随着现代技术工业化的迅猛发展，混凝土的种类得到了不断细化。在建筑成品技术的不断扩展前提下，我国及国外逐渐发展出了适应不同环境和目的要求的特种混凝土，笔者以在德国建筑材料研究所（IBMB）工作的亲身经历争取以较短的篇幅向广大读者介绍国外特种混凝土的主要分类、组成结构、力学特征、优缺点以及主要应用前景。
在现代混凝土技术中已经形成了一支以不同的目的被发展的独特的混凝土行列——特种混凝土。在这些不同的目的要求下导致了混凝土的加工方式、建筑方法以及达到强度后凝固混凝土的特性发生了变化。对于特种混凝土一般被分为以下八大类别：
高强度混凝土；纤维混凝土；轻型混凝土；自密实式混凝土；外观混凝土；防辐射混凝土（重混凝土）；湿地混凝土；水下混凝土。由于篇幅有限在这里将着重介绍高强度混凝土（high-strength concrete）、纤维混凝土（fiber concrete）和轻型混凝土（lightweight concrete），其他特种混凝土作简略介绍。
1.高强度混凝土由来
1.1按照德国工业规范的定义（DIN1045）强度等级在C60/75至C100/115的混凝土被视为高强度混凝土，（对于轻型混凝土强度等级在LC55/60至LC80/88的轻型混凝土也视为高强度轻型混凝土。）高强度混凝土首先被采用由于那些经济性的考虑，比如可以节省在高强度要求下的压应力分布钢筋等。随着时间的发展混凝土强度的发展得到了长足的进步。在德国高强度混凝度1990年被首次应用在高层建筑上。高强度混凝土的应用首先是为了满足高标准要求下的压力分布，像高层建筑的支撑和墙或者是大门的转接部位，其他应用的高强度混凝土在桥梁中也有涉及。
1.2 组成成分
高强度混凝土的强度从60N/mm2到100 N/mm2被标记，为了能达到这样的强度必须使水灰比（W/Z）保持在0.4以下并且加入火山灰附加物、飞灰、二氧化硅微粒以及流动介质。所有符合要求的水泥应优先考虑强度等级在C42.5至C52.5的水泥，具体要求可参看（DIN EN 197）欧洲工业标准 197款执行。
1.2.1二氧化硅粉末
二氧化硅粉末的加入保证了混凝土强度等级高于C70/85.然而却加大了加工的难度并提高了混凝土的收缩范围。二氧化硅作为悬浮物被加入，其质量占水泥含量最大不超过的11%。微粒的大小大约在0.05-0.5μm,其大小比水泥颗粒精细50到100倍。二氧化硅粉末不仅提高了混凝土的密度而且也提高了混凝土的极终强度。高精的二氧化硅微粒降低了可渗透性，但对于它的大表面积也提高了水的需求量。
1.2.2飞灰
飞灰的颗粒大小是与水泥大小相当（1-100μm）。与水泥相比飞灰有理想的颗粒级配分布，颗粒大多是圆球形。它的存在改善了和易性并且降低了水化热的发展。虽然它的加入对于混凝土极终强度的提高不如二氧化硅微粒那样明显。
1.2.3骨料
相关骨料应该选用哪些圆形的、有很高颗粒强度的、吸水性低的，有粘性的最精细的成分来应用，其中沙子的选择应该选用颗粒直径低于0.25mm的品种，
1.2.4流动介质
流动介质。一般流动介质的原材料成分有主要四种，磺化木浆、磺化萘、磺化三聚氰胺和聚合羧酸盐。它的主要作用是：
——降低水需求量
——在相同水含量下改善和易性
——减少了稠度下降的影响
——降低了拌和水量
——改善了混凝土的内聚力
高性能的流动介质在高强度混凝土生产中是不可或缺的。其投入数量被限制在70g/kg水泥。为了延长其较好的和易性，流动介质在添加时必须被准确计量并且在投入的时间点上也分为在成品混合时马上添加和现场工地预制时后添加两种情况。除了在高强度混凝土用流动介质外，在制造流动混凝土和自密实式混凝土时也会用到流动介质。它的投入使混凝土的水灰比（W/Z）下降，并且增加了高强度混凝土的所追求的强度等级。
1.2.5 塑料纤维
