更新时间：2023-09-24 09:55
混凝土（concrete）是以胶凝材料、粗集料、细集料和水按适当比例配合（必要时掺入各种外加剂），拌制成混合料，浇筑、成型、密实后，经由一定时间养护，硬化后具备一定强度和所需性能的材料。混凝土自身具有实用性、成本低、强度高等多种特性，是世界上用量最多的人造材料之一。
许多学者认为真正意义上的混凝土始于古罗马时期。古罗马时期，当地人以火山灰、生石灰和海水混合制成砂浆，再将灰浆和凝灰岩混合并注入木质结构的模具中，从而产生高效、速干的混凝土模块。1824年，英国人约瑟夫·阿斯普丁（Joseph Aspdin）将碳酸钙与黏土一起煅烧，发明波特兰（Portland）水泥，从此水泥逐渐代替火山灰、石灰用于制造混凝土，主要用于墙体、屋瓦、地面、栏杆等。1895年至1900年，混凝土开始作为最主要的结构材料。20世纪50年代后期，德国发明三聚氰胺系减水剂、流态混凝土，使混凝土发展到泵送施工。20世纪70年代，硅粉的开发与应用及矿物质超细粉的应用，使混凝土由过去的以强度为中心，发展成为以耐久性为中心。
混凝土主要成分为胶凝材料、粗集料、细集料、水、外加剂，工程中所指混凝土一般为通用硅酸盐水泥拌制的混凝土，以其他胶凝材料制备的混凝土有硫混凝土、聚合物混凝土、沥青混凝土、石膏混凝土、硅酸钠混凝土等。混凝土的种类较多，分类方法有表观密度、流动性、生产和施工方法、用途等，其中根据表观密度的大小，可分为轻混凝土、普通混凝土、重混凝土。
混凝土广泛应用于工业与民用建筑、交通工程、水利工程、特种工程等领域。为满足建筑向高层、超高层、大跨度、大荷载发展，以及人类向地下和海洋开发的需求，混凝土主要向高性能化、绿色化、智能化等方向发展。
火山灰大约在公元前300年被古罗马人发现并使用。古罗马时期，当地人以火山灰、生石灰和海水混合制成砂浆，再将灰浆和凝灰岩混合并注入木质结构的模具中，从而产生高效、速干的混凝土模块。古罗马的万神庙、古罗马露天竞技场均采用此种混凝土。大约在公元前25年，古罗马时期建筑师、工程师马可·维特鲁威（Vitruvius）写出第一部对混凝土有文字叙述的文章。许多学者认为真正意义上的混凝土始于古罗马时期。
1756年，英国人约翰·斯密顿（John Smeaton）通过实验找到从包含泥土的石灰石中制作石灰的方法，水性水泥再次被使用，这种水泥的主要成分为氧化钙。1759年，约翰·斯密顿设计并建造由花岗石和混凝土构成的灯塔——埃迪斯通灯塔（Eddystone Lighthouse），即现代意义上的混凝土第一次投入使用。
1824年，英国人约瑟夫·阿斯普丁（Joseph Aspdin）将碳酸钙与黏土一起煅烧，发明波特兰（Portland）水泥，即硅酸盐水泥。从此水泥逐渐代替火山灰、生石灰用于制造混凝土，但主要用于墙体、屋瓦、地面、栏杆等部位。1850年，法国人兰博特（Lambot）制作第一条钢筋混凝小船，是混凝土制品发展史上的首次大突破。1866年，C·S·哈钦森（C.S.Hutchinson）首获美国空心块专利。
1874年，T·B·罗德斯（T.B.Rhodes）获得在混凝土塑性状态下制作空心砌块的专利。1875年，威廉·拉塞尔斯（Wilian Lascelles）采用改良后的钢筋强化的混凝土技术并获得专利，混凝土真正成为重要的现代建筑材料。1886年，德国工程师M·科宁（M.Konen）基于材料力学原理，提出以允许应力计算钢筋混凝结构的方法。
