装配式施工知识分享：混凝土中的几个辩证关系

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一、前 言

混凝土广义上是指由胶结材料(有机的、无机的、或有机无机复合的)、粒状集料及其它外掺剂组成的具有一定强度、刚度和耐久性等性能的复合材料，目前广泛应用的是狭义上的由无机胶结材料制成的混凝土。

混凝土材料在历史上可以追溯到很古老的年代。最初使用的胶结材料是粘土、石膏、气硬性石灰，后来采用火山灰、水硬性石灰等，自1824年J. As-pdin 发明波特兰水泥后，制作混凝土的胶结材料发生了质的变化。此后，水泥与混凝土的生产技术迅速发展，混凝土的用量和使用范围日益扩大，混凝土材料也发展成种类繁多的适合各种性能需求的功能与结构相结合的复合体系。同时，混凝土的发展丰富了混凝土科学和技术研究的内容，也给混凝土的科学研究带来了新的课题，混凝土科学和技术的推广应用也进一步推动了混凝土的发展。在混凝土中存在着许多服从自然辨证法的一般规律的辨证关系，本文就其中的几个进行探讨，以期得到共识。

二、混凝土的发展与人类社会物质经济的发展密不可分

虽然远古时代人们发现粘土可以用来制成粘土混凝土是一种偶然，但混凝土的发展史证明混凝土的发展是建立在人类社会物质经济基础上的。古埃及用石膏混凝土建造金字塔以及中国秦长城石灰混凝土的应用等等都是基于当时社会经济相当繁荣及生产力水平相对较高的条件下的产物。

1824年，波特兰水泥的发明作为专利申请其本身就是经济社会的现象。此后，水泥的生产就遵循经济学商品的生产一般经济规律，从简单的小型的作坊煅烧和手工磨制发展到大规模的全机械化一条龙生产线，其生产和发展的每一个环节都受社会经济的发展程度和经济运行机制所影响，同时，大规模的水泥和混凝土的生产也刺激和推动了社会经济的发展。水泥和混凝土的商品化市场化将水泥和混凝土完全推向市场，这样水泥和混凝土的生产和发展也完全依靠于市场机制下的社会物质经济基础。混凝土的品种和数量也随社会经济的发展和市场与社会的需求而推陈出新或迅速增长。

翻开世界文明的历史可以看到混凝土是当今世界文明的物质支柱之一，混凝土材料不仅被广泛应用于房建、公路、桥梁、水利、隧道等等基础设施上，而且应用于海洋开发、地热工程、防水防腐工程、原子能工程及宇宙开发等特殊工程。

三、混凝土的发展与科学技术的发展密不可分

从历史的角度看，混凝土材料的发展本身就是一种技术革新运动过程，它经历了从无到有、从简单到复杂、从低级到高级、从原始形态到现代化的过程，既反映了社会经济和人类物质文明的进步，也显示出科学和技术发展的历程。胶结材料上经历了粘土、石膏、石灰、水泥、聚合物等质的跳跃;结构上发生了钢筋混凝土、预应力混凝土及聚合物混凝土等三次重大突破。混凝土的施工经历了完全手工操作、简单机械与体力劳动相结合的施工方式到目前的人工控制的全面机械化施工;施工机械由过去简单的搅拌、振捣等发展到现在的复杂的具有多种功能的整套系列机械;施工技术也由古老的简单技术发展为现代科学指导的高新技术，如水下混凝土的施工经历了袋装施工、底开口罐(袋) 施工，逐渐发展为导管施工和泵送施工等高新技术施工法。