塑料纤维的使用原则上不会增加混凝土的强度但是会降低在火灾中高强度混凝土的破损风险，从而降低其防火等级。目前在实验中被确认的塑料纤维物质中主要有聚丙烯（PP）。加入占体积0.1%—0.3%的聚丙烯。聚丙烯的作用方式是当温度从87摄氏度开始聚丙烯体积收缩至原来的42%。通过体积的缩小在混凝土缝隙中就形成了中空的空间，进而使保证了蒸发的水在火灾中有足够的空间膨胀，从而在火灾中降低了孔隙水压力并避免了大面积的混凝土错位。
然而纤维的投入改变了混凝土的稠度，降低了混凝土的稠度等级。不但如此纤维还使强度等级下降了5%。因此它也要在实际应用中提前计算出来。
1.3高强度混凝土特性的变化
除了强度有别于普通混凝土，高强度混凝土在下列特性下也有所区别：
高强度混凝土： 和易性减弱、水化热发展降低、收缩度减小、密度增强、抗化学腐蚀能力增强、防腐蚀性加强、抵抗霜露增强、抗磨损性减弱。
高强混凝土的承载能力显著区别于普通混凝土，通过加入二氧化硅粉末和流动介质使它产生了很高的包装密度，它主要通过二氧化硅的反应展示出很高的强度。它的断裂主要来自骨料的断裂并且突然发生。高强度混凝土是没有断裂征兆的近脆性物质，当然在追求高强度的同时也牺牲了混凝土的韧性。
1.4 高强度混凝土的成本
建筑设施的经济性和可持续性在今天扮演者十分重要的角色。在高强度混凝土中材料成本占去了总成本的30%-60%。与普通混凝土相比高强度混凝土提高了本身价格。因为在高强度混凝土生产中高标准的水泥以及二氧化硅粉末和流动介质的添加甚至到纤维和特殊骨料的投入都是必不可少的。其他提高高强度混凝土成本的因素还有复杂的现场加工和为保证质量的加强措施等。尽管提高了成本但是依靠出色性能高强混凝土还是有很强的可替代性，在工业建筑和基础设施中正扮演者越来越多的角色。
2. 纤维混凝土
2.1纤维混凝土的历史
在混凝土和砂浆中加入纤维的这种想法不是从最近20年才开始的。早在古埃及时就使用一种纤维筋，在这里面被绞碎的秸秆被放入到被风干的粘土中，以致于易脆的粘土具有了一定的拉力强度。中世纪在建筑烟囱时砂浆放入了动物毛发，目的是用以防止温度起伏时而产生相应的裂缝。在20世纪初很多抹灰中被加入了小牛毛发用以防止收缩裂缝。在1918年通过掺入长钢纤维用以改善混凝土拉应力强度的方法被申报了专利。自从九十年代开始纤维混凝土在所有领域广泛得到应用。
纤维混凝土应该服务于影响和改善以加筋或不加筋的混凝土为目标的混凝土技术特性的增强，他的任务不是取代钢筋混凝土，纤维混凝土的技术特性主要依赖于以下因素：
--纤维的拉应力强度
--纤维的长度和形式
--纤维的定向和相同的分布
--混凝土的组成成分
--纤维的含量
2.2纤维分类和特性
纤维基本上被分为有机纤维和无机纤维，对于无机纤维主要有钢、玻璃、碳、碳化硅、和硅酸铝。对于有机纤维的生产主要涉及多种塑料比如像聚丙烯（PP）、聚乙烯醇、聚酯、聚芳酰胺和天然纤维比如大麻、剑麻和羊毛等。脆性纤维在裂缝的连续发展上易带来缺陷，特别是在弯矩不能够画出完整的应力分布的区域。因此尽量避免使用。在表格2.2中不同纤维混凝土类型的各种特性值被详细介绍。
Tab 2.2不同纤维混凝土类型的各种特性值
纤维类型密度
（g/mm2）拉力强度
（N/mm2）弹性模量
（N/mm2）断裂膨胀
（‰）抗碱性最大温度
（℃）截面尺寸
（mm）
钢纤维7.8500-26002000005-35明显改善 100-500
一般玻璃纤维2．62000-40007500020-35 8008-15
碳纤维1.6550-75030000-3200020明显改善 300015
高强碳纤维1.9260023000010明显改善30009
聚丙烯0.98450-7007500-1200060-90明显改善
聚芳酰胺1.42700-360070000-13000021-40无改变400-60012
2.3纤维混凝土的组分