1895年至1900年，采用混凝土建造第一批桥墩，混凝土开始作为最主要的结构材料，影响和塑造现代建筑。此后的半个多世纪中，混凝土结构成为重要的结构形式，这一时期的混凝土称为传统混凝土，以干硬性、低塑性为主体；相对水灰比较高，强度等级偏低；现场浇筑的混凝土结构在严酷环境中的耐久性不够理想。
1910年，美国人H·F·波特（H.F.Porter）发表关于短钢纤维增强混凝土的第一篇论文。1928年，法国人E·弗雷西内特（E.Freyssinet ）提出混收缩徐变理论，并采用高强钢丝发明预应力锚具。1935年，美国人（E.Scripture）首先成功研制木质素磺酸盐为主要成分的减水剂（商品名Pozzolith），并于1937年获得专利，代表普通减水剂的诞生。
20世纪30年代末，美国发明松脂类引气剂和纸浆废液减水剂，引气混凝土应运而生，混凝土孔结构和在恶劣环境下的耐久性得到进一步改善。20世纪50年代后期，德国发明三聚氰胺系减水剂，并发明流态混凝土，使混凝土由原来的人工浇筑和吊罐浇筑，发展到泵送施工，提高了混凝土的技术与施工水平。20世纪70年代，硅粉的开发与应用及矿物质超细粉的应用，使混凝土技术水平进一步提高，混凝土由过去的以强度为中心，发展成为以耐久性为中心。
轻混凝土指干表观密度小于2000kg/m3，采用陶粒、页岩等轻质多孔骨料或掺加引气剂、泡沫剂形成多孔结构的混凝土。轻混凝土具有保温隔热性能好、质量轻等优点，多用作保温材料或高层、大跨度建筑的结构材料。
普通混凝土指干表观密度为2000~2800kg/m3的混凝土。普通混凝土以天然砂石为骨料而制成，是土建工程中常用的混凝土，主要用作各种土木工程的承重结构材料。
重混凝土指干表观密度大于2800kg/m3的混凝土。重混凝土一般由重晶石铁矿石或钢渣等作骨料配制而成，有时根据需要采用锁水泥、银水泥等重水泥配制而成。重混凝土对X射线、γ射线屏蔽能力高，又称防辐射混凝土，主要用于中核集团工程及其他有防辐射要求的工程。
根据所用胶凝材料的种类，混凝土可以分为水泥混凝土、硅酸盐混凝土、石膏混凝土、硅酸钠混凝土、沥青混凝土、聚合物混凝土等。
根据新拌混凝土流动性的大小，可分为干硬性混凝土（落度小于10mm且需用维勃稠度表示）、塑性混凝土（坍落度为10~90mm）、流动性混凝土（坍落度为100~150mm）、大流动性混凝土（坍落度大于或等于160mm）。
根据生产和施工方法，混凝土可分为预拌混凝土（商品混凝土）、泵送混凝土、喷射混凝土、压力灌浆混凝土（预填骨料混凝土）、造壳混凝土（裹砂混凝土）、碾压混凝土、挤压混凝土、离心混凝土、真空脱水混凝土、热拌混凝土等。
根据混凝土的用途，可分为结构混凝土、大体积混凝土、防水混凝土、耐热混凝土、膨胀混凝土、防辐射混凝土、道路混凝土等，其中大体积混凝土（Mass Concrete）指混凝土结构物实体最小尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有裂缝产生的混凝土。
根据混凝土的强度等级，可分为低强度混凝土（抗压强度fcu\u003c30MPa）、中强度混凝土（抗压强度30≤fcu\u003c 60MPa）、高强度混凝土（抗压强度60MPa≤fcu≤100MPa）、超高强混凝土（抗压强度fcu\u003e 100MPa）。
根据混凝土的配筋方式，可分为素混凝土、钢筋混凝土、纤维混凝土、钢丝网混凝土、预应力混凝土等。
