一、超高层、大跨度建筑与超高强、超轻混凝土
1999年10月12日，人类迎来了“世界60亿人口日”。人口的增加，导致人均土地及各种资源占有率，尤其是人均耕地面积的减少，目前世界人均耕地面积已不足0.25公倾/人。随着城市人口密度日趋加大，城市功能日益集中和强化，需要建造高层建筑，以解决众多人口的生活、工作空间。同时，人们的观念也在发生变化，人们将更加追求精神上、情趣上的享受，大型公共建筑的需求量将增多，未来的建筑物将向更高、更大跨度发展。
混凝土强度的不断提高，以及钢筋混凝土、预应力混凝土技术的发展，以钢筋混凝土为主体结构的高层和超高层建筑不断涌现，在全世界119幢高度超过200m的超高层建筑中，有25幢采用了钢筋混凝土结构。与钢结构相比，钢筋混凝土建筑物的建造成本较低，稳定性和耐火性好。随着高性能混凝土的开发和施工技术的不断提高，钢筋混凝土结构的高层和超高层建筑还将不断增多。
然而，技术发展到今天，人们在向超高层和大跨度挺进的过程中，已碰到了混凝土过重的问题，这一问题使设计施工都受到很大限制。在当前的技术水平条件下桥梁跨度基本上到了临界状态。对于超高层建筑，从计算上来讲，建造200层大楼不会成为问题，但庞大的柱子从使用和美观上显然是不合理的，况且混凝土的延性较差，用在抗风、抗震结构中是要担风险的。除非能大幅度提高混凝土强度、减轻混凝土自重、改善混凝土性能，否则高度、跨度都难以增大。
提高混凝土强度、降低混凝土表观密度可以说是土木建筑技术界的一个宿愿。从理论上讲，混凝土的抗压强度可达到400MPa以上，国际上曾有过用特殊方法制成C370的报道，一些发达国家制造C100混凝土已是轻而易举的事，我国在这方面尚需努力，应朝着近期实现高强度C50～C100普及化，远期实现超高强度C100化的目标奋进。
二、大气中CO2浓度增大，酸雨增多与高密实度、低污染混凝土
自然状态下大气中CO2浓度为0.03%，进入20世纪后半期，大气中CO2浓度呈上升趋势。据报导1990年初观测大气中CO2浓度已经达到0.035%，预计到本世纪末将达到0.1%。大气中CO2浓度的增加，以及由此引起的地球表面温度上升，即所谓的温室效应的共同作，将加快混凝土的中性化速度。
众所周知，水泥基混凝土材料依靠其中的水泥与水反应，生成具有一定强度和粘结力的凝胶体而产生强度，硬化的水泥凝胶体含有25%～30%的Ca(OH)2晶体，因此正常情况下混凝土呈碱性，PH值在12～13之间。这种碱性环境对钢筋起到保护作用，即在钢筋周围形成一层钝化膜，使钢筋不生锈。然而混凝土是一种非均质、多孔材料，环境中的空气和水分将通过这些孔隙向混凝土内部渗透或扩散，与水泥凝胶体中的Ca(OH)2发生碳化反应，使混凝土中的碱性物质变成碳酸盐，其结果是混凝土的碱性降低，其PH值可下降为8.5～10，即混凝土中性化。当然引起混凝土中性化的原因还有酸雨及酸性土壤等。
降雨本来是大自然赐予人类及地球上所有生物的恩惠，正常的降雨其PH值为5.6，因雨水中溶解大气中的CO2，因此与纯水相比略呈酸性。但从20世纪70年代开始，欧洲等地出现了PH＜4的酸性雨，80年代以后，我国东南沿海及部分内地地区也相继出现了大面积的酸雨。酸雨对植物生长不利，也给建筑物带来危害。酸雨中的酸根对混凝土中的骨料和水泥凝胶体均会产生严重的腐蚀作用。
混凝土的中性化所带来的最大不利影响是使钢筋保护层破坏，钢筋容易生锈，从而导致钢筋混凝土结构的破坏。国外的一些调查表明，密实度和强度足够高的混凝土，经20～30年后，碳化深度一般不超过10mm，钢筋没有锈蚀迹象。密实度和强度低的混凝土，5～6年，混凝土碳化深度可达到30mm，20～30年后碳化深度达50～70mm。而对于同一密实度的混凝土，碳化反应速度又取决于环境中CO2浓度，CO2浓度越高，碳化速度越快，对钢筋混凝土结构的耐久性越不利。