纤维混凝土区别于素混凝土原因在于加入了相对短小的纤维物质。由于纤维的掺入而使混凝土的力学性质发生改变。通过应用合适的纤维种类可以达到如下效果：
--提升抗拉和抗弯强度
--提升延展性
--避免裂缝产生
--提升打击强度
--提高断裂膨胀度
--增强耐久性
--提升抵抗动力荷载的能力
经试验测定。在纤维混凝土应用上含量在总体积中0.5-2.5%的（最少质量在20kg/m3）钢纤维与水灰比（W/Z）在0.4-0.5还有同大颗粒在16mm的一般混凝土以及颗粒在8mm的喷射混凝土一起在工程中得到使用。玻璃纤维混凝土的含量被控制在总体积的2-5%与水灰比（W/Z）在0.35-0.5以及与4mm骨料一起使用可以很好的提高抗拉和抗拉强度。对于塑料纤维混凝土可以按照追求的某一特性要求改善纤维的含量。碳纤维混凝土含量在0.1-1.0%可以有效的降低收缩裂缝倾向，在含量1.0-3.5%可以提高抗拉和抗弯强度，含量在1.0-2.0%可以提高抗冲击能力，含量在0.5-3.5%可以改善基本强度。
2.4硬化后混凝土的基本属性
表格2.4列举了经试验测试的钢纤维、玻璃纤维和塑料纤维混凝土的特性改变
Tab.2.4 由于投入纤维而发生改变的混凝土特性
纤维混凝土
的力学特性钢纤维混凝土玻璃纤维混凝土塑料纤维混凝土
生混凝土密度无变化变小无变化
空气孔隙含量轻微提高提高提高
稠度变硬变硬变稠
压力强度无变化无变化无变化
抗拉强度无变化提高无变化
分裂拉力强度提高提高提高
后期裂缝拉力强度提高提高提高
抗冲击能力提高提高提高
裂缝形成提高提高提高
收缩和徐变无变化无变化无变化
抗霜冻能力无变化提高提高
耐久性提高提高提高
火灾抑制无变化提高提高
3．轻混凝土
3.1 何为轻型混凝土
一般来说，当它的干燥密度低于2000 kg/m3时就被叫做轻混凝土了。轻混凝土的问世弥补了一般混凝度的缺点，具有较低的密度和较好的隔热性。与一般混凝土相比显著减少的密度通过有目的地在混凝土中带入了很多的空隙作用的结果。这要么是加入了多孔性轻辅料的结果要么就是通过在水泥排列矩阵中使其产生中空的结果。
3.2结构
一般轻型混凝土有三种空隙结构，分别是：
（1）颗粒空隙结构—一般混凝土的闭合缝隙被保留致使大密度颗粒被多空的轻型附加颗粒代替。
（2）矩阵排列空隙结构——矩阵型粘合物被吹泡或吹涨。
（3）蜂窝状空隙结构——闭合的缝隙通过降低精细颗粒并加入多空性的结合物。
多孔性直接影响着混凝土的密度和热传导性，孔隙度越高，混凝土就越轻并且热传导性就越低。
3.3分类应用
轻型混凝土从承载的材料到有微小强度的轻型元素在建筑领域可以看到不同的应用。原则上轻型混凝土按照其密度被分为结构型轻混凝土、隔热结构型轻混凝土、超轻型混凝土。见图表3.3给出了这三种轻质混凝土及其简单特性的概况表
Tab.3.3三种轻型混凝土的分类及概况
轻混凝土类型
应用举例
添加形式
粗密度
kg/m3抗压强度
（N/mm2）热传导系数
（W/mK）
结构型轻混凝
土钢筋混凝土和
应力混凝土膨胀陶土
膨胀石板1300-200015-550.50-1.30
隔热结构型
轻混凝土高层建筑的
墙和屋顶多孔隙混凝
土800-13002-150.20-0.50
超轻型混凝土平屋顶的隔热
隔绝混凝土膨胀云母
木屑、泡沫200-8000.2-20.05-0.20
4.自密实式混凝土（self-compacting concrete）
4.1自密实式混凝土兴起
自密实式混凝土大概在20年前在日本首次得到应用。它是鉴于其混凝土生料具有高性能的一种混凝土。它是一种没有外来密封能量作用的只依靠自身重力流动的一般混凝土。这种混凝土可以自行排出空气并自行密实。由于它很强的流动能力此种混凝土可以完全填满模板并且制造出很光滑的表面。其后期特性与一般混凝土相当，只是混合过程的设计较为复杂。
4.2组成成分
