أسمنت

عُثر على أرضيات خرسانية في القصر الملكي في تيرينس ، اليونان، والذي يعود تاريخه تقريبًا إلى ما بين 1400 و1200 قبل الميلاد. ^{[ 11 ] [ 12 ]} استُخدمت الملاط الجيري في اليونان، كما في كريت وقبرص، في عام 800 قبل الميلاد. واستُخدمت الخرسانة المقاومة للماء في قناة جيروان الآشورية (688 قبل الميلاد) . ^{[ 13 ]} استُخدمت الخرسانة في بناء العديد من المباني القديمة. ^{[ 14 ]}

بدأ التجار الأنباط إنتاج مواد شبيهة بالخرسانة على نطاق صغير ، بعد أن سيطروا على سلسلة من الواحات وأسسوا إمبراطورية صغيرة في مناطق جنوب سوريا وشمال الأردن منذ القرن الرابع قبل الميلاد. وبحلول عام 700 قبل الميلاد، اكتشفوا مزايا الجير الهيدروليكي ، الذي يتميز ببعض خصائص التصلب الذاتي. وبنوا أفرانًا لتوفير الملاط اللازم لبناء منازل من الحجارة ، وأرضيات خرسانية، وخزانات مياه جوفية مقاومة للماء . وأبقوا هذه الخزانات سرًا، إذ مكّنتهم من الازدهار في الصحراء. ^{[ 15 ]} ولا تزال بعض هذه المنشآت قائمة حتى اليوم. ^{[ 15 ]}

استخدم الرومان الخرسانة على نطاق واسع من عام 300 قبل الميلاد إلى عام 476 ميلاديًا. ^{[ 17 ]} خلال الإمبراطورية الرومانية، كانت الخرسانة الرومانية (أو أوبوس كامينتيسيوم ) تُصنع من الجير الحي ، والبوزولانا ، ومادة الخفاف . ^{[ 18 ]} وقد أدى استخدامها الواسع في العديد من المباني الرومانية ، وهو حدث محوري في تاريخ العمارة يُعرف بالثورة المعمارية الرومانية ، إلى تحرير البناء الروماني من قيود مواد الحجر والطوب. ومكّن ذلك من ابتكار تصاميم جديدة ثورية من حيث التعقيد الهيكلي والأبعاد. ^{[ 19 ]} بُني الكولوسيوم في روما في معظمه من الخرسانة. ويضم البانثيون أكبر قبة خرسانية غير مُسلحة في العالم. ^{[ 20 ]}

كان الخرسانة، كما عرفها الرومان، مادة جديدة وثورية. فعند وضعها على شكل أقواس وأقبية وقباب ، كانت تتصلب بسرعة لتصبح كتلة صلبة، خالية من العديد من الضغوط والإجهادات الداخلية التي كانت تُزعج بناة الهياكل المماثلة المصنوعة من الحجر أو الطوب. ^{[ 21 ]}

تُظهر الاختبارات الحديثة أن مادة opus caementicium كانت تتمتع بقوة ضغط مماثلة للخرسانة الأسمنتية البورتلاندية الحديثة (حوالي 200 كجم/سم ² [20 ميجا باسكال؛ 2800 رطل لكل بوصة مربعة] )، ^{[ 22 ]} ومع ذلك، نظرًا لعدم وجود تسليح، كانت قوة الشد الخاصة بها أقل بكثير من الخرسانة المسلحة الحديثة ، كما اختلفت طريقة تطبيقها أيضًا: ^{[ 23 ]}    

يختلف الخرسانة الإنشائية الحديثة عن الخرسانة الرومانية في جانبين مهمين. أولاً، يتميز قوامها بالسيولة والتجانس، مما يسمح بصبها في قوالب بدلاً من الحاجة إلى وضعها يدوياً مع الركام، الذي كان يتكون غالباً من الأنقاض في الممارسة الرومانية . ثانياً، يمنح حديد التسليح المدمج الخرسانة الحديثة قوة كبيرة في الشد، بينما كانت الخرسانة الرومانية تعتمد فقط على قوة ترابط الخرسانة لمقاومة الشد. ^{[ 24 ]}

وُجد أن متانة الهياكل الخرسانية الرومانية على المدى الطويل تعود إلى وجود الصخور البركانية والرماد في مزيج الخرسانة. وقد ساهم تبلور الستراتلينجيت (وهو هيدرات معقدة من ألومينوسيليكات الكالسيوم) ^{[ 25 ]} أثناء تكوين الخرسانة، واندماجه مع هياكل مماثلة من هيدرات سيليكات الكالسيوم والألومنيوم، في منح الخرسانة الرومانية درجة أعلى من مقاومة الكسر مقارنةً بالخرسانة الحديثة، والتي يُشار إليها أحيانًا بخصائص الترميم الذاتي. ^{[ 26 ]} إضافةً إلى ذلك، تتميز الخرسانة الرومانية بمقاومة أكبر بكثير للتآكل بفعل مياه البحر مقارنةً بالخرسانة الحديثة؛ إذ تتفاعل المواد البركانية المذكورة آنفًا مع مياه البحر لتكوين بلورات ألتوبرموريت بمرور الوقت. ^{[ 27 ] [ 28 ]}

وقد تم اقتراح استخدام الخلط الساخن في تحضير الخرسانة، مما يؤدي إلى تكوين حبيبات الجير في المنتج النهائي، كتقنية تمنح الخرسانة الرومانية قدرة على الإصلاح الذاتي . ^{[ 29 ] [ 30 ]}

إن الاستخدام الواسع للخرسانة في العديد من المباني الرومانية ضمن بقاء الكثير منها حتى يومنا هذا. حمامات كاراكالا في روما مثال على ذلك. كما أن العديد من القنوات والجسور الرومانية ، مثل جسر بونت دو غارد الرائع في جنوب فرنسا، تحتوي على كسوة حجرية فوق قلب خرساني، وكذلك قبة البانثيون .

في بريطانيا بعد الإمبراطورية الرومانية ، توجد أدلة على استمرار استخدام الجير المحروق، وقد عُثر على بقايا مطحنة هاون تعود إلى القرن الثامن في نورثامبتونشاير . يُعتقد أن انخفاض درجات حرارة الأفران في حرق الجير، ونقص البوزولانا، وسوء الخلط، وثقافة البناء الخشبي الأنجلوسكسونية، كلها عوامل ساهمت في تراجع جودة الخرسانة والهاون هناك، إلا أن هذه الحرفة لم تندثر. منذ القرن الحادي عشر في إنجلترا، أدى ازدياد استخدام الحجر في بناء الكنائس والقلاع إلى زيادة الطلب على الهاون. بدأت الجودة تتحسن في القرن الثاني عشر بفضل تحسين عمليات الطحن والغربلة. كانت أنواع الهاون والخرسانة الجيرية في العصور الوسطى غير هيدروليكية، وكانت تُستخدم لربط البناء، و"التدعيم" (ربط لبّ البناء الحجري )، والأساسات. يصف بارثولوميوس أنجليكوس في كتابه "De proprietatibus rerum" (1240) كيفية صنع الهاون. في ترجمة إنجليزية تعود لعام ١٣٩٧، ورد ما يلي: "الجير ... هو حجر مطحون؛ يُصنع الملاط بمزجه مع الصودا والماء". ومنذ القرن الرابع عشر، عادت جودة الملاط إلى التميز، ولكن لم يُضف البوزولانا بشكل شائع إلا في القرن السابع عشر. ^{[ ٣١ ]}

ذُكر استخدام الخرسانة الماياوية في أطلال أوشمال (850-925 م) في كتاب "حوادث السفر في يوكاتان" لجون ل. ستيفنز . "السقف مسطح ومغطى بالأسمنت". "الأرضيات كانت من الإسمنت، صلبة في بعض الأماكن، ولكنها تكسرت بفعل عوامل التعرية الطويلة، وتتفتت الآن تحت الأقدام". "أما الجدار بأكمله فكان متيناً، ويتكون من أحجار كبيرة مغروسة في ملاط، تكاد تكون صلبة كالصخر". ^{[ 32 ]}

كانت الملاط الهيدروليكي في العصور الوسطى تُصنع بإضافة مواد بوزولانية مثل الخزف المسحوق، والتربة البركانية، أو التربة المتحولة من رواسب محددة ذات خصائص بوزولانية معروفة، مثل التراس أو الأوبال غير المتبلور . وقد استُخدم الملاط الهيدروليكي في جزيرة كريت في العصور الوسطى. ويُشير استخدام أنواع معينة من الرمال المحتوية على الرماد البركاني في الملاط الذي صُنع في جنوب إيطاليا خلال القرنين العاشر والحادي عشر إلى معرفة خصائصها. ^{[ 33 ]}

احتوت رسالة فيتروفيوس المعمارية الرومانية " دي أركيتكتورا" على وصفٍ للأسمنت الروماني، وقد أنتجت نسخةٌ منها في دار نسخ شارلمان العديد من النسخ التي تعود للعصور الوسطى والتي نجت لاحقًا. وعُثر على نسخةٍ أخرى في دير سانت غال على يد بوجيو براشيوليني عام 1414. ونُشرت الطبعة المطبوعة الأولى عام 1486 على يد فرا جيوفاني سولبيتيوس ، ونُشرت نسخٌ أخرى باللغات الإيطالية والألمانية والفرنسية والإسبانية والإنجليزية بين عامي 1520 و1692. ^{[ 31 ]}

استُخدمت ملاط ​​الجير الهيدروليكي في أساسات حوض بناء السفن في البندقية في القرن السادس عشر. كما استُخدم الملاط الهيدروليكي في الحمامات العثمانية في بودابست في الفترة نفسها. ^{[ 33 ]}