随着大气中CO2浓度的增大和酸雨的增多，碳化、腐蚀对钢筋混凝土的耐久性的威胁也越来越严重，因此我们应积极采取相应措施，提高混凝土本身的密实度，防止或缓解空气向混凝土中的扩散，以提高混凝土的抗碳化和抗腐能力。当然，我们更主要的是应减少工业对大气的污染，从开发新材料的角度，减少材料生产过程中CO2、CO、SOX的排放量。众所周知，混凝土材料本身就是一种CO2、CO、SOX高排放的产品，混凝土中的水泥大约占混凝土重量的1/5，在制造水泥时CaCO3的分解，排放出具有温室效应的CO2气体，依理论计算每生产1t水泥熟料，要排放大约800kgCO2。烧制水泥时煤炭的燃烧还产生CO2、CO、SOX等有害气体。目前全世界每年CO2的排放量大约为100亿吨，其中由于水泥生产而产生的CO2气体约占1/10，是产生温室效应气体的大户。总之，由于大气污染日益加重，我们应从开发新型胶凝材料和提高混凝土密实度两个方面加强研究，双管齐下发展混凝土材料。
三、新的施工工艺与大流动性、凝结时间自由调节混凝土
混凝土拌合物流动性的好坏直接影响到混凝土构件的施工、混凝土组分均匀性、结构密实性、质量和尺寸完好性。因此，新拌状态下混凝土的流动性一直是混凝土研究与生产领域的重要方向。
最初的混凝土是大流动性的，由于当时施工机械不发达，搅拌和振捣机械能力较差，只能加大用水量以提高混凝土的流动性。但是由于水灰比大，混凝土孔隙率大，密实度差，强度只能达到15～20MPa。随着机械工业的发展，用于混凝土搅拌、振捣施工的机械能力增强，可以采用机械搅拌、强力振动密实进行施工，因此可适当降低水灰比，使混凝土强度有所提高。从20世纪40年代开始，为提高混凝土强度，进一步降低水灰比，使拌合物非常干硬，需要依靠强力搅拌和振捣进行施工。但这种干硬性混凝土由于过于干硬，易使混凝土内部造成孔洞，密实性差。减水剂、塑化剂的开发应用，在较小水灰比条件下可获得塑性或流动性的混凝土，混凝土的流动性又从干硬性向塑性发展。1962年萘系减水剂的研制成功，使掺高效减水剂的混凝土在很低的水灰比条件下，获得很高的流动性，甚至可以不施加外力，在混凝土自重作用下，具有自己填充、自密实的能力，坍落度可达到22～25cm，而水灰比可以降低为0.3以下，甚至可以达到0.20左右。
大流动性混凝土具有很强的填充模板并自我密实的能力，即使是截面较小或配筋较密的构件，也可以不施加振动或加压手段，依靠混合物的自重即可达到填满模板并充分密实的程度，所以通常称为“免振混凝土”或“自密实混凝土”。这种混凝土对环境保护和节能降耗具有重要意义。
混凝土浇灌后在一定时间内并不硬化，如能自由调节凝结时间，那么预拌混凝土的制造设备、材料运输和生产工艺必将大为简化。有时我们为了缩短施工周期，希望混凝土能在极短时间内凝结并具有初期的承载能力；反之在需要长途运输时，我们又希望混凝土“休眠”一个时间，以适应作业需要。七十年代日本市场上出售的超速硬水泥或美国的调凝水泥，正是基于上面谈到的想法制成的，但超速硬水泥的水化热大，尚不宜胜以拌制表面系数较小的混凝土，且其调凝性能远不能按使用者意愿控制，同时目前产量较低，尚不能与普通水泥相匹配。上述问题如获得解决，混凝土将会成为更理想的工程材料。
四、特种构件与浸渍混凝土（PIC）
采用聚合物浸渍改良多孔材料性能的方法首先运用于木材，这种方法引伸到混凝土领域就是PIC。浸渍可以改变混凝土的力学性能，强度可提高200～400%，据报道抗压强度为58.8MPa的Φ7.5×45cm的试件经树脂浸渍后，抗压最大值可达到285MPa，其压弯弹性模量约提高50～80%，表面硬度和耐磨性增强至1.7倍以上，吸水率降至10%以下，透水系数显著减小，而热传导性、热扩散率、比热等几乎不发生变化。PIC目前的用处还不广，只是在个别场合，它主要用于有耐酸和耐药品性要求的管道和排水沟，有强度和耐久性要求的预制板和道路道挡石。另外在隧道涵洞的表面覆盖层、住宅的墙板、轨枕、海水淡化装置、混凝土船、混凝土坝的表面抗冲刷层、海洋采挖平台等部位，都有一定使用价值。要使这种新材料真正发展，必须认真研究一切与PIC制造有关的问题，如改进能适应不同使用目的的浸渍液以及极大地简化制造工艺等问题，还应当积极推广部分浸渍法并使PIC能在现场施工。在提高旧有构筑物的耐久性方面，部分浸渍现场施工方法将会发展成为一门必不可缺的分支技术。