混凝土的技术革新是伴随自然科学各领域的发展而发展的过程，自然科学的发展为混凝土的发展不断提供理论基础和新的研究方法，自然科学的各领域逐步渗透到混凝土中去;混凝土也为自然科学各领域提供新的课题。检验和推进自然科学的基本原理;自然科学和混凝土相互渗透、相互结合，形成了混凝土学这门科学和技术一体化的边缘学科。随着社会经济的迅速发展，社会科学也逐步渗透到混凝土学中去。混凝土学和其它各学科的关系可用图1表示。近年来，高科技成果的研究和应用为混凝土的研究提供了许多新的思路，取得了许多突破性的研究成果，混凝土的研究方法和手段有了新的进展，混凝土的研究内容也由原来的局限于宏观力学研究深入到微观研究。混凝土的广泛研究和深入探讨为混凝土学丰富了内容。

四、系统方法在混凝土中的应用

混凝土本身就是一个由水泥等胶结材料和集料及其它成分组成的具有混凝土特有的孔隙结构的系统，遵循系统科学的一般规律。所谓系统就是由若干具有相互作用的要素构成的具有一定层次结构和功能的有机整体。系统方法即按照系统科学的观点和理论，把研究对象视为整体系统来综合研究和处理的方法的总称。系统方法被广泛应用于对混凝土的研究和控制处理。

混凝土研究的四个基本问题即混凝土设计、施工、结构和性能构成了混凝土系统的正四面体结构。一定的混凝土各组分配合比设计和确定的施工工艺决定了新拌混凝土的流变性能和工作性以及硬化后混凝土的结构，混凝土的结构决定了在宏观上表征出的力学性能和耐久性能;一般地，需求混凝土具有优良的性能必须逆向思维，从材料的配合比设计和施工工艺着手，通过优化混凝土的结构来改良混凝土的性能，混凝土的性能反映了混凝土的配合比、施工工艺和混凝土的结构。混凝土工作者不断通过系统研究，综合考虑混凝土的设计、施工、结构和性能的关系，通过选用功能材料(如聚合物或其它外掺剂)，优化配合比设计，采用先进的施工机械和科学的施工工艺，以期改善和优化混凝土结构，控制混凝土质量，求得高性能混凝土，混凝土改进的措施也往往从优化配合比、复合结构和新的施工技术等三方面着手。

目前，混凝土研究的内容主要以提高混凝土的性能为立足点，通过结构与性能的关系。新旧混凝土设计、施工、结构与性能之间的信息流动通过混凝土工作者和科研人员的辛勤劳动而将达到混凝土本身的自组织优化，优化的方式就是混凝土的改性。

混凝土研究过程中常常综合运用黑箱原理、假说理论和模型模拟等系统方法来研究阐明混凝土内部结构的复杂性。将混凝土视为一个不知道其结构和微观组构的黑箱，根据经验提出假说，在外界激励(荷载或环境等) 作用下混凝土黑箱将作出一系列的响应，依据激励和响应检验假说，考察黑箱，从而建立相应的混凝土的本构关系模型，阐述混凝土结构和运动机理。

五、混凝土是物质、信息和能量的统一

混凝土本身是一个系统，时刻与外界环境进行物质、能量和信息的交换;同时，混凝土又可以划分为各个层次的许多子系统，各子系统之间以及子系统与母系统之间也时刻进行着物质能量和信息的交换。新拌水泥混凝土混合料随着水泥和水之间化学反应的进行，即水泥的逐步水化硬化，不断生成新的物质，进行能量的转移和交换，并作出混凝土流变学参数的变化以及混凝土孔隙与界面等等性质的变化响应。硬化混凝土受力破坏的过程中，除发展物质和能量的交换外，既有超声波、裂缝扩展等可用仪器检测到的信息发出，也有混凝土因强度不足或其它缺点等因素而需要采取某种措施的信息发出。超声波和裂缝的扩展等反映了混凝土受压后内部的物质和能量变化(包括能量形式的变化)。无损检测如超声波检测、X 衍射检测等即是通过能量的发射、传递、接受反映混凝土材料内部破损信息。能量和信息是统一的。混凝土断裂力学将混凝土内部裂缝端部应力场和位移场的强度因子与混凝土的应变能释放率统一起来。

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