تم بناء قناة دو ميدي باستخدام الخرسانة في عام 1670. ^{[ 34 ]}

أُضيف حجر التراس من منطقة الراين إلى الجير في إنجلترا خلال القرن السابع عشر، بما في ذلك رصيف ميناء طنجة الإنجليزية (1663-1683)، الذي استُخدم فيه أيضًا البوزولانا الإيطالية التي أوصى بها ووفرها مهندسون من جنوة . وفي ميناء تولون ، بُنيت الأساسات الخرسانية باستخدام البوزولانا أو التراس، والجير الحي، والرمل، والحصى، والخبث أو الرماد البركاني. وشملت إعادة بناء أساسات جسر إسكس عام 1752 على يد جورج سيمبل مزيجًا من الأحجار الصغيرة والرمل والجير المسحوق. ^{[ 31 ]}

لعلّ أعظم خطوة إلى الأمام في الاستخدام الحديث للخرسانة كانت برج سميتون ، الذي بناه المهندس البريطاني جون سميتون في ديفون ، إنجلترا، بين عامي 1756 و1759. وقد كان هذا المنارة الثالثة في إديستون رائدة في استخدام الجير الهيدروليكي في الخرسانة، باستخدام الحصى ومسحوق الطوب كمادة ركامية. ^{[ 35 ]}

طُوِّرت طريقة لإنتاج إسمنت بورتلاند في إنجلترا وحصل جوزيف أسبدين على براءة اختراعها عام 1824. ^{[ 36 ]} اختار أسبدين هذا الاسم لتشابهه مع حجر بورتلاند ، الذي كان يُستخرج من جزيرة بورتلاند في دورست ، إنجلترا. وواصل ابنه ويليام تطويره حتى أربعينيات القرن التاسع عشر، مما أكسبه شهرةً لتطويره إسمنت بورتلاند "الحديث". ^{[ 37 ]}

تم اختراع الخرسانة المسلحة في عام 1849 على يد جوزيف مونييه . ^{[ 38 ]} وتم بناء أول منزل من الخرسانة المسلحة بواسطة فرانسوا كوينيه ^{[ 39 ]} في عام 1853. تم تصميم وبناء أول جسر من الخرسانة المسلحة بواسطة جوزيف مونييه في عام 1875. ^{[ 40 ]}

كان المهندس المعماري الفرنسي أوجين فريسينيه رائدًا في مجال الخرسانة مسبقة الإجهاد والخرسانة لاحقة الإجهاد . تُضغط مكونات أو هياكل الخرسانة بواسطة كابلات الشد أثناء أو بعد تصنيعها لتقويتها ضد قوى الشد التي تتولد عند استخدامها. حصل فريسينيه على براءة اختراع هذه التقنية في 2 أكتوبر 1928. ^{[ 41 ]}

يُعدّ الإسمنت البورتلاندي أكثر أنواع الإسمنت شيوعًا في الاستخدام العام. وهو عنصر أساسي في الخرسانة والملاط والعديد من أنواع الجص . ^{[ 44 ]} يتكون من خليط من سيليكات الكالسيوم ( الأليت ، والبيليت )، والألومينات ، والفريتات - وهي مركبات تتفاعل مع الماء. يُصنع الإسمنت البورتلاندي والمواد المشابهة له عن طريق تسخين الحجر الجيري (مصدر للكالسيوم) مع الطين أو الصخر الزيتي (مصدر للسيليكون والألومنيوم والحديد) وطحن هذا الناتج (المسمى الكلنكر ) مع مصدر للكبريتات ( الجبس في أغلب الأحيان ).

أفران الإسمنت منشآت صناعية ضخمة ومعقدة للغاية، وتُنتج بطبيعتها كميات كبيرة من الغبار. ومن بين المكونات المختلفة المستخدمة في إنتاج كمية معينة من الخرسانة، يُعدّ الإسمنت الأكثر استهلاكًا للطاقة. فحتى الأفران المعقدة والفعّالة تتطلب ما بين 3.3 و3.6 جيجا جول من الطاقة لإنتاج طن واحد من الكلنكر ثم طحنه إلى إسمنت . ويمكن تشغيل العديد من هذه الأفران بنفايات يصعب التخلص منها، وأكثرها شيوعًا الإطارات المستعملة. وتتيح درجات الحرارة العالية للغاية وفترات التشغيل الطويلة عند هذه الدرجات لأفران الإسمنت حرق أنواع الوقود التي يصعب استخدامها بكفاءة تامة. ^{[ 45 ]} وتتراوح نسبة المركبات الخمسة الرئيسية من سيليكات وألومينات الكالسيوم التي تُكوّن إسمنت بورتلاند بين 5 و50% من وزنها.

يؤدي مزج الماء مع مادة إسمنتية إلى تكوين عجينة إسمنتية من خلال عملية التميؤ. تعمل العجينة الإسمنتية على لصق الركام معًا، وملء الفراغات الموجودة فيه، وجعله أكثر انسيابية. ^{[ 46 ]}

كما ينص قانون أبرامز ، فإن انخفاض نسبة الماء إلى الإسمنت ينتج عنه خرسانة أقوى وأكثر متانة ، بينما زيادة نسبة الماء تعطي خرسانة أكثر سيولة ذات هبوط أعلى . ^{[ 47 ]} تتضمن عملية إماهة الإسمنت العديد من التفاعلات المتزامنة. وتشمل هذه العملية البلمرة ، وربط مكونات السيليكات والألومينات، بالإضافة إلى ارتباطها بجزيئات الرمل والحصى لتشكيل كتلة صلبة. ^{[ 48 ]} ومن الأمثلة التوضيحية على هذه العملية إماهة سيليكات ثلاثي الكالسيوم.

رمز كيميائي الأسمنت : C3S + H → CSH + CH ₊ حرارة  

الصيغة القياسية: Ca₃SiO₅ ₊ H₂O → CaO·SiO₂ _· H₂O ₍ هلام) + Ca( _OH ) _₂ + _حرارة             

المعادلة المتوازنة: 2 Ca₃SiO₅ ₊ 7 H₂O _{→ 3} CaO·2 SiO₂ _· 4 H₂O ₍ هلام) + 3 Ca(OH) ₂ ₊ حرارة                           

                                            (تقريبًا حيث يمكن أن تختلف النسب الدقيقة لـ CaO و SiO ₂ و H ₂ O في CSH) ^{[ 48 ]}

إن عملية ترطيب (تصلب) الأسمنت عملية لا رجعة فيها. ^{[ 49 ]}

تُشكّل الركام الناعم والخشن الجزء الأكبر من خليط الخرسانة. ويُستخدم الرمل والحصى الطبيعي والحجر المكسّر بشكل رئيسي لهذا الغرض. ويتزايد استخدام الركام المُعاد تدويره (من مخلفات البناء والهدم والحفر) كبديل جزئي للركام الطبيعي، في حين يُسمح أيضاً باستخدام عدد من أنواع الركام المُصنّع، بما في ذلك خبث أفران الصهر المُبرّد بالهواء والرماد القاعي . ^{[ 51 ]}

يُحدد توزيع حجم الركام كمية المادة الرابطة المطلوبة. فالركام ذو التوزيع المتجانس جدًا في الحجم يُنتج أكبر الفجوات، بينما يُساهم إضافة ركام ذي جزيئات أصغر في ملء هذه الفجوات. يجب أن تملأ المادة الرابطة الفجوات بين الركام، بالإضافة إلى لصق أسطح الركام معًا، وهي عادةً المكون الأغلى. وبالتالي، فإن تنوع أحجام الركام يُقلل من تكلفة الخرسانة. ^{[ 52 ]} يكون الركام دائمًا أقوى من المادة الرابطة، لذا فإن استخدامه لا يؤثر سلبًا على قوة الخرسانة.

غالباً ما يؤدي إعادة توزيع الركام بعد عملية الدمك إلى عدم تجانس بسبب تأثير الاهتزاز. وهذا قد يؤدي إلى تدرجات في المقاومة. ^{[ 53 ]}

تُضاف أحيانًا أحجار زخرفية مثل الكوارتزيت أو أحجار الأنهار الصغيرة أو الزجاج المسحوق إلى سطح الخرسانة للحصول على لمسة نهائية زخرفية "مكشوفة"، وهي شائعة بين مصممي المناظر الطبيعية.