五、人居环境与环保混凝土
环保型混凝土是指能减轻地球环境负荷，同时又能与自然生态系统协调共生的混凝土。它包括减轻环境型和生态型两大类。减轻环境负荷型混凝土，是指在混凝土生产、使用直到解体全过程中，能够减轻给地球环境造成的负担。这类混凝土研究得较多，在我国已有几十年的历史，但需更进一步发展。从利用高炉矿渣、粉煤灰等工业废渣作为水泥的混合材、混凝土的掺合料，到开发利用高流态、自密实、高性能混凝土，均属于减轻环境负荷型混凝土。
生态型混凝土则是指能够适应动、植物生长、对调节平衡、美化环境景观、实现人类与自然的协调具有积极作用的混凝土材料。这类混凝土的研究和开发还刚起步，它标志着人类在处理混凝土材料与环境的关系过程中采取了更加积极、主动的态度。它的目标是混凝土不仅仅作为建筑材料，为人类构筑所需要的结构物或建筑物，而且它是与自然融合的，对自然环境和生态平稳具有积极的保护作用。目前所开发的品种主要有透水、排水性混凝土，生物适应型混凝土、绿化植被混凝土和景观混凝土。
现代城市的地表不断被钢筋混凝土的房屋建筑和不透水的路面所覆盖，目前我国城市的道路覆盖率已达到7～15%。混凝土铺装的道路给人们的出行及商品的流通带来了极大的方便，提高了生产效率和生活质量。但这些不透水的道面也给城市的生态环境带来了诸多负面的影响。与自然的土壤相比，混凝土路面缺乏吸收热量和渗透雨水的能力，随之带来了一系列问题。一是能够渗入地表的雨水明显减少，而工业生产和现代生活使地下水的抽取量成倍增长，造成地下水位急剧下降，土壤中水分不足、缺氧、地温升高等；二是不透气的路面很难与空气进行热量与湿度的交换，对空间的温度和湿度等气候条件的调节能力下降，产生“热岛现象”，使气候恶化；三是当短时间内集中降雨时，由于大量雨水不能及时渗入地表，只能通过下水设施排入河流，大大加重了排水设施的负担，容易造成洪水泛滥等社会问题；再是降雨时不透水的道路表面容易积水，对车辆行人通行的舒适性和安全性带来不利的影响。
针对上述问题，20世纪80年代，美国、日本等发达国家开始研究透水性路面铺筑材料，并将其应用于公园、人行道、轻量级车道、停车场以及各种体育场地。在汽车工业、交通设施高度发达的21世纪，人类研究开发环保、生态型的透水性路面材料具有极为重要的社会意义和广阔的发展前景。
绿化混凝土是指能够适应绿色植物生长、进行绿色植被的混凝土及其制品。绿化混凝土可以增加城市的绿化空间，调节人们的生活情绪，同时能吸收噪音和粉尘，对城市气候的生态平衡也起到积极作用，与自然协调、具有环保意义。20世纪90年代初，日本最早开始研究绿化混凝土，当时主要针对大型土木工程。随着人类对环境和生态平衡的重视，混凝土结构物的美化、绿化、人造景观与自然景观的协调成为混凝土学科的又一个重要课题。近年来我国城市建设加快，城区被大量的建筑物和混凝土的道路所覆盖，绿色面积明显减少。所以也开始重视混凝土结构物的绿化。但到目前为止还仅限于使用孔洞型绿化混凝土块体材料，主要用于城市停车场。而对于郊外大型土木工程的施工，绿化则考虑得很少，破坏了的自然景观难以得到修复。因此积极地开发研究并应用绿色混凝土将是我国混凝土材料向环保型材料发展的一个重要方面。
六、资源枯竭与新骨料混凝土及可再生混凝土
地球上的资源是有限的，许多是不可再生的。土木工程是人类与自然界进行物质交换量最大的活动，全世界每年仅混凝土用量达到90亿吨，大量材料的生产和使用，消耗大量资源。150多年前，以硅酸盐水泥为胶凝材料的混凝土问世，就以其原材料资源丰富、价格低廉为主要优点，很快受到世人的青睐，而成为近代、现代土木建筑工程的主要材料。但是近些年来，由于用量越来越大，大量开山、采石，已经严重破坏了自然景观和绿色植被，挖河取砂，造成水土流失或河流改道等严重后果，许多国家和地区已经没有可取的碎石和砂子，混凝土的骨料资源出现了严重危机。因此人类必须开发节省资源的混凝土材料，并且要实现资源的可循环利用。