自密实式混凝土的特色是利用它很重要的流变属性和粘滞性。对于此种流体必须使流动界限变小，也就是说必须使骨料的离析倾向、沉淀以及悬浮量达到最小。由此一种可达到的高标准措施对于粘滞性必须得到体现。此种要求通过以下三种方法被达到：
——增加粉末颗粒含量
——加入稳定剂附加物
——均匀协调此二者
4.2.1流动介质
在高强度混凝土中曾经谈到流动介质，在这里一种合适的介质对于自密实式混凝土也是必不可少的，这里他的主要成分以聚合羧酸盐（Polycarboxylate）为主。它的应用可以降低表面应力，增强电离排斥力从而保证了悬浮物的散凝作用。
4.2.2稳定剂
为了防止自密实式混凝土发生离析，可以放入一种俗称的稳定物质。它可以保持混凝土比较低的流动性并保持其粘滞性达到一种稳定区间。一般的稳定剂分有机和无机。有机材料有甲基纤维素（methylcellulose）、多糖（polysaccharide）。无机物主要有熔渣和飞灰。
4.3优缺点
自密实式混凝土如下所示：
优点： 缺点：
——全部填充模板 ——十分敏感
——相同同质性 ——较高的材料成本
——有很好的加固度 ——较高的模板压力
——表面无空隙和缩孔 ——流变属性十分依赖于温度
——较好地表观质量 ——持久性还有待研究
——无需密封工作 ——尚未标准化
自密实式混凝土于传统混凝土相比具备很多优点。但是目前还只存在在一些小型建筑中，究其原因主要是由于其变形和耐久度还有待进一步研究以及传统经验的局限。自行密封式混凝土在各国发展不一，在日本和德国被部分采用但是在荷兰自密实混凝土被广泛应用，在荷兰从一般建筑物到建筑构件场都普遍采用了自密实混凝土。可以预见随着其变形持久性研究的进一步揭开自密实混凝土会得到广泛的认同和大规模标准化应用。
5．外观混凝土
顾名思义外观混凝土是表面可保留事先设定的表观的一种混凝土。其主要目标是产生出光滑明丽的表面效果。对于外观混凝土精确地表面质量的评价是比较困难的。因为每个建筑商所要求的美学效果不甚相同。一般外观混凝土按照不同的形式结合成三类：
——表面无加工的只显示模板结构的混凝土
——经机械加工的混凝土表面（通过冲刷或喷砂）
——加刷薄涂层的混凝土表面
需要指出的是在外观混凝土的制作中有时要加入一些特制水泥、骨料和涂料，在它们被投入、密封和后期养护时尤其要格外注意。
6.防辐射混凝土
在核技术设施的建造方面为了屏蔽放射性照射或者增强建筑抵抗照射的能力时，防辐射混凝土派上了用场。大多数情况下防辐射混凝土是添加了重附加物的重混凝土，所以也称重混凝土。它提高了混凝土的粗密度和显著加大了含水量。只有如此它才能在温度从400℃通过水化产品的排水作用降到室温.从而在高温下通过显著的烘干效应在核原子周围的混凝土才能实现遮蔽效果。因此防辐射混凝土中必定要加入具有结晶水成分的添加物比如（褐铁矿石、含硼物质）。此外混凝土添加物的遮挡元素也按照等级被分类，具体的标准可以参看德国工业规范（DIN）第25413款。因此只有掌握了遮挡元素的选择和控制住高含水量防辐射混凝土才能被准确的计算并设计出来。
7.水下混凝土，湿地混凝土
表格7.1简单介绍其它特种混凝土的应用和特性
分类应用领域特性目标
水下混凝土水中矿坑、桥墩、在地下水力
的大孔桩、港口路面高抗渗性，流动稠度、高抗
化学腐蚀性反离析装配、自行密实、防水
的
湿地混凝土混凝土管、走道板、混凝土
瓦片低水灰比，具有基础强度很高的抗霜露能力、早期脱模
Tab7.1 简介水下混凝土和湿地混凝土
除了以上浅析的八种特种混凝土外，还有在隧道工程中应用的喷射混凝土和隔音环境下的特殊混凝土以及高防火等级要求的高性能混凝土也被研发出来并得到了应用。目前特种混凝土的发展也是方兴未艾。但是由于缺乏统一的标准，特种混凝土的发展也受到了限制，尽管在某些国家内和行业间就某些特种混凝土的标准也达成了共识，但距离共同的技术推广还有待时日，相信随着国际化和行业交流的深入发展特种混凝土必会迎来美好的明天。