المواد المضافة هي مواد على شكل مسحوق أو سائل تُضاف إلى الخرسانة لإكسابها خصائص معينة لا يمكن الحصول عليها باستخدام الخلطات الخرسانية العادية. تُعرَّف المواد المضافة بأنها إضافات تُجرى أثناء تحضير الخلطة الخرسانية. ^{[ 54 ]} من أكثر المواد المضافة شيوعًا مُبطئات ومُسرِّعات التصلب. في الاستخدام العادي، تكون جرعات المواد المضافة أقل من 5% من كتلة الأسمنت، وتُضاف إلى الخرسانة أثناء عملية الخلط. ^{[ 55 ]} (انظر قسم  الإنتاج أدناه). فيما يلي الأنواع الشائعة للمواد المضافة ^{[ 56 ] :}

• تعمل المسرعات على تسريع عملية تصلب الخرسانة. ومن المواد الشائعة الاستخدام كلوريد الكالسيوم ونترات الكالسيوم ونترات الصوديوم . مع ذلك، قد يتسبب استخدام الكلوريدات في تآكل حديد التسليح، وهو محظور في بعض الدول، لذا يُفضل استخدام النترات، رغم أنها أقل فعالية من ملح الكلوريد. وتُعدّ إضافات التسريع مفيدة بشكل خاص لتعديل خصائص الخرسانة في الطقس البارد.
• تُضيف عوامل تهوية الخرسانة فقاعات هواء دقيقة وتحبسها داخلها، مما يقلل من التلف أثناء دورات التجمد والذوبان ، ويزيد من متانتها . مع ذلك، فإن حبس الهواء يُؤثر سلبًا على قوة الخرسانة، إذ أن كل 1% من الهواء قد يُقلل من مقاومة الضغط بنسبة 5%. ^{[ 57 ]} إذا انحصرت كمية كبيرة من الهواء في الخرسانة نتيجةً لعملية الخلط، يُمكن استخدام مُضادات الرغوة لتشجيع فقاعات الهواء على التكتل، والصعود إلى سطح الخرسانة الرطبة، ثم التفرق.
• تُستخدم عوامل الربط لإنشاء رابطة بين الخرسانة القديمة والجديدة (عادةً ما تكون نوعًا من البوليمر) مع تحمل واسع لدرجات الحرارة ومقاومة للتآكل.
• تُستخدم مثبطات التآكل لتقليل تآكل الفولاذ وقضبان الفولاذ في الخرسانة.
• تُضاف المواد المضافة البلورية عادةً أثناء خلط الخرسانة لتقليل نفاذيتها. يحدث التفاعل عند تعرض الخرسانة للماء وجزيئات الأسمنت غير المُمَيَّأة، مُكَوِّنةً بلورات إبرية الشكل غير قابلة للذوبان، تملأ المسام الشعرية والشقوق الدقيقة في الخرسانة، مانعةً بذلك مرور الماء والملوثات المنقولة بالماء. تتميز الخرسانة المُضاف إليها هذه المواد البلورية بقدرتها على الإغلاق الذاتي، حيث يُحفز التعرض المستمر للماء عملية التبلور بشكل متواصل، مما يضمن حماية دائمة ضد الماء.
• يمكن استخدام الأصباغ لتغيير لون الخرسانة، لأغراض جمالية.
• تعمل الملدنات على زيادة قابلية تشغيل الخرسانة الطرية، مما يُسهّل صبّها ويُقلّل من جهد دكّها. ومن الملدنات الشائعة اللجنو سلفونات. تُستخدم الملدنات لتقليل محتوى الماء في الخرسانة مع الحفاظ على قابليتها للتشغيل، ولذلك تُسمى أحيانًا بمُخفّضات الماء. تُحسّن هذه المعالجة من خصائص قوة الخرسانة ومتانتها.
• الملدنات الفائقة (وتُسمى أيضاً مُخفِّضات الماء عالية المدى) هي فئة من الملدنات ذات آثار ضارة أقل، ويمكن استخدامها لزيادة قابلية تشغيل الخرسانة بشكل أكبر من الملدنات التقليدية. تُستخدم الملدنات الفائقة لزيادة مقاومة الضغط، مما يُحسِّن قابلية تشغيل الخرسانة ويُقلِّل من كمية الماء المطلوبة بنسبة تتراوح بين 15 و30%.
• تعمل أدوات الضخ على تحسين قابلية الضخ، وتكثيف المعجون، وتقليل الانفصال والنزيف.
• تعمل المواد المُبطئة على إبطاء عملية تصلب الخرسانة، وتُستخدم في عمليات الصب الكبيرة أو الصعبة حيث يكون التصلب الجزئي غير مرغوب فيه قبل اكتمال الصب. تُستخدم هذه المواد على نطاق واسع في أعمال الخرسانة في الطقس الحار وتطبيقات الخرسانة الكتلية للتحكم في وقت التصلب وتقليل خطر الفواصل الباردة. تشمل المواد المُبطئة الشائعة السكر ، وغلوكونات الصوديوم ، وحمض الستريك ، وحمض الطرطريك . ^{[ 58 ] [ 59 ]}

المواد غير العضوية ذات الخصائص البوزولانية أو الهيدروليكية الكامنة؛ تُضاف هذه المواد ذات الحبيبات الدقيقة جدًا إلى الخلطة الخرسانية لتحسين خصائصها (المضافات المعدنية)، ^{[ 55 ]} أو كبديل لأسمنت بورتلاند (الأسمنت المخلوط). ^{[ 63 ]} ويجري اختبار واستخدام منتجات تتضمن الحجر الجيري ، والرماد المتطاير ، وخبث الأفران العالية ، وغيرها من المواد المفيدة ذات الخصائص البوزولانية في الخلطة. وتتزايد أهمية هذه التطورات باستمرار للحد من الآثار الناجمة عن استخدام الأسمنت، المعروف بكونه أحد أكبر مصادر انبعاثات غازات الاحتباس الحراري العالمية (حوالي 5 إلى 10%) . ^{[ 64 ]} كما أن استخدام المواد البديلة قادر على خفض التكاليف، وتحسين خصائص الخرسانة، وإعادة تدوير النفايات، وهذا الأخير ذو أهمية بالغة لجوانب الاقتصاد الدائري في قطاع البناء ، الذي يتزايد الطلب عليه باستمرار مع تزايد تأثيراته على استخراج المواد الخام، وتوليد النفايات، وممارسات دفنها .

• الرماد المتطاير : منتج ثانوي لمحطات توليد الكهرباء التي تعمل بالفحم ، ويُستخدم كبديل جزئي للأسمنت البورتلاندي (بنسبة تصل إلى 60% من حيث الكتلة). وتعتمد خصائص الرماد المتطاير على نوع الفحم المحترق. وبشكل عام، يتميز الرماد المتطاير السيليسي بخواص بوزولانية ، بينما يتميز الرماد المتطاير الكلسي بخواص هيدروليكية كامنة. ^{[ 65 ]}
• خبث الأفران العالية المحبب المطحون (GGBFS أو GGBS): منتج ثانوي لإنتاج الصلب، يُستخدم كبديل جزئي لأسمنت بورتلاند (بنسبة تصل إلى 80% من حيث الكتلة). يتميز بخصائص هيدروليكية كامنة. ^{[ 66 ]}
• غبار السيليكا : منتج ثانوي لإنتاج سبائك السيليكون والحديد والسيليكون . يشبه غبار السيليكا الرماد المتطاير، لكن حجم جزيئاته أصغر بمئة مرة. ينتج عن ذلك نسبة سطح إلى حجم أعلى وتفاعل بوزولاني أسرع بكثير . يُستخدم غبار السيليكا لزيادة قوة الخرسانة ومتانتها ، ولكنه يتطلب عادةً استخدام مواد فائقة التلدين لتحسين قابلية التشغيل. ^{[ 67 ]}
• الميتاكاولين عالي التفاعل (HRM): يُنتج الميتاكاولين خرسانةً ذات قوة ومتانة مماثلة للخرسانة المصنوعة من غبار السيليكا. في حين أن غبار السيليكا عادةً ما يكون رماديًا داكنًا أو أسود اللون، فإن الميتاكاولين عالي التفاعل عادةً ما يكون أبيض ناصعًا، مما يجعله الخيار المفضل للخرسانة المعمارية حيث يكون المظهر مهمًا.
• يمكن إضافة ألياف الكربون النانوية إلى الخرسانة لتعزيز مقاومتها للضغط وزيادة معامل يونغ ، وكذلك لتحسين الخصائص الكهربائية اللازمة لرصد الإجهاد وتقييم الأضرار ومراقبة سلامة الخرسانة ذاتيًا. تتميز ألياف الكربون بالعديد من المزايا من حيث الخصائص الميكانيكية والكهربائية (مثل المقاومة العالية) وسلوك المراقبة الذاتية نظرًا لقوة الشد العالية والتوصيل الكهربائي العالي . ^{[ 68 ]}
• تمت إضافة منتجات الكربون لجعل الخرسانة موصلة للكهرباء، وذلك لأغراض إزالة الجليد. ^{[ 69 ]}
• أظهرت دراسة جديدة أجرتها جامعة كيتاكيوشو اليابانية أن مزيجًا معاد تدويره من الحفاضات المستعملة، بعد غسله وتجفيفه، يُمكن أن يُشكّل حلاً بيئيًا يُقلّل من النفايات التي تُدفن في مكبات النفايات، ويُقلّل من استخدام الرمل في صناعة الخرسانة. وقد بُني منزل نموذجي في إندونيسيا لاختبار قوة ومتانة هذا المزيج الجديد من الحفاضات والأسمنت. ^{[ 70 ]}

يُحدد المهندس نسب الخلط التصميمية بعد تحليل خصائص المكونات المستخدمة. فبدلاً من استخدام خلطة "اسمية" تتكون من جزء واحد من الإسمنت، وجزئين من الرمل، وأربعة أجزاء من الركام، يقوم مهندس مدني بتصميم خلطة خرسانية مخصصة لتلبية متطلبات الموقع وظروفه بدقة، وذلك بتحديد نسب المواد، وغالبًا ما يُصمم مجموعة من الإضافات لتحسين الخصائص أو رفع مستوى أداء الخلطة. قد تتمتع الخرسانة المصممة خصيصًا بمواصفات واسعة النطاق لا يمكن تلبيتها بالخلطات الاسمية الأساسية، إلا أن تدخل المهندس غالبًا ما يزيد من تكلفة الخلطة الخرسانية.

تنقسم الخلطات الخرسانية بشكل أساسي إلى خلطة اسمية، وخلطة قياسية، وخلطة تصميمية.

تُعطى نسب الخلط الاسمية بالحجم من${\displaystyle {\text{الأسمنت$ : الرمل  : الركام}}} . الخلطات الاسمية هي طريقة بسيطة وسريعة للحصول على فكرة أساسية عن خصائص الخرسانة النهائية دون الحاجة إلى إجراء اختبارات مسبقة.