人造骨料就是以一些天然材料或工业废渣、城市垃圾、下水道污泥为原材料制得的混凝土骨料，它对环境保护有着非常积极的作用。生产人造骨料的工业废料很多，高炉矿渣、电炉氧化矿渣、铜渣、粉煤灰等。日本已经开发利用城市下水道污泥生产骨料的技术，这种骨料其强度达到了普通河砂砂浆的90%，很有利用前景。除此之外，还有粉煤灰陶粒、粘土页岩陶粒等人造轻骨料。使用轻骨料还可制造轻质混凝土材料，减轻结构物的自重，提高建筑物的保温隔热性能，减少建筑能耗。
用海砂取代山砂和河砂，作混凝土的细骨料，是解决混凝土细骨料资源问题的有效方法，因为海砂的资源很丰富。但是海砂中含有盐分、氯离子，容易使钢筋锈蚀，硫酸根离子对混凝土也有很强的侵蚀作用。此外，海砂颗粒较细，且粒度分布均一，很难形成级配；有些海砂往往混入较多的贝壳类轻物质。目前已经开发出一些对海砂中盐分的处理方法，例如散水自然清洗法、机械清洗法、自然放置法。对于海砂的级配问题，主要采取掺入粗碎砂的办法进行调整，使之满足级配要求。日本在海砂方面的利用已经达到了工业化生产的阶段，1995年产量达到5000万吨以上。
废弃混凝土的再利用最早开始于欧洲，1976年，以当时的西德、比利时和荷兰为主成立了“混凝土解体与再利用委员会”，开始研究废弃混凝土的消化与再生利用，并且将废弃混凝土再生骨料用于高速道路等实际工程。美国从1982年开始承认将混凝土废弃物作为混凝土的粗、细骨料，后日本也相继开始了对废弃混凝土再生利用的研究。由于我国的经济发展比发达国家滞后大约半个世纪，土木建筑等基础设施的建设也相应地落后了一定距离，混凝土结构物的废弃、解体的高峰期还没有到来，废弃混凝土的再生利用还没有正式启动。由于利用废弃混凝土做再生骨料，需要一系列的加工和分离处理，成本较高，这将妨碍废弃混凝土利用的进程，但是废弃混凝土的利用从保护环境、节省资源的角度有重要的社会效益，需要国家从政策上以支持。
七、少钢筋与纤维增强混凝土
众所周知混凝土抗压强度高，而抗拉强度却很低。钢筋混凝土的出现虽然弥补了这一缺陷，但大量的钢材却被消耗，同时如前所述，钢筋实际上是一种抗化学腐蚀差的材料，这给混凝土使用寿命带来了很大影响。如何提高混凝土抗拉强度，减少钢筋用量，也是目前和今后一个时期内混凝土材料发展的一个重要课题。在混凝土中掺入纤维以改善其力学性能的尝试还是上世纪初的事，而抱有实用性竭力进行研究则是1960年以后的事。纤维增强混凝土主要受增强纤维品种、质量及其价格的支配。纤维本身强度高，同水泥有良好的粘接性，它的热耐久性也不错，如果工艺过关，价格便宜，它的推广应用并非难事。现在该材料还处于开发阶段，技术上、材料上都存在一些问题，有待下一步解决，尤其应设法降低成本，这项新技术才能获得强大的生命力。
100多年来，混凝土作为用量最大的结构工程材料，为人类建造了大量的生产、生活、交通、娱乐等基础设施。可以说混凝土材料为营造人类的生存环境，建造现代社会的物质文明立下了汗马功劳。然而，混凝土的生产与使用也给地球环境带来了不可忽视的副作用。随着时代的进步，人类要寻求与自然和谐、可持续发展之路，对混凝土材料也不再仅仅要求其作为结构材料的功能，而是在尽量不给环境增加负担的基础上，进一步开发对保护环境，对人类与自然的协调能起到积极作用的新型混凝土。这是时代的要求，也是混凝土材料发展的必然趋势。

参考文献：
（1）杨静，《建筑材料与人居环境》，清华大学出版社，2001年9月第一版
（2）陈雅福，《新型建筑材料》，中国建材工业出版社，1994年9月第一版
（3）刘秉京，《混凝土技术》，人民交通出版社，1998年7月第一版