混凝土的原材料中的砂、石、水是地表来源丰富的材料，较为廉价。同其他材料相比，混凝土价格较低，容易就地取材，结构建成后的维护费用也较低。
硬化混凝土具有较高的力学强度，目前工程构件最高强度可达 130 MPa，同时与筋有牢固的黏结力，使结构安全性得到充分保证。
混凝土一般可有1~2小时的防火时效，比起钢铁较为耐火，不会出现钢结构建筑物在高温下很快软化而造成坍塌的现象。
混凝土与钢筋等材料有牢固的黏结力，与钢材有基本相同的线膨胀系数，可在混凝土中配筋或埋设钢件制作钢筋混凝土构件或整体结构。
生产混凝土及其制品，相对其他建筑材料能耗较低。据测算，混凝土能耗为440~770kw·h/m，钢筋混凝土能耗为800~3200kw·h/m，预应力混凝土能耗为700~1700kw·h/m。
混凝土在土木工程中适用于多种结构形式，可根据不同要求配制出不同的混凝土加以满足施工要求，或通过设计和模板制成不同形态的建筑物及构件，可塑性强。
混凝土自重大、比强度低，然而高层、大跨度建筑物要求材料在保证力学性质的前提下，以轻为宜。
混凝土的抗拉强度是混凝土抗压强度的1/10左右，是钢筋抗拉强度的1/100左右。
混凝土属于脆性材料，变形能力差，仅能承受少量的张力变形，超过无法承受而开裂。另外，混凝土抗冲击能力差，在冲击荷载作用下容易产生脆性断裂。
混凝土中水泥浆量过大时，其体积不稳定性较为突出。伴随温度、湿度、环境介质的变化，容易引发混凝土体积变化，产生裂纹等内部缺陷，直接影响建筑物的使用寿命。
预拌混凝土是现代混凝土的主体，拌合物的流变性能成为重要问题。工程中常出现由于拌合物稳定性不好，严重影响混凝土的匀质性，从而导致工程质量问题的现象。
胶凝材料指混凝土中除骨料及细颗粒之外的所有粉体材料。混凝土所用胶凝材料种类较为广泛，有水泥、生石灰、石膏、沥青以及聚合物、硫等，工程中所指混凝土一般为通用硅酸盐水泥拌制的混凝土；以其他胶凝材料制备的混凝土，通常冠有胶凝材料的名称，例如硫黄混凝土、聚合物混凝土、沥青混凝土等。
普通混凝土用骨料，也称集料，按其粒径分为细集料、粗集料，在混凝土中主要起BOBBIN作用，可有效地降低水化热、减少收缩裂缝的产生和发展。
粗集料指粒径大于4.75 mm的颗粒，包括卵石、砾石。卵石是由自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的岩石颗粒。碎石是由天然岩石、卵石或矿山废石经机械破碎、筛分制成的岩石颗粒。
细骨料指粒径小于4.75mm的集料，包括天然砂、人工砂。天然砂是自然生成的，经人工开采和筛分的粒径小于4.75mm的岩石颗粒，包括河砂湖砂、山砂淡化海砂，不包括软质、风化的岩石颗粒。人工砂是经除土处理，由机械破碎、筛分制成，粒径小于 4.75 mm的岩石矿山尾矿或工业废渣颗粒，不包括软质、风化的颗粒。
外加剂是为改善和调节混凝土性能而掺加的物质，主要分为早强剂、减水剂、缓凝剂、引气剂。在混凝土中掺入适量的外加剂，可提高混凝土质量、改善混凝土性能、减少混凝土用水量、节约水泥降低成本、加快施工进度，是混凝土材料中用量最少但对其性能却有极大影响的组分。
早强剂指掺入到水泥砂浆或混凝土中能加速水泥砂浆或混凝土硬化，提高混凝土强度，尤其是早期强度的外加剂。较常用的早强剂有氯盐类早强剂（氯化钙和氯化钠）、硫酸盐早强剂（硫酸钠和硫代硫酸钠）、三乙醇胺复合类早强剂，其中氯盐类早强剂的早强效果为最佳。
