複合材料

混凝土(concrete)

人行道、橋樑、建築物用的灰色材料。它是一種顆粒強化複合材料:卜特蘭水泥加水成的漿(基材黏結劑)把砂與碎石(骨材顆粒)黏在一起。水泥漿靠一種叫水化的化學反應硬化,而非靠乾燥,把石子膠結成人造岩石。

骨材便宜、強且尺寸穩定,用約 60 至 80% 體積的骨材可降低成本與收縮並增加剛度,水泥漿負責黏結。混凝土抗壓強(一般約 20 至 40 MPa,高性能等級可達 100 MPa 以上)但抗拉弱(僅約抗壓強度的十分之一),因為它脆且滿是微小瑕疵。所以實際結構會加鋼筋(成為鋼筋混凝土)或以鋼腱預壓(預力混凝土)來承擔拉力。

混凝土是地球上用量最大的工程材料,它的故事是誠實的工程學:把便宜、脆、愛壓的基材,配上放在拉力出現處的鋼材。它的弱點,受拉開裂,以及當氯離子或碳化到達鋼筋時鋼筋生鏽,主導了耐久性設計。

公路橋面板:混凝土承擔上方的壓力,底部附近的鋼筋承擔橋面在橋墩間下垂處的拉力,每種材料都放在它最強的地方。

脆而愛壓的基材,搭配放在拉力出現處的鋼材。

混凝土靠水化化學反應「養護」硬化,而不是靠乾掉;它甚至能在水下硬化。它本身抗拉很脆,所以「鋼筋混凝土」裡的鋼筋才是承擔拉力的角色。

又称
reinforced concrete鋼筋混凝土