已知最早使用混凝土的是可以追溯到加利利的地板，大约在公元前7000年，在2007年出土时仍然健全。在作为建筑材料使用了数千年后，科学似乎肯定能想出更好的东西，也许是一种在用于柱子或人行道时不会开裂或崩溃的材料。
佛罗里达大学土木工程研究员Christopher Ferraro说，科学可以。
问题是，许多比混凝土更强或更耐用的材料并没有提供出问题的线索。费拉罗说，混凝土的裂缝是一个信号，这个信号可以拯救生命。
混凝土会显示出困扰的迹象。它将开始开裂并开始剥落，这是一个要注意的信号，是时候进行维护了。
混凝土在6月佛罗里达州苏尔夫塞德的Champlain Towers South倒塌时成为新闻，人们的注意力集中在混凝土和钢筋结构的状况上，因为这些结构有磨损的迹象。随着大规模的联邦基础设施支出计划的形成，混凝土将继续成为新闻，其中大部分支出将用于由混凝土制成的结构。
气候危机也将注意力集中在混凝土上，因为它是温室气体排放的一个因素。不过，费拉罗说，与其他工业化国家相比，今天的美国有一个相当好的记录。例如，中国在2011年至2013年期间使用的混凝土与美国在整个20世纪使用的混凝土一样多。
虽然任何其他材料都不可能很快取代混凝土，但混凝土科学旨在使世界上最受欢迎的建筑材料更强大、更耐用、更可持续。
老化良好
费拉罗指出，许多归咎于混凝土的故障根本不是因为混凝土，而是混凝土的近乎永恒的伙伴：钢。
作为一名专业工程师，以及从纽约到佛罗里达州经常就所有混凝土问题作证的专家，Ferraro说他已经看到了他的混凝土份额，所有钢筋混凝土结构的维修中，95%是由于被包裹在其中的钢的退化造成的。当钢被腐蚀时，会发生两件事。首先，铁变成了氧化铁,然后，氧化铁膨胀，高达其原始测量值的七倍,膨胀推动混凝土，导致剥落，或开裂。费拉罗说，当你看到钢筋混凝土出现裂缝时，往往是由于下面的钢筋在膨胀。
混凝土可以持续很长时间，失效的是钢筋。
混凝土和钢一起被用来提供两种强度。混凝土处理抗压负荷，即结构的重量，钢材负责处理拉伸负荷，并允许一些灵活性。混凝土和钢的组合提供了难以超越的结构强度。
混凝土配方中的成分是地球上最常见的原材料之一，水泥是由石灰石、沙子和粘土制成的，混凝土是由水泥，加上沙子、砾石和水组成，这使得水泥--特别是波特兰水泥--成为研究的关键重点。
在可持续基础设施和环境工程学院的费拉罗实验室，研究重点是无损检测、替代粘合剂和骨料的使用、基础设施状况、以及混凝土微观结构的虚拟测试和建模。
传统上，波特兰水泥与波茨坦结合，波茨坦是一种与水结合后具有粘结性的材料。粉煤灰是最有效和最常见的掺合料之一，它是燃煤电厂的副产品，粉煤灰还有一个额外的好处，那就是回收燃煤的废品。粉煤灰不是被释放到空气中或被填埋，而是被用来制造混凝土，添加粉煤灰使混凝土更耐用。然而，随着煤炭燃烧的减少，对粉煤灰的替代品将有需求。
一些替代性灰泥是粉碎的回收玻璃和不同类型的粘土。由于南佛罗里达州有大量的甘蔗作物，甘蔗渣，一种甘蔗种植的废品，也正在被研究。费拉罗正在寻找结构适当、数量充足、易于获得和成本效益高的替代性水泥。
费拉罗说："我们知道，如果没有粉煤灰，波特兰水泥本身就不太耐用，所以我们正在寻找替代品。"
混凝土是多孔的，粉煤灰有一个非常好的作用，就是保护包裹在混凝土中的钢材不受渗入混凝土层的氯化物的影响。例如，沿海桥梁的铁塔位于盐水中富含氯化物的环境中。
粉煤灰为我们提供了一个很长的腐蚀开始时间，因此延长了混凝土的生命周期。
咸水环境
虽然佛罗里达州的结构受到保护，不受北方冻/融循环的影响，而且佛罗里达州的桥梁在除雪时不需要使用盐，但佛罗里达州还面临其他挑战。Ferraro说我们确实有世界上最大的腐蚀实验室，叫做佛罗里达群岛，因此，我们必须以更稳健的方式设计我们的结构，以适应这种高氯化物环境。