تُعرّف هيئات تنظيمية مختلفة (مثل هيئة المواصفات البريطانية ) نسب الخلط الاسمية في عدد من الدرجات، تتراوح عادةً من مقاومة ضغط منخفضة إلى مقاومة ضغط عالية. وتشير هذه الدرجات عادةً إلى مقاومة الخرسانة بعد 28 يومًا من المعالجة. ^{[ 72 ]}

يُعد الخلط الجيد أمراً ضرورياً لإنتاج خرسانة متجانسة وعالية الجودة.

أظهرت دراسات خلط المعجون بشكل منفصل أن خلط الأسمنت والماء لتكوين معجون قبل إضافة الركام يزيد من مقاومة الخرسانة الناتجة للضغط. ^{[ 73 ]} يُخلط المعجون عادةً في خلاط قص عالي السرعة بنسبة ماء إلى أسمنت تتراوح بين 0.30 و0.45 وزناً. قد يحتوي خليط معجون الأسمنت المسبق على إضافات مثل المسرعات أو المبطئات، والملدنات الفائقة ، والأصباغ ، أو غبار السيليكا . ثم يُخلط المعجون المُعد مسبقًا مع الركام وأي ماء متبقٍ، ويُستكمل الخلط النهائي باستخدام معدات خلط الخرسانة التقليدية. ^{[ 74 ]}

وقد ثبت أيضاً أن الخلط الصوتي الرنيني فعال في إنتاج مواد أسمنتية فائقة الأداء، حيث ينتج عنه مصفوفة كثيفة ذات مسامية منخفضة. ^{[ 75 ]}

قابلية التشغيل هي قدرة الخلطة الخرسانية الطرية (اللدنة) على ملء القالب بشكل صحيح مع إمكانية القيام بالعمل المطلوب (الصب، الضخ، التوزيع، الدك، الاهتزاز) دون التأثير على جودة الخرسانة. تعتمد قابلية التشغيل على محتوى الماء، والركام (شكله وتوزيع حجمه)، ومحتوى الأسمنت، وعمر الخرسانة (مستوى التفاعل الكيميائي )، ويمكن تعديلها بإضافة مواد كيميائية، مثل الملدنات الفائقة. يؤدي رفع محتوى الماء أو إضافة المواد الكيميائية إلى زيادة قابلية تشغيل الخرسانة. يؤدي الماء الزائد إلى زيادة النزف أو انفصال الركام (عندما يبدأ الأسمنت والركام بالانفصال)، مما ينتج عنه خرسانة ذات جودة منخفضة. كما يمكن أن تؤثر التغييرات في تدرج الحبيبات على قابلية تشغيل الخرسانة، على الرغم من إمكانية استخدام نطاق واسع من تدرجات الحبيبات لتطبيقات مختلفة. ^{[ 76 ] [ 77 ]} قد يعني التدرج غير المرغوب فيه استخدام ركام كبير الحجم بالنسبة لحجم القالب، أو استخدام عدد قليل جدًا من الركام الأصغر حجمًا لملء الفراغات بين الأحجام الأكبر، أو استخدام كمية قليلة جدًا أو كثيرة جدًا من الرمل لنفس السبب، أو استخدام كمية قليلة جدًا من الماء، أو كمية كبيرة جدًا من الأسمنت، أو حتى استخدام حجر مكسر خشن بدلًا من ركام مستدير ناعم مثل الحصى. أي مزيج من هذه العوامل وغيرها قد ينتج عنه خليط خشن جدًا، أي لا ينساب أو ينتشر بسلاسة، ويصعب وضعه في القالب، ويصعب تشطيب سطحه. ^{[ 78 ]}

يمكن قياس قابلية تشغيل الخرسانة عن طريق اختبار هبوط الخرسانة ، وهو مقياس بسيط لمرونة الخرسانة الطازجة وفقًا لمعايير الاختبار ASTM C 143 أو EN 12350-2. يُقاس الهبوط عادةً بملء مخروط أبرامز بعينة من الخرسانة الطازجة. يُوضع المخروط بحيث يكون طرفه العريض متجهًا للأسفل على سطح مستوٍ غير ماص. ثم يُملأ بثلاث طبقات متساوية الحجم، مع دك كل طبقة بقضيب فولاذي لدمجها. عند رفع المخروط بحرص، تهبط المادة المحصورة بداخله بمقدار معين بفعل الجاذبية. تهبط العينة الجافة نسبيًا هبوطًا طفيفًا جدًا، بقيمة هبوط تتراوح بين بوصة واحدة وبوصتين (25 إلى 51 ملم) لكل قدم واحدة (300 ملم) . أما عينة الخرسانة الرطبة نسبيًا فقد تهبط بمقدار يصل إلى ثماني بوصات (200 ملم) . كما يمكن قياس قابلية التشغيل أيضًا عن طريق اختبار طاولة التدفق .   

يمكن زيادة الهبوط بإضافة مواد كيميائية مثل الملدنات أو الملدنات الفائقة دون تغيير نسبة الماء إلى الأسمنت . ^{[ 79 ]} بعض المواد المضافة الأخرى، وخاصة المواد المضافة التي تُدخل الهواء، يمكن أن تزيد من هبوط الخلطة.

يتم اختبار الخرسانة عالية التدفق، مثل الخرسانة ذاتية الدمك ، باستخدام طرق أخرى لقياس التدفق. إحدى هذه الطرق تتضمن وضع المخروط على الطرف الضيق ومراقبة كيفية تدفق الخليط عبر المخروط أثناء رفعه تدريجياً.

بعد الخلط، يصبح الخرسانة سائلاً ويمكن ضخها إلى الموقع المطلوب.

الخرسانة الإسفلتية (المعروفة باسم الإسفلت ، ^أو السطح الأسود ^، أو الرصف في أمريكا الشمالية، والتارمك ، أو الماكادام البيتوميني ، أو الإسفلت المدرفل في المملكة المتحدة وأيرلندا ) هي مادة مركبة شائعة الاستخدام في رصف ^الطرق ومواقف السيارات والمطارات ، بالإضافة إلى استخدامها في قلب السدود الترابية . [ ^{85 ] وقد} استُخدمت الخلطات الإسفلتية في بناء الطرق منذ بداية القرن العشرين. ^{[ 86 ]} وهي تتكون من ركام معدني مرتبط بالإسفلت ، يُرصّ في طبقات ويُضغط. وقد طُوّرت هذه العملية وحُسّنت على يد المخترع البلجيكي والمهاجر الأمريكي إدوارد دي سميدت . ^{[ 87 ]}

تُستخدم مصطلحات الخرسانة الإسفلتية (أو الإسفلتية ) ، والخرسانة الإسفلتية البيتومينية ، والخليط البيتوميني عادةً في وثائق الهندسة والإنشاء فقط، والتي تُعرّف الخرسانة بأنها أي مادة مركبة تتكون من ركام معدني ملتصق بمادة رابطة. ويُستخدم الاختصار AC أحيانًا للخرسانة الإسفلتية ، ولكنه قد يُشير أيضًا إلى محتوى الإسفلت، أو الخرسانة الخلوية، أو الإسمنت الإسفلتي ، في إشارة إلى الجزء الإسفلتي السائل من المادة المركبة.

الخرسانة الجيوبوليمرية هي خرسانة مصنوعة من أسمنت جيوبوليمري يتكون من ألومينوسيليكات تتفاعل مع مادة رابطة حمضية أو قلوية. ^{[ 88 ]} والجدير بالذكر أن هذا يتجنب استخدام الجير، الذي يُعد إنتاجه مصدراً رئيسياً لتلوث ثاني أكسيد الكربون.

تُعدّ الخرسانة المُعززة بالجرافين من التصاميم القياسية لخلطات الخرسانة، باستثناء أنه أثناء عملية خلط الأسمنت أو الإنتاج، تُضاف كمية صغيرة من الجرافين المُصنّع كيميائيًا (عادةً أقل من 0.5% من الوزن) . ^{[ 89 ] [ 90 ]} تُصمّم هذه الخرسانة المُعززة بالجرافين خصيصًا لتطبيقات الخرسانة.

تزيد بكتيريا مثل Bacillus pasteurii و Bacillus pseudofirmus و Bacillus cohnii و Sporosarcina pasteuri و Arthrobacter crystallopoietes من مقاومة الخرسانة للضغط بفضل كتلتها الحيوية. يمكن لبكتيريا Bacillus sp. CT-5 أن تقلل من تآكل حديد التسليح في الخرسانة المسلحة بما يصل إلى أربعة أضعاف. تقلل Sporosarcina pasteurii من نفاذية الماء والكلوريد. تزيد B. pasteurii من مقاومة الخرسانة للأحماض. ^{[ 91 ]} يمكن لبكتيريا Bacillus pasteurii و B. sphaericus أن تحفز ترسيب كربونات الكالسيوم على سطح الشقوق، مما يزيد من مقاومة الضغط. ^{[ 92 ]} مع ذلك، قد تكون بعض أنواع البكتيريا مدمرة للخرسانة. ^{[ 93 ]}

الخرسانة النانوية (وتُكتب أيضًا "الخرسانة النانوية") هي فئة من المواد تحتوي على جزيئات من أسمنت بورتلاند لا يتجاوز حجمها 100 ميكرومتر ^{[ 94 ]} وجزيئات من السيليكا لا يتجاوز حجمها 500 ميكرومتر، والتي تملأ الفراغات التي قد تتشكل في الخرسانة العادية، مما يزيد بشكل كبير من قوة المادة. ^{[ 95 ]} وهي تُستخدم على نطاق واسع في جسور المشاة والطرق السريعة حيث يُشترط وجود مقاومة عالية للانحناء والضغط. ^{[ 92 ]}