减水剂是在保持新拌混凝土和易性相同的情况下，能显著降低用水量的外加剂。按其减水率大小，可分为普通减水剂（以木质素磺酸钙盐类为代表）、高效减水剂（系、三聚氰胺系、氨基磺酸盐系、脂肪族系等）和高性能减水剂（以聚羧酸系高性能减水剂为代表）。
缓凝剂是一种延长水泥凝结时间、降低水泥水化速度和水化热的外加剂，分为有机缓凝剂和无机化合物缓凝剂两大类，无机缓凝剂主要有磷酸盐、偏磷酸盐类、硼砂、氟硅酸钠等，有机缓凝剂主要有轻基羚酸、胺基羚酸及其盐类、多元醇及其衍生物、糖类等化合物。
引气剂指能在混凝土或砂浆中形成细小的均匀分布的并在硬化后仍能保持空气微泡的外加剂，主要性能是提高混凝土的和易性、抗冻融性。中国使用最普遍的引气剂为松香皂类的松香热聚物和松脂酸钠、烷基苯磺酸钠、基磺酸钠、洗衣粉。
矿物掺和料指在混凝土拌合物中，为改善混凝土性能，以硅铝钙等氧化物为主要成分、具有一定细度的天然或者人造的矿物质粉体材料，是现代混凝土的重要组分。常用的矿物掺和料有粉煤灰、粒化高炉磨细矿渣、微硅粉、沸石岩粉等，其中粉煤灰和磨细矿渣的应用最为普遍。矿物掺和料的作用有减少水泥用量，改善混凝土的工作性能；降低胶凝材料水化热；减少混凝土干缩、自收缩；增进后期强度；调整混凝土的内部微结构，提高抗渗性和抗化学腐蚀能力；抑制碱-骨料反应等。
粉煤灰又称飞灰，是由燃烧煤粉的锅炉烟气中收集到的细粉末，一部分呈球形，表面光滑，由直径以微米计的实心和（或）中空玻璃微珠组成，一部分为玻璃碎屑以及少量的莫来石、石英等结晶物质。粉煤灰属于具有低反应活性、易于加工而且具有良好需水行为的超细填料，是现代混凝土中重要的矿物掺合料之一。
磨细矿渣的全名为“粒化高炉磨细矿渣”，是高炉炼铁得到的以硅铝酸钙为主的熔融物，经冷成粒的副产品。磨细矿渣的活性比粉煤灰高，等量替代水泥，在混凝土拌和时直接加入混凝土中，可改善新拌混凝土及硬化混凝土性能。磨细矿渣的成分除玻璃体以外，还含有少量硅酸二钙、钙铝黄长石和莫来石晶体矿物，具有一定的自硬性。
混凝土配合比设计即确定每立方米混凝土中各组成材料的用量或各组成材料的质量比。普通混凝土配合比设计的基本要求为满足便于搅拌、运输和浇捣密实的施工和易性；满足设计要求的强度等级；满足工程所处环境条件所必需的耐久性；满足上述三项要求的前提下，最大限度地降低水泥用量，节约成本，即经济合理性。
通常混凝土在就近的搅拌站生产，通过搅拌车将其运输到工地现场完成浇筑等工作。混凝土搅拌车的搅拌筒在运输途中保持转动，以此抑制混凝土的水化反应并阻止凝结，进而保证混凝土流动性能和质量。
混凝土浇筑指把配置好的混凝土浇筑到建筑工程安装的模板中，进行充分振捣，提升混凝土浇筑的密实度，到混凝土固化之后，形成一个完整的建筑结构。
混凝土是水硬性材料，在其强度增长期必须保持构件表面湿润，以保证水泥充分水化。混凝土的标准养护指温度为20+3°C，相对湿度在95%以上条件下进行的28d养护。混凝土强度以标准养护为依据，为使同批施工混凝土质量有可比性，试件采用标准养护。
混凝土的基本强度指标有抗压强度、抗拉强度。
混凝土的立方体抗压强度是按规定的标准试件和标准试验方法得到的混凝土强度基本代表值。《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081）规定，以每边边长为150mm的立方体为标准试件在20+2℃、相对湿度在95%以上的潮湿空气中养护28d，依照标准制作方法和试验方法测得的抗压强度值（以MPa为单位）作为混凝的立方体抗压强度，用符号fcu表示。