但是，含盐的海边环境并不会自动缩短结构的寿命。费拉罗在1992年安德鲁飓风过后检查了迈阿密海洋体育馆，他对自己的发现感到惊讶。
费拉罗说："我惊讶于钢筋的原始状态，混凝土下面的钢筋。"他从他办公室窗台上的标本中取出一个体育场的样本，体育场在飓风袭击之前就很坚固。
作为一个参加过数百次结构检查的老手，费拉罗说他见过让他害怕的不良施工方法和让他紧张的不良维护方法。一个结构的状况，在大多数情况下，取决于它的年龄，它的建造程度和维护程度。他说，通常情况下，结构建造得很好，因此，年龄和维护是结构性能的两个主要因素。
材料和陨石
随着粉煤灰来源的减少和地球上制造水泥的材料供应的减少，这些矿物和金属的其他来源正在被调查。
们一直在讨论如何利用陨石或小行星来获取其中的矿物质。我们离它还有一段距离，但我的部分工作是看看科幻小说，不要再让它成为科幻小说。在我们能够抓住一颗流星并开始地外采矿之前，我们只能想办法使地球上的材料更可持续、更耐用。
混凝土是一个气候变化问题，因为它是一个二氧化碳的点源生产者。石灰石是波特兰水泥的关键成分，当石灰石在窑中被加热到3000华氏度时，石灰石会脱碳为氧化钙和二氧化碳。用于加热水泥的燃料和二氧化碳的释放都是气候变化问题。
所有工业生产的二氧化碳中约有25%到33%来自混凝土行业。这似乎是一个巨大的数字，直到你考虑到混凝土是世界上第一大建筑材料，不仅是每年，而且是自其发明以来的历史。
当你考虑到我们使用了这么多，并且产生了这么少的二氧化碳，它仍然是相对绿色的。
如果波特兰水泥可以用其他成分进行修正，就可以减少排放。每当我们能够减少进入波特兰水泥混凝土混合物的波特兰水泥的数量时，我们就能做到这一点。
美国负责全球所有波特兰水泥生产的2%到4%，而中国负责大约55%。
基础设施骨干
促进混凝土的可持续性的一件事是它的耐久性。费拉罗指出，一旦一个结构建成，一般来说它可以持续很长时间。这就是混凝土成为世界基础设施骨干的原因之一，包括世界上最大的混凝土结构，中国的三峡大坝。
美国土木工程师协会每年发布的基础设施等级，有时会描绘出美国基础设施状况的暗淡画面。2021年的成绩单表明：
每两分钟就有一条水管破裂
43%的道路状况不佳或一般
42%的桥梁至少有50年的历史，7.5%的桥梁有结构性缺陷。
然而，基础设施支出的增加可能会改变这种状况，混凝土结构--公路、跑道、人行道、桥梁、堤坝、海堤、水坝、排水系统--将意味着更多的混凝土。虽然估计混凝土占全球排放量的8%，但用混凝土建造的结构往往可以持续半个世纪或更长时间。
美国与其他国家相比，除了少数例外，ASCE的等级可能更好。中国、日本和欧洲大部分地区已经开始了重建热潮，使这些国家的部分地区比美国更加现代化。
费拉罗实验室的研究重点之一是测试混凝土。你如何测试可以持续50年的东西，并且仍然按时退休？
有一些代理测试可以让我们很好地了解我们使用的混凝土骨料的耐久性，但有些测试可以持续两年，如果你想在下个月建造一座桥梁，你不想等待两年的结果。我们必须能够进行快速测试，以确定某些东西是否能持续多年。
实验室的部分工作重点是发明新的测试--"并为旧的测试争论不休"--并给予它们最高的审查。
除了传统的计算机建模，费拉罗正在检查使用人工智能的模型的稳健性，并与同事合作开发虚拟计算机建模。开发可靠算法的训练数据集必须非常稳健，但由于混凝土的悠久历史，有大量的数据可用。
费拉罗说："人工智能获取数据并为我们提供黑匣子。我认为人工智能将在未来几年内发挥关键作用，帮助我们真正定义一些微观结构方面，也许我们还不能以同样的方式来看待。我们正开始提出这类问题。"