الخرسانة المسامية هي مزيج من ركام خشن مُصنّف خصيصًا، وأسمنت، وماء، وقليل من الركام الناعم أو بدونه. تُعرف هذه الخرسانة أيضًا باسم "الخرسانة الخالية من الركام الناعم" أو الخرسانة المسامية. ينتج عن خلط المكونات في عملية مضبوطة بدقة عجينة تُغطي جزيئات الركام وتُثبّتها. تحتوي الخرسانة المتصلبة على فراغات هوائية مترابطة تُشكّل ما يقارب 15 إلى 25 بالمئة من إجمالي الفراغات. يتدفق الماء عبر هذه الفراغات في الرصيف إلى التربة أسفله. تُستخدم إضافات تهوية الهواء غالبًا في المناطق ذات المناخ المُعرّض لدورات التجمد والذوبان لتقليل احتمالية تلف الصقيع. كما تسمح الخرسانة المسامية لمياه الأمطار بالتسرب عبر الطرق ومواقف السيارات، لتغذية طبقات المياه الجوفية، بدلًا من المساهمة في جريان المياه السطحية والفيضانات. ^{[ 96 ]}

الخرسانة البوليمرية عبارة عن خليط من الركام وأنواع مختلفة من البوليمرات، ويمكن تدعيمها. على الرغم من أن الأسمنت المستخدم فيها أغلى من الأسمنت الجيري، إلا أن الخرسانة البوليمرية تتميز بمزايا عديدة؛ فهي تتمتع بمقاومة شد عالية حتى بدون تدعيم، كما أنها مقاومة للماء إلى حد كبير. تُستخدم الخرسانة البوليمرية بكثرة في أعمال الترميم والإنشاء لتطبيقات أخرى، مثل شبكات الصرف الصحي.

يمكن استخدام الألياف النباتية وجزيئاتها في الخلطات الخرسانية أو كعناصر تقوية. ^{[ 97 ] [ 98 ] [ 99 ] [ 100 ]} تُسهم هذه المواد في زيادة مرونة الخرسانة، إلا أن جزيئات اللجنين السليلوزي تتحلل مائيًا أثناء معالجة الخرسانة نتيجةً للبيئة القلوية ودرجات الحرارة المرتفعة. ^{[ 101 ] [ 102 ] [ 103 ]} هذه العملية، التي يصعب قياسها، ^{[ 104 ]} قد تؤثر على خصائص الخرسانة الناتجة.

الخرسانة الكبريتية هي نوع خاص من الخرسانة يستخدم الكبريت كمادة رابطة ولا يتطلب استخدام الأسمنت أو الماء. ^{[ 105 ]}

يُستخدم الخرسانة البركانية بدلاً من الحجر الجيري المحروق لتكوين الكلنكر، حيث تُستبدل الصخور البركانية بالحجر الجيري. تستهلك هذه الخرسانة كمية مماثلة من الطاقة، ولكنها لا تُصدر الكربون كمنتج ثانوي بشكل مباشر. ^{[ 106 ]} تُستخدم الصخور/الرماد البركاني كمواد إسمنتية تكميلية في الخرسانة لتحسين مقاومتها لتفاعلات الكبريتات والكلوريدات والسيليكا القلوية، وذلك بفضل تحسين مسامها. ^{[ 107 ]} كما أنها تُعتبر عمومًا اقتصادية مقارنةً بأنواع الركام الأخرى، ^{[ 108 ]} ومناسبة للخرسانة شبه الخفيفة والخفيفة، ^{[ 108 ]} وتُوفر عزلًا حراريًا وصوتيًا جيدًا. ^{[ 108 ]}

تتشكل المواد البركانية الفتاتية، مثل الخفاف والخبث البركاني والرماد، من تبريد الصهارة أثناء الانفجارات البركانية. وتُستخدم هذه المواد كمواد إسمنتية إضافية أو كركام للإسمنت والخرسانة. ^{[ 109 ]} وقد استُخدمت على نطاق واسع منذ العصور القديمة لإنتاج مواد البناء. فعلى سبيل المثال، أُضيف الخفاف وأنواع أخرى من الزجاج البركاني كمادة بوزولانية طبيعية للملاط والجص أثناء بناء فيلا سان ماركو في العصر الروماني (89 ق.م. - 79 م)، والتي لا تزال تُعتبر واحدة من أفضل الفيلات الرومانية المحفوظة في خليج نابولي بإيطاليا. ^{[ 110 ]}

الخرسانة الخفيفة المُعاد تدويرها هي نوع من الخرسانة المُعدّلة بالبوليمر . تسمح إضافة البوليمر المُحددة باستبدال جميع الركام التقليدي (الحصى، الرمل، الحجر) بأي خليط من مواد النفايات الصلبة بحجم حبيبات يتراوح بين 3 و10  مم، لتكوين منتج ذي مقاومة ضغط منخفضة (3-20  نيوتن/مم² ⁾ [ ^{111 ] يُستخدم} في بناء الطرق والمباني. يحتوي المتر المكعب الواحد من الخرسانة الخفيفة المُعاد تدويرها على 1.1-1.3  متر ^مكعب من النفايات المُقطّعة فقط، دون أي ركام آخر.

الخرسانة المُعاد تدويرها هي خلطات خرسانية قياسية تُضاف إليها أو تُستبدل فيها الركام الطبيعي بركام مُعاد تدويره مُستخرج من مخلفات البناء والهدم، أو الخرسانة الجاهزة المُهملة، أو مواد البناء. في معظم الحالات، تُؤدي الخرسانة المُعاد تدويرها إلى مستويات امتصاص أعلى للماء بفعل الخاصية الشعرية والنفاذية، وهما العاملان الرئيسيان المُحددان لقوة ومتانة الخرسانة الناتجة. ويعود سبب زيادة مستويات امتصاص الماء بشكل أساسي إلى الملاط المسامي المُلتصق بالركام المُعاد تدويره. وبناءً على ذلك، فإن ركام الخرسانة المُعاد تدويره الذي تم غسله لتقليل كمية الملاط المُلتصق به يُظهر مستويات امتصاص ماء أقل مُقارنةً بالركام المُعاد تدويره غير المُعالج.

تتحدد جودة الخرسانة المُعاد تدويرها بعدة عوامل، منها حجم الركام المُعاد تدويره، وعدد دورات استبداله، ومستويات رطوبته. فعندما يُسحق ركام الخرسانة المُعاد تدويره إلى شقوق خشنة، تُظهر الخرسانة المُختلطة مستويات نفاذية أفضل، مما يؤدي إلى زيادة إجمالية في قوتها. في المقابل، يُوفر ركام البناء المُعاد تدويره جودة أفضل عند سحقه إلى شقوق أدق. ومع كل جيل من الخرسانة المُعاد تدويرها، تنخفض قوة الضغط الناتجة.

يُساهم الإسمنت المُستخدم في صناعة الخرسانة بنحو 8% من انبعاثات _ثاني أكسيد الكربون العالمية سنويًا (مقارنةً، على سبيل المثال ، بنسبة 1.9% في قطاع الطيران العالمي). ^{[ 117 ]} ويُعدّ كلٌّ من عملية تصنيع الإسمنت واحتراق الوقود الأحفوري للوصول إلى درجة حرارة التلبيد (حوالي 1450 درجة مئوية ) للكلنكر الإسمنتي في الفرن المصدرين الرئيسيين لانبعاثات _ثاني أكسيد الكربون . وتتميز عملية تصنيع الإسمنت بانخفاض الطاقة اللازمة لاستخراج وسحق وخلط المواد الخام ( مواد البناء المستخدمة في إنتاج الخرسانة، بالإضافة إلى الحجر الجيري والطين المُستخدمين في تغذية فرن الإسمنت ). كما أن الطاقة اللازمة لنقل الخرسانة الجاهزة أقل أيضًا، نظرًا لإنتاجها بالقرب من موقع البناء من موارد محلية، حيث تُصنّع عادةً ضمن نطاق 100 كيلومتر من موقع العمل . ^{[ 118 ]} وبالتالي، فإن إجمالي الطاقة الكامنة في الخرسانة، والتي تتراوح بين 1 و1.5 ميغا جول لكل كيلوغرام، أقل من مثيلاتها في العديد من مواد البناء والتشييد. ^{[ 119 ]}  

بمجرد صبّها، توفر الخرسانة كفاءة عالية في استهلاك الطاقة طوال عمر المبنى. ^{[ 120 ]} وتُسرّب الجدران الخرسانية الهواء بنسبة أقل بكثير من تلك المصنوعة من إطارات خشبية. ^{[ 121 ]} ويُمثّل تسرب الهواء نسبة كبيرة من فقد الطاقة في المنزل. وتزيد خصائص الكتلة الحرارية للخرسانة من كفاءة المباني السكنية والتجارية على حد سواء. فمن خلال تخزين الطاقة اللازمة للتدفئة أو التبريد وإطلاقها، تُوفّر الكتلة الحرارية للخرسانة فوائد على مدار العام عن طريق تقليل تقلبات درجات الحرارة الداخلية وخفض تكاليف التدفئة والتبريد. ^{[ 122 ]} وبينما يُقلّل العزل من فقد الطاقة عبر غلاف المبنى، تستخدم الكتلة الحرارية الجدران لتخزين الطاقة وإطلاقها. وتستخدم أنظمة الجدران الخرسانية الحديثة كلاً من العزل الخارجي والكتلة الحرارية لإنشاء مبنى موفر للطاقة. وتُعدّ قوالب الخرسانة العازلة (ICFs) عبارة عن كتل أو ألواح مجوفة مصنوعة إما من رغوة عازلة أو من مادة راسترا ، تُكدّس لتشكيل جدران المبنى ثم تُملأ بالخرسانة المسلحة لإنشاء الهيكل.

