影響。由于有機(jī)增韌材料的摻量較高，故聚合物成膜影響膠凝材料的正常水化，從而降低了混凝土材料抗壓強(qiáng)度。其次，混凝土環(huán)境為強(qiáng)堿性環(huán)境，體系離子濃度高，有機(jī)聚合物在此環(huán)境下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性有待驗(yàn)證。另一方面，無(wú)機(jī)納米增韌材料的分散性是實(shí)現(xiàn)混凝土基體韌性提升的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，未來(lái)亟需重點(diǎn)探索其分散機(jī)制與調(diào)控方法。

2.3水化熱調(diào)控材料

溫度收縮開(kāi)裂是混凝土主要的開(kāi)裂形式之一，在地下側(cè)墻及大體積混凝土結(jié)構(gòu)中尤為突出。溫度收縮開(kāi)裂主要是混凝土結(jié)構(gòu)不同部位溫差形成的溫度應(yīng)力，以及外部約束條件下，溫降過(guò)程產(chǎn)生的溫降收縮應(yīng)力造成。因此要抑制溫度開(kāi)裂，就需要控制混凝土結(jié)構(gòu)不同部位溫差及內(nèi)部溫升。在收縮變形方面，除了傳統(tǒng)降低水泥用量，使用中、低熱水泥，預(yù)埋冷卻水管等方式[29]，近年出現(xiàn)了一種新技術(shù)，通過(guò)摻加新型化學(xué)外加劑（水化熱調(diào)控材料，TRI）來(lái)控制混凝土結(jié)構(gòu)溫升；該技術(shù)主要原理是，通過(guò)降低水泥早期水化速率，避免早期水化放熱過(guò)于集中，結(jié)合一定的散熱條件，達(dá)到降低混凝土結(jié)構(gòu)溫升、溫降收縮，進(jìn)而降低溫度開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)，如圖7所示。與傳統(tǒng)緩凝劑主要影響凝結(jié)時(shí)間不同，TRI主要通過(guò)降低水泥加速期的水化速率，減少混凝土早期放熱量，推遲溫峰出現(xiàn)時(shí)間，減少了熱量的累積，最終降低混凝土溫升，進(jìn)而減少溫度裂縫的形成；TRI對(duì)水泥水化放熱速率的影響如圖8所示。

TRI對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)溫升及溫降收縮變形影響的結(jié)果表明：保溫條件下400mm立方體小構(gòu)件溫升約30℃；摻加TRI后，小構(gòu)件中心溫升由基準(zhǔn)的約30℃降至約18℃，降溫12℃左右，且10d內(nèi)降溫階段收縮變形減少了約140μm/m。因此，TRI能有效地降低結(jié)構(gòu)溫升，抑制混凝土溫降收縮。由于通過(guò)摻加TRI來(lái)降低混凝土結(jié)構(gòu)溫升及減少開(kāi)裂具有易操作，效果優(yōu)良，可調(diào)性高的優(yōu)點(diǎn)，目前已在工程中得到成功的推廣應(yīng)用。徐文[30]報(bào)道了同時(shí)使用具有水化調(diào)控功能與膨脹補(bǔ)償功能的抗裂劑，該技術(shù)在重慶天和國(guó)際商業(yè)中心側(cè)墻大體積混凝土結(jié)構(gòu)中得到成功應(yīng)用，降低了結(jié)構(gòu)中心部位最高溫升約6.2℃，降溫幅度近10%。地鐵車站地下側(cè)墻為典型的高溫升、快溫降易形成溫度裂縫的結(jié)構(gòu)形式。在以徐州地鐵、常州地鐵為代表的地下車站側(cè)墻中，基于水化熱調(diào)控的抗裂技術(shù)有效的降低了水泥水化速率峰值超50%，使用了該技術(shù)的側(cè)墻都未出現(xiàn)溫度開(kāi)裂現(xiàn)象（圖9）。未來(lái)基于水化熱調(diào)控的抗裂技術(shù)應(yīng)從理論上進(jìn)一步揭示該類外加劑影響水泥水化的內(nèi)在機(jī)理，提出水化速率峰值與凝結(jié)時(shí)間的協(xié)同調(diào)控新方法。

3結(jié)語(yǔ)

（1）膠凝材料是混凝土的基本組成，包括硅酸鹽水泥、新型膠凝材料與礦物外加劑。收縮開(kāi)裂、水化行為與機(jī)理是膠凝材料的關(guān)鍵問(wèn)題，建議未來(lái)重點(diǎn)開(kāi)展綠色化、高性能化硅酸鹽水泥的研究，同時(shí)探討數(shù)值模擬技術(shù)指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐的可行性；積極鼓勵(lì)新型膠凝材料的快速發(fā)展，結(jié)合材料特性側(cè)重功能特征。

（2）新拌性能與收縮變形是現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)混凝土高性能化的首要問(wèn)題，未來(lái)應(yīng)大力引導(dǎo)混凝土功能材料的原創(chuàng)性研究，側(cè)重分子構(gòu)效設(shè)計(jì)，解決低水膠比混凝土粘度大、脆性大與韌性差、結(jié)構(gòu)溫升及溫降收縮變形大的難題。參考文獻(xiàn)（略）