棱柱体试件（高度大于截面边长的试件）的受力状态更接近于实际构件中混凝土的受力情况。按照与立方体试件相同条件下制作和试验方法所得的棱柱体试件的抗压强度值，称为混凝土轴心抗压强度，用符号fc表示。《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081）规定，混凝土的轴心抗压强度试验以150mm×150mm×300mm的试件为标准试件。
中国及其他国家常采用立方体或圆柱体的劈裂试验来测定混凝土的轴心抗拉强度。《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTGE30）规定，采用150mm立方块作为标准试件进行混凝土劈裂抗拉强度测定，测得的混凝土劈裂抗拉强度值（ft）换算成轴心抗拉强度（fts）时，应乘以换算系数0.9，即ft=0.9fts。
在实际工程中，为计算结构的变形，必须要有一个材料常数——弹性模量，而混凝土受压应力——应变关系是一条曲线，在不同的应力阶段，应力与应变的比值并非一个常数，随着混凝土的应力变化而变化，所以相应地称之为混凝土变形模量。混凝土的变形模量有三种表示方法，即原点弹性模量、切线模量、割线模量。
在混凝土结构使用阶段，混凝土变形模量可用混凝土原点弹性模量表示，称为混凝土弹性模量（用符号Ec表示）。混凝土弹性模量是根据混凝土棱柱体标准试件用标准的试验方法所测得的规定压应力值与其对应的压应变值的比值。
在荷载的长期作用下，混凝土的变形将随时间而增加，即在应力不变的情况下，混凝土的应变随时间持续增长，这种现象称为混凝土的徐变。混凝土徐变变形是在持久作用下混凝土随时间推移而增加的应变。影响混凝土徐变的主要因素有混凝土在长期荷载作用下产生的应力大小、加荷时混凝土的龄期、混凝土的组成成分和配合比、养护及使用条件下的温度与湿度。
在混凝土凝结和硬化的物理化学过程中体积随时间推移而减小的现象称为混凝土收缩。引起混凝土收缩的主要原因为硬化初期水泥石在水化凝固结硬过程中产生的体积变化，以及硬化后期混凝土内自由水分蒸发而引起的干缩。影响混凝土收缩的重要因素有混凝土的组成和配合比、构件的养护条件和使用环境的温度与湿度、构件的体表比。
混凝土的耐久性指混凝土抵抗环境介质作用，并长期保持良好的使用性能和外观完整性，从而维持混凝土结构安全、正常使用的能力。影响混凝土结构耐久性的内部因素主要有混凝土的强度、密实性、水泥用量、水灰比、氯离子及碱含量、外加剂用量、保护层厚度等；外部因素则主要是环境条件，包括温度、湿度、CO，含量侵蚀性介质等。
混凝土广泛应用于工业与民用建筑领域，例如中国超过100米高的高层建筑大多为混凝土结构或混凝土和钢的组合结构，其中比较具有代表性的建筑有上海金茂大厦，共88层，高度为420m，主体为钢筋混凝土结构，部分柱采用型钢混凝土柱；上海环球金融中心，共101层，高度为492m，采用钢筋混凝土建造等。
隧道、桥梁、高速公路、城市高架公路、地铁等交通工程常采用混凝土结构。2023年6月11日，中国深中通道海底沉管隧道的最终接头顺利推出，该接头实现与E24管节的精准对接，标志着世界最长最宽钢壳混凝土沉管隧道正式合龙。
大坝、拦海闸墩、渡槽、港口等水利工程多采用混凝土结构。例如中国白鹤滩水电站大坝，采用300米级特高混凝土双曲拱坝，其主体混凝土浇筑总量803万立方米；长江三峡水利枢纽工程，其混凝土大坝高达186m，坝体混凝土用量达1527万立方米。