تُعدّ المباني الخرسانية أكثر مقاومةً للحريق من تلك المُشيّدة بهياكل فولاذية، وذلك لأن الخرسانة تتميز بموصلية حرارية أقل من الفولاذ، ما يُتيح لها الصمود لفترة أطول في ظل ظروف الحريق نفسها. لذا، تُستخدم الخرسانة أحيانًا كحماية من الحريق للهياكل الفولاذية، لتحقيق التأثير نفسه المذكور آنفًا. كما يُمكن استخدام الخرسانة كدرع واقٍ من الحريق، مثل نظام Fondu fyre ، في بيئات قاسية كمنصات إطلاق الصواريخ.

تشمل خيارات البناء غير القابل للاحتراق الأرضيات والأسقف المصنوعة من الخرسانة المصبوبة في الموقع والخرسانة مسبقة الصب ذات النواة المجوفة. أما بالنسبة للجدران، فتُعدّ تقنية البناء بالخرسانة وقوالب الخرسانة العازلة (ICFs) خيارات إضافية. قوالب الخرسانة العازلة عبارة عن كتل أو ألواح مجوفة مصنوعة من رغوة عازلة مقاومة للحريق، تُكدّس لتشكيل جدران المبنى ثم تُملأ بالخرسانة المسلحة لتكوين الهيكل.

يُوفر الخرسانة مقاومة جيدة للقوى الخارجية المؤثرة عليها، مثل الرياح العاتية والأعاصير، وذلك بفضل صلابتها الجانبية التي تُقلل من حركتها الأفقية. مع ذلك، قد تُشكل هذه الصلابة عائقًا أمام بعض أنواع المنشآت الخرسانية، لا سيما عند الحاجة إلى هياكل ذات مرونة عالية نسبيًا لمقاومة قوى شديدة.

كما ذُكر سابقًا، يتميز الخرسانة بمقاومة عالية للضغط، ولكنه ضعيف في الشد. يمكن للزلازل الكبيرة أن تُولّد أحمال قصّ هائلة على المنشآت، مما يُعرّضها لأحمال شدّ وضغط. قد تنهار المنشآت الخرسانية غير المُسلّحة، شأنها شأن منشآت البناء غير المُسلّحة الأخرى، أثناء الهزات الأرضية الشديدة. تُشكّل منشآت البناء غير المُسلّحة أحد أكبر مخاطر الزلازل على مستوى العالم. ^{[ 123 ]} يُمكن الحدّ من هذه المخاطر من خلال تدعيم المباني المُعرّضة للخطر لمقاومة الزلازل، (مثل مباني المدارس في إسطنبول، تركيا). ^{[ 124 ]}

بدأ استخدام التسليح بالحديد في خمسينيات القرن التاسع عشر على يد الصناعي الفرنسي فرانسوا كونييه ، ولم يستخدم المهندس المدني الألماني جي. إيه. وايس الفولاذ كعنصر تسليح إلا في ثمانينيات القرن نفسه. الخرسانة مادة هشة نسبيًا، قوية تحت الضغط ولكنها أقل مقاومة للشد. الخرسانة غير المسلحة غير مناسبة للعديد من المنشآت لضعف قدرتها على تحمل الإجهادات الناتجة عن الاهتزازات وأحمال الرياح وغيرها. لذا، ولزيادة قوتها الإجمالية، يمكن تضمين قضبان أو أسلاك أو شبكات أو كابلات فولاذية في الخرسانة قبل تصلبها. هذا التسليح، المعروف غالبًا باسم حديد التسليح، يقاوم قوى الشد. ^{[ 129 ]}

الخرسانة المسلحة مادة مركبة متعددة الاستخدامات، وهي من أكثر المواد استخدامًا في البناء الحديث. تتكون من مواد مختلفة ذات خصائص متباينة تتكامل فيما بينها. في حالة الخرسانة المسلحة، تكون المواد المكونة لها في الغالب هي الخرسانة والفولاذ. تشكل هاتان المادتان رابطة قوية معًا، وقادرتان على مقاومة قوى متنوعة، ما يجعلهما بمثابة عنصر إنشائي واحد متكامل. ^{[ 130 ]}

يمكن أن يكون الخرسانة المسلحة مسبقة الصب أو مصبوبة في الموقع، وتُستخدم في نطاق واسع من التطبيقات مثل البلاطات والجدران والجسور والأعمدة والأساسات والهياكل الإنشائية. يُوضع التسليح عادةً في مناطق الخرسانة المعرضة للشد، مثل الجزء السفلي من الجسور. ويُراعى عادةً وجود  غطاء خرساني لا يقل عن 50 مم، أعلى وأسفل حديد التسليح، لمقاومة التقشر والتآكل اللذين قد يؤديان إلى عدم استقرار الهيكل. ^{[ 129 ]} أما أنواع التسليح الأخرى غير الفولاذية، مثل الخرسانة المسلحة بالألياف، فتُستخدم في تطبيقات متخصصة، ولا سيما كوسيلة للتحكم في التشققات. ^{[ 130 ]}

الخرسانة مسبقة الصب هي خرسانة تُصب في مكان واحد لاستخدامها في مكان آخر، وهي مادة قابلة للنقل. يُنفذ الجزء الأكبر من إنتاج الخرسانة مسبقة الصب في مصانع الموردين المتخصصين، مع أنه في بعض الحالات، ولأسباب اقتصادية وجغرافية، أو بسبب حجم المنتج أو صعوبة الوصول، تُصب العناصر في موقع البناء أو بالقرب منه. ^{[ 131 ]} توفر الخرسانة مسبقة الصب مزايا كبيرة لأنها تُنفذ في بيئة مُتحكم بها، محمية من العوامل الجوية، ولكن من سلبياتها المساهمة في انبعاثات غازات الاحتباس الحراري الناتجة عن نقلها إلى موقع البناء. ^{[ 130 ]}

المزايا التي يمكن تحقيقها باستخدام الخرسانة مسبقة الصب: ^{[ 131 ]}

• توجد مخططات أبعاد مفضلة، مع عناصر من تصميمات مجربة ومختبرة متوفرة في الكتالوج.
• ينتج عن تصنيع العناصر الهيكلية توفير كبير في الوقت بصرف النظر عن سلسلة الأحداث التي تحدد المدة الإجمالية للبناء، والمعروفة لدى مهندسي التخطيط باسم "المسار الحرج".
• توافر مرافق المختبر القادرة على إجراء اختبارات التحكم المطلوبة، والعديد منها معتمد لإجراء اختبارات محددة وفقًا للمعايير الوطنية.
• معدات ذات قدرات مناسبة لأنواع محددة من الإنتاج مثل أسرة الشد ذات السعة المناسبة، والقوالب والآلات المخصصة لمنتجات معينة.
• تساهم التشطيبات عالية الجودة التي يتم الحصول عليها مباشرة من القالب في الاستغناء عن الحاجة إلى الديكور الداخلي وضمان انخفاض تكاليف الصيانة.

بسبب التفاعل الكيميائي الطارد للحرارة للأسمنت أثناء التصلب، تُولّد المنشآت الخرسانية الضخمة ، كالسدود وأهوسة الملاحة والأساسات الحصيرية الكبيرة وحواجز الأمواج، حرارةً زائدةً أثناء عملية التصلب والتمدد المصاحب لها. وللحد من هذه الآثار، يُستخدم التبريد اللاحق ^{[ 132 ]} عادةً أثناء الإنشاء. ومن الأمثلة المبكرة على ذلك سد هوفر، حيث استُخدمت شبكة من الأنابيب بين مصبات الخرسانة الرأسية لتدوير مياه التبريد أثناء عملية التصلب لتجنب ارتفاع درجة الحرارة المُضر. ولا تزال أنظمة مماثلة تُستخدم حتى اليوم؛ فبحسب حجم الصب ونوع الخلطة الخرسانية المستخدمة ودرجة حرارة الهواء المحيط، قد تستمر عملية التبريد لعدة أشهر بعد صب الخرسانة. كما تُستخدم طرق مختلفة لتبريد الخلطة الخرسانية مسبقًا في المنشآت الخرسانية الضخمة. ^{[ 132 ]}

يُعدّ استخدام الخرسانة المدكوكة بالأسطوانات نهجًا آخر في بناء الهياكل الخرسانية الضخمة ، حيث يقلل من الانبعاثات الحرارية الناتجة عن الأسمنت. تعتمد هذه الطريقة على خلطة جافة تتطلب تبريدًا أقل بكثير من الخرسانة الرطبة التقليدية. تُصبّ الخرسانة في طبقات سميكة كمادة شبه جافة، ثم تُدكّ بالأسطوانات لتكوين كتلة كثيفة وقوية.

تميل أسطح الخرسانة الخام إلى أن تكون مسامية وذات مظهر غير جذاب نسبياً. يمكن تطبيق العديد من التشطيبات لتحسين المظهر وحماية السطح من البقع وتسرب المياه والتجمد.

من أمثلة تحسين المظهر الخرسانة المطبوعة، حيث تُطبع نقوش على سطح الخرسانة الرطبة، مما يُعطي مظهرًا يشبه الرصف أو الحصى أو الطوب، وقد يُضاف إليها ألوان. ومن التأثيرات الشائعة الأخرى للأرضيات وأسطح الطاولات الخرسانة المصقولة ، حيث تُصقل الخرسانة لتصبح مسطحة بصريًا باستخدام مواد كاشطة ماسية، ثم تُختم بمواد بوليمرية أو مواد مانعة للتسرب أخرى.

يمكن تحقيق تشطيبات أخرى عن طريق النحت، أو باستخدام تقنيات أكثر تقليدية مثل الطلاء أو تغطيتها بمواد أخرى.