核电站的安全壳、热电厂的冷却塔、储水池、储气罐、海洋石油平台、电视塔等特种工程大多采用混凝土结构，例如多伦多的预应力混凝土电视塔高达549m，是代表性的预应力混凝土构筑物；东方明珠广播电视塔高度为415m，主体为混凝土结构。核电站安全壳使用能够屏蔽γ射线、X射线、中子辐射的防辐射混凝土，其中胶凝材料为硅酸盐水泥或铝酸盐水泥、水泥、镁氧水泥等，骨料为重晶石、磁铁矿、褐铁矿和再生铁块等。
高性能混凝土（High-performance Concrete，HPC）在欧洲被定义为具有28天高强度（通常大于60MPa）或低水胶比（小于 0.40）的混凝土，在美国被定义为一种满足常规基础上无法达到特定要求的特殊混合物；在中国被定义为采用常规材料和生产工艺，具有混凝土结构所要求各项力学性能，且有高耐久性、高工作性、高体积稳定性的混凝土。
超高性能混凝土（ Ultra-high Performance Concrete，UHPC）是一种新型水泥基复合材料，具备超高的力学性能及优异的耐久性能，其设计方法是基于颗粒紧密堆积原理和纤维增强机理，实现其超高的强度、韧性及致密的微结构。在新型构件中，超高性能混凝土可应用于构件的受力部位，提升构件的力学性能和减小构件的尺寸，如超高性能混凝土与普通混凝土的组合结构、湿接缝等。在结构的维护与加固中，超高性能混凝土应用于结构的受损薄弱部位，可恢复既有结构的力学性能，起到增强作用，而且能作为保护层抵抗外界有害离子的侵蚀，如桥面修复桥墩加固等。
中国吴中伟院士于1997年首次提出绿色高性能混凝土（Green High Performance Concrete，GHPC）的概念。绿色高性能混凝土是一种具有高施工性能、高耐久性与高强度，能够保护环境、节约能源、有益于人体健康的新型混凝土，所使用的水泥为绿色水泥。
再生混凝土（Recycled Concrete）指建筑固废中的混凝土块经过机械破碎、筛分以及清洗制成再生骨料，再将再生骨料部分或者全部取代天然骨料配制成的混凝土，又称为为再生骨料混凝土。再生混凝土按集料的组合形式可分为以下几种情况：集料全部为再生集料；粗集料为再生集料、细集料为天然砂；粗集料为天然砾石或卵石、细集料为再生集料；再生集料替代部分粗集料或细集料。
自诊断混凝土（ Self-diagnostic Concrete）又被称为自感应混凝土，根据对不同物质的敏感性，可分为压敏性和温敏性两类。混凝土材料本身并不具备自感应功能，需加入可导电的智能材料使混凝土具备自感应功能，常见的导电阻可分为聚合物类、碳类、金属类、光纤类。
自调节混凝土（Self-regulating Concrete）是通过复合具有执行（驱动）功能的机敏材料，在环境变化以及遭受自然灾害时，可通过改变自身某些物理特性来调节变形、提高结构承载力或控制、减缓结构振动。自调节混疑土具有电力效应和电热效应等性能。
自修复混凝土（Self-healing Concrete，SHC）是一种具有感知和修复性能的混凝土，模仿生物机体受创伤后的再生、恢复机理。自修复混凝土采用修胶粘剂和混凝土材料相复合的方法，对材料的损伤具自修复和再生功能。自修复混凝土在一定程度上可以有效修复裂缝和缺陷，提高混凝土的强度和耐久性，提高工程寿命，因此在海洋工程、建筑工程、交通工程、水利工程等领域均有广阔的应用前景。