تُعدّ المعالجة السليمة لسطح الخرسانة، وبالتالي خصائصها، مرحلة مهمة في بناء وتجديد المنشآت المعمارية. ^{[ 133 ]}

الخرسانة مسبقة الإجهاد هي نوع من الخرسانة المسلحة، حيث تُولّد إجهادات ضغط أثناء الإنشاء لمقاومة إجهادات الشد التي تتعرض لها أثناء الاستخدام. وهذا يُقلل بشكل كبير من وزن الكمرات أو البلاطات، من خلال توزيع الإجهادات بشكل أفضل في الهيكل لتحقيق الاستخدام الأمثل للحديد التسليحي. على سبيل المثال، تميل الكمرة الأفقية إلى الترهل، ويُعالج هذا الترهل بواسطة حديد التسليح مسبق الإجهاد الموجود على طول الجزء السفلي منها. في الخرسانة مسبقة الشد، يتم تحقيق الإجهاد المسبق باستخدام أوتار أو قضبان فولاذية أو بوليمرية تُعرّض لقوة شد قبل الصب، أو بعد الصب في حالة الخرسانة لاحقة الشد.

يتم استخدام نظامين مختلفين: ^{[ 130 ]}

• الخرسانة مسبقة الإجهاد تكون دائماً تقريباً مسبقة الصب، وتحتوي على أسلاك فولاذية (أوتار) يتم تثبيتها تحت الشد أثناء وضع الخرسانة وتصلبها حولها.
• يحتوي الخرسانة المسبقة الإجهاد على قنوات تمر عبرها. بعد أن تكتسب الخرسانة قوتها، تُسحب الأوتار عبر هذه القنوات وتُشد. ثم تُملأ القنوات بمادة مانعة للتسرب. وقد تعرضت الجسور المبنية بهذه الطريقة لتآكل كبير في الأوتار، لذا يُمكن الآن استخدام الشد المسبق الخارجي حيث تمتد الأوتار على طول السطح الخارجي للخرسانة.

أكثر من 89,000 كيلومتر من الطرق السريعة في الولايات المتحدة الأمريكية مُعبّدة بهذه المادة. يُعدّ الخرسانة المسلحة ، والخرسانة مسبقة الإجهاد ، والخرسانة مسبقة الصبّ من أكثر أنواع الخرسانة استخدامًا في التوسعات الوظيفية الحديثة. لمزيد من المعلومات، انظر العمارة الوحشية . 

بعد خلط الخرسانة، تُنقل عادةً إلى الموقع المُخصص لها لتُستخدم كعنصر إنشائي. وتُستخدم طرق نقل وصب متنوعة تبعًا للمسافات والكمية المطلوبة وتفاصيل أخرى للتطبيق. غالبًا ما تُنقل الكميات الكبيرة بالشاحنات، أو تُصبّ بحرية بفعل الجاذبية أو عبر جهاز الصب تحت الماء ، أو تُضخ عبر الأنابيب. أما الكميات الصغيرة، فقد تُنقل في حاوية معدنية قابلة للإمالة أو الفتح لتفريغ محتوياتها، وعادةً ما تُنقل بواسطة رافعة أو ونش، أو تُحمل بعربة يدوية، أو في أكياس قابلة للطيّ لوضعها يدويًا تحت الماء.

مكان مناسب للطقس البارد

يمكن أن تؤثر الظروف الجوية القاسية (الحرارة أو البرودة الشديدة، والرياح، وتقلبات الرطوبة) بشكل كبير على جودة الخرسانة. لذا، تُتخذ احتياطات عديدة عند صب الخرسانة في الطقس البارد. ^{[ 134 ]} تُبطئ درجات الحرارة المنخفضة بشكل ملحوظ التفاعلات الكيميائية المصاحبة لعملية إماهة الأسمنت، مما يؤثر على تطور قوتها. ويُعد منع التجمد أهم هذه الاحتياطات، إذ يُمكن أن يُلحق تكوّن بلورات الثلج ضررًا بالبنية البلورية لعجينة الأسمنت المُمَيَّأة. وإذا عُزل سطح صب الخرسانة عن درجات الحرارة الخارجية، فإن حرارة الإماهة ستمنع التجمد.

تعريف معهد الخرسانة الأمريكي (ACI) لوضع الخرسانة في الطقس البارد، ACI 306، ^{[ 135 ]} هو:

• فترة ينخفض ​​فيها متوسط ​​درجة حرارة الهواء اليومية لأكثر من ثلاثة أيام متتالية إلى أقل من 40  درجة فهرنهايت (حوالي 4.5  درجة مئوية)، و
• تبقى درجة الحرارة أقل من 50 درجة فهرنهايت (10 درجات مئوية) لأكثر من نصف أي فترة 24 ساعة.  

في كندا ، حيث تميل درجات الحرارة إلى أن تكون أقل بكثير خلال فصل الشتاء، يتم استخدام المعايير التالية من قبل CSA A23.1:

• عندما تكون درجة حرارة الهواء ≤ 5  درجة مئوية، و
• عندما يكون هناك احتمال أن تنخفض درجة الحرارة إلى أقل من 5  درجات مئوية في غضون 24 ساعة من وضع الخرسانة.

الحد الأدنى لقوة تحمل الخرسانة قبل تعريضها للبرد الشديد هو 500 رطل لكل بوصة مربعة (3.4 ميجا باسكال) . وقد حددت المواصفة القياسية الكندية CSA A 23.1 قوة تحمل ضغط تبلغ 7.0 ميجا باسكال لاعتبارها آمنة للتعرض للتجمد.   

وضع تحت الماء

يمكن صب الخرسانة ومعالجتها تحت الماء. يجب توخي الحذر في طريقة الصب لمنع جرف الأسمنت. تشمل طرق الصب تحت الماء: الصب بالأنبوب ، والضخ، والصب باستخدام حاويات، والصب اليدوي باستخدام أكياس الصب، والصب باستخدام أكياس التغليف. ^{[ 136 ]}

الأنبوب الرأسي (التريمي) هو أنبوب رأسي، أو شبه رأسي، مزود بقادوس في الأعلى، يُستخدم لصب الخرسانة تحت الماء بطريقة تمنع جرف الأسمنت من الخليط نتيجةً لتلامس الماء المضطرب مع الخرسانة أثناء تدفقها. ينتج عن ذلك قوة أكثر موثوقية للمنتج.تُستخدم طريقة الكيس القابل للضغط عادةً لوضع كميات صغيرة ولأغراض الإصلاح. يُعبأ الخرسانة الرطبة في كيس قماشي قابل لإعادة الاستخدام، ثم يُضغط عليه الغواص لإخراج الخرسانة في المكان المطلوب. يجب توخي الحذر لتجنب جرف الأسمنت والشوائب الدقيقة.

تُعرف عملية صب الخرسانة تحت الماء باستخدام الأكياس بأنها وضع يدوي لأكياس قماشية منسوجة تحتوي على خليط جاف، يقوم الغواصون بثقبها بدبابيس من حديد التسليح لربطها معًا بعد كل طبقتين أو ثلاث، مما يُهيئ مسارًا للترطيب لتحفيز عملية التصلب، والتي تستغرق عادةً من 6 إلى 12 ساعة للتصلب الأولي، والتصلب الكامل في اليوم التالي. تصل الخرسانة المصنّعة بهذه الطريقة إلى قوتها الكاملة في غضون 28 يومًا. يجب ثقب كل كيس بدبوس واحد على الأقل، ويُفضل ثقبه بأربعة دبابيس كحد أقصى. تُعدّ هذه الطريقة بسيطة ومريحة لصبّ الخرسانة تحت الماء، ولا تتطلب مضخات أو معدات أو قوالب، كما أنها تُقلل من الآثار البيئية الناتجة عن انتشار الأسمنت في الماء. تتوفر أكياس معبأة مسبقًا، ومغلقة بإحكام لمنع الترطيب المبكر عند تخزينها في ظروف جافة مناسبة. قد تكون هذه الأكياس قابلة للتحلل الحيوي. ^{[ 137 ]}

يُعدّ الركام المحقون طريقة بديلة لتشكيل كتلة خرسانية تحت الماء، حيث تُملأ القوالب بالركام الخشن ثم تُملأ الفراغات بالكامل من الأسفل عن طريق إزاحة الماء بالخرسانة المحقونة التي يتم ضخها . ^{[ 136 ]}

تُعدّ الطرق الخرسانية أكثر كفاءة في استهلاك الوقود، ^{[ 138 ]} وأكثر انعكاسًا للضوء، وتدوم لفترة أطول بكثير من أنواع الرصف الأخرى، ومع ذلك، فإن حصتها السوقية أقل بكثير من حلول الرصف الأخرى. لقد غيّرت أساليب الرصف الحديثة وممارسات التصميم اقتصاديات رصف الخرسانة، بحيث يصبح الرصف الخرساني المصمم والمنفذ جيدًا أقل تكلفة في البداية، وأقل تكلفة بكثير على مدار دورة حياته. ومن المزايا الرئيسية الأخرى إمكانية استخدام الخرسانة المسامية ، مما يُغني عن الحاجة إلى وضع مصارف مياه الأمطار بالقرب من الطريق، ويقلل الحاجة إلى ميل طفيف في الطريق لتصريف مياه الأمطار. كما أن عدم الحاجة إلى تصريف مياه الأمطار عبر المصارف يعني أيضًا انخفاض استهلاك الكهرباء (حيث تزداد الحاجة إلى الضخ في شبكة توزيع المياه)، ولا تتلوث مياه الأمطار لأنها لا تختلط بالمياه الملوثة، بل تمتصها الأرض مباشرة.

يمكن أن يكون الإسمنت المصبوب في شبكة من الهياكل الأنبوبية أكثر مقاومة للتشقق/الانهيار بمقدار 5.6 مرة من الخرسانة العادية. تحاكي هذه الطريقة العظم القشري للثدييات، والذي يتميز بوحدات عظمية بيضاوية مجوفة معلقة في مادة عضوية، متصلة بخطوط إسمنتية ضعيفة نسبيًا. توفر هذه الخطوط مسارًا مفضلًا للتشقق داخل المستوى. يفشل هذا التصميم عبر "آلية تقوية تدريجية". تُحصر الشقوق داخل الأنبوب، مما يقلل من انتشارها، عن طريق تبديد الطاقة عند كل أنبوب/خطوة. ^{[ 139 ]}

قد ينتج عن طحن الخرسانة غبارٌ ضار . ويمكن أن يؤدي التعرض لغبار الأسمنت إلى مشاكل صحية مثل داء السيليكوز ، وأمراض الكلى، وتهيج الجلد، وغيرها من الآثار المماثلة. ويوصي المعهد الوطني الأمريكي للسلامة والصحة المهنية بتركيب أغطية تهوية موضعية على مطاحن الخرسانة الكهربائية للتحكم في انتشار هذا الغبار. ^{[ 140 ]}

بالإضافة إلى ذلك، فرضت إدارة السلامة والصحة المهنية (OSHA) لوائح أكثر صرامة على الشركات التي يتعرض عمالها بانتظام لغبار السيليكا. وقد حددت قاعدة السيليكا المُحدَّثة، التي دخلت حيز التنفيذ في 23 سبتمبر 2017 لشركات البناء، كمية السيليكا البلورية القابلة للتنفس التي يُسمح للعمال بالتعرض لها قانونًا بـ 50 ميكروغرامًا لكل متر مكعب من الهواء خلال يوم عمل مدته 8 ساعات. ^{[ 141 ]} ودخلت القاعدة نفسها حيز التنفيذ في 23 يونيو 2018 للصناعات العامة والتكسير الهيدروليكي والقطاع البحري. وتم تمديد هذا الموعد النهائي إلى 23 يونيو 2021 للضوابط الهندسية في صناعة التكسير الهيدروليكي.

قد تواجه الشركات التي لا تلتزم بلوائح السلامة المشددة غرامات مالية وعقوبات باهظة. ويمكن أن يُسبب وجود بعض المواد في الخرسانة، بما في ذلك إضافات مفيدة وغير مرغوب فيها، مخاوف صحية بسبب سميتها وإشعاعها. وتتميز الخرسانة الطرية (قبل اكتمال تصلبها) بقلوية عالية، لذا يجب التعامل معها باستخدام معدات الوقاية الشخصية المناسبة. ^{[ 142 ]}

يُعدّ الإسمنت مكونًا رئيسيًا للخرسانة ، وهو مسحوق ناعم يُستخدم أساسًا لربط الرمل والحصى الخشن معًا. ورغم وجود أنواع مختلفة من الإسمنت، فإنّ أكثرها شيوعًا هو " إسمنت بورتلاند "، الذي يُنتج بمزج الكلنكر مع كميات أقل من إضافات أخرى مثل الجبس والحجر الجيري المطحون. ويُعدّ إنتاج الكلنكر، المكوّن الرئيسي للإسمنت، مسؤولًا عن الجزء الأكبر من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في هذا القطاع، بما في ذلك انبعاثات الطاقة وانبعاثات العمليات. ^{[ 143 ]}

تُعدّ صناعة الإسمنت إحدى الصناعات الثلاث الرئيسية المُنتجة لثاني أكسيد الكربون، وهو أحد غازات الدفيئة الرئيسية، إلى جانب صناعتي إنتاج الطاقة والنقل. في المتوسط، يُطلق كل طن من الإسمنت المُنتَج طنًا واحدًا من ثاني أكسيد الكربون _في الغلاف الجوي. وقد ادّعت الشركات الرائدة في صناعة الإسمنت أنها حققت انخفاضًا في كثافة الكربون، حيث بلغ 590  كيلوغرامًا من مكافئ _ثاني أكسيد الكربون لكل طن من الإسمنت المُنتَج. ^{[ 144 ]} وتنتج هذه الانبعاثات عن عمليات الاحتراق والتكليس، ^{[ 145 ]} والتي تُشكّل ما يقارب 40% و60% من غازات الدفيئة على التوالي. ونظرًا لأن الإسمنت لا يُمثّل سوى جزء صغير من مُكوّنات الخرسانة، يُقدّر أن طنًا واحدًا من الخرسانة مسؤول عن انبعاث ما بين 100 و200  كيلوغرام من ثاني أكسيد الكربون _. [ ^{146 ] [ 147 ] ويُستخدم} سنويًا أكثر من 10 مليارات طن من الخرسانة في جميع أنحاء العالم. ^{[ 147 ]} في السنوات القادمة، سيستمر استخدام كميات كبيرة من الخرسانة، وسيكون تخفيف انبعاثات _ثاني أكسيد الكربون من هذا القطاع أكثر أهمية.

يُستخدم الخرسانة لإنشاء أسطح صلبة تُسهم في جريان المياه السطحية ، مما قد يُسبب تآكلًا شديدًا للتربة وتلوثًا للمياه وفيضانات، ولكن في المقابل، يُمكن استخدامها لتحويل مسارات المياه، وحجز المياه، والتحكم في الفيضانات. يُمكن أن يُشكل غبار الخرسانة الناتج عن هدم المباني والكوارث الطبيعية مصدرًا رئيسيًا لتلوث الهواء الخطير . تُساهم الخرسانة في ظاهرة الجزر الحرارية الحضرية ، وإن كان ذلك بدرجة أقل من الأسفلت .

قد يكون لتقليل محتوى الكلنكر في الأسمنت آثار إيجابية على التقييم البيئي لدورة حياة الخرسانة. وقد أُجريت بالفعل بعض الأبحاث حول تقليل محتوى الكلنكر في الخرسانة. ومع ذلك، توجد استراتيجيات بحثية مختلفة. غالبًا ما تم دراسة استبدال جزء من الكلنكر بكميات كبيرة من الخبث أو الرماد المتطاير استنادًا إلى تقنيات الخرسانة التقليدية. قد يؤدي هذا إلى هدر مواد خام نادرة مثل الخبث والرماد المتطاير. يهدف البحث في أنشطة أخرى إلى الاستخدام الأمثل للأسمنت والمواد التفاعلية مثل الخبث والرماد المتطاير في الخرسانة، وذلك من خلال تصميم خلطات معدلة. ^{[ 148 ]}

يمكن تقليل انبعاثات الكربون المتضمنة في واجهات الخرسانة مسبقة الصب بنسبة 50% عند استخدام الخرسانة عالية الأداء المدعمة بالألياف بدلاً من كسوة الخرسانة المسلحة التقليدية. ^{[ 149 ]} وقد أُجريت دراسات حول تسويق الخرسانة منخفضة الكربون. وتمّ تقييم دورة حياة الخرسانة منخفضة الكربون وفقًا لنسب استبدال خبث الأفران العالية المحبب المطحون (GGBS) والرماد المتطاير (FA). وانخفضت إمكانية الاحترار العالمي (GWP) لخبث الأفران العالية المحبب المطحون بمقدار 1.1  كجم مكافئ _ثاني أكسيد الكربون /م³ ^، بينما انخفضت إمكانية الاحترار العالمي للرماد المتطاير بمقدار 17.3  كجم مكافئ ثاني أكسيد الكربون _/ م³ ^عند زيادة نسبة استبدال المضافات المعدنية بنسبة 10%. كما قارنت هذه الدراسة خصائص مقاومة الضغط للخرسانة منخفضة الكربون المخلوطة ثنائيًا وفقًا لنسب الاستبدال، وتمّ استخلاص النطاق المناسب لنسب الخلط. ^{[ 150 ]}

ستكون مواد البناء عالية الأداء ذات أهمية بالغة لتعزيز القدرة على الصمود، بما في ذلك الحماية من الفيضانات وحماية البنية التحتية الحيوية. ^{[ 151 ]} وتُعدّ المخاطر التي تُهدد البنية التحتية والمدن جراء الظواهر الجوية المتطرفة خطيرةً للغاية، لا سيما في المناطق المُعرّضة لأضرار الفيضانات والأعاصير، وكذلك في المناطق التي يحتاج سكانها إلى الحماية من درجات الحرارة الصيفية المرتفعة. وقد يتعرض الخرسانة التقليدية للإجهاد عند تعرضها للرطوبة وتركيزات عالية من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي _. وبينما من المرجح أن تظل الخرسانة ذات أهمية في التطبيقات التي تُواجه فيها البيئة تحديات، إلا أن هناك حاجة ماسة إلى مواد جديدة أكثر ذكاءً وقابليةً للتكيف. ^{[ 147 ] [ 152 ]}

أُثيرت مخاوف بشأن إعادة تدوير الخرسانة المطلية لاحتمالية احتوائها على الرصاص. وقد أشارت الدراسات إلى أن الخرسانة المعاد تدويرها تتميز بقوة ومتانة أقل مقارنةً بالخرسانة المنتجة باستخدام الركام الطبيعي. ^{[ 157 ] [ 158 ] [ 159 ] [ 160 ]} ويمكن معالجة هذا النقص بإضافة مواد تكميلية، مثل الرماد المتطاير، إلى الخليط. ^{[ 161 ]}

قامت شركة Recygenie ببناء مجمع سكني مكون من 220 وحدة سكنية باستخدام الخرسانة المعاد تدويرها بنسبة 100%، وقامت بتقوية الخرسانة بإضافة الرمل المعاد تدويره وخبث الصلب وغيرها من المنتجات الثانوية. ^{[ 162 ]}