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有了它,混凝土建筑能“長命百歲”嗎?
2017/4/17 17:14:28 來源:中國產業發展研究網 【字體:大 中 小】【收藏本頁】【打印】【關閉】
核心提示:在不少人的概念中,建筑建得越結實,它的使用壽命就應該越長,但人們往往會看到這樣的“悖論”——經常有按照“百年工程”設計的建筑物在服役一段時間后,出現保護層剝落、鋼筋銹蝕等現象。在不少人的概念中,建筑建得越結實,它的使用壽命就應該越長,但人們往往會看到這樣的“悖論”——經常有按照“百年工程”設計的建筑物在服役一段時間后,出現保護層剝落、鋼筋銹蝕等現象。 工程結構的服役行為和壽命與混凝土耐久性能優劣直接相關,但困擾工程界的另一大難點是混凝土耐久性評價及壽命評估方法。 12位科研人員在努力15年后,終于迎來豐收的果實。 今年3月,國際上混凝土結構學術權威機構之一——有著70年歷史的國際材料與結構研究實驗聯合會(RILEM),正式在全世界范圍內發布“環境與荷載因素耦合作用下混凝土耐久性測試方法”。這個有點拗口的名稱,是首個獲得國際認可的混凝土耐久性測試方法,這也是來自中國的世界首個混凝土耐久性推薦規范。 美國國家工程院、中國工程院、印度工程院三院院士夏蘇魯教授曾這樣評價,在環境因素和機械應力的多因素耦合作用方面,該方法解決了具有挑戰性的科學難題。 中國建筑材料科學研究總院(以下簡稱建材總院)院長、RILEM技術委員會首個中國大陸主席姚燕說,規范提出了荷載與典型環境下混凝土的耐久性評價與壽命評估方法,這將為混凝土結構的前期耐久性設計及后期壽命評估提供重要支撐。通俗地說,將為百年工程護航。 千億工程缺乏有效耐久性評價方法 混凝土是世界最大宗建筑材料,因為結合了鋼筋與混凝土的諸多優點,加上造價較低, 鋼筋混凝土成為目前土木工程結構設計中的首選形式,被廣泛用于公路、橋梁、機場、軌道交通、水利設施、海洋工程等領域。 但從世界范圍來看,在不少環境條件下,混凝土材料并不像當初設想的那樣耐久,一些混凝土橋梁在服役約三四十年后,出現了一系列影響橋梁耐久性的現象, 如混凝土大面積開裂、表面剝落、保護層開裂、鋼筋生銹等問題。 相關資料顯示,因混凝土耐久性問題喪失使用功能,全世界每年用于工程修復和重建費用高達數千億美元。 隨著混凝土工程的設計理論、材料性能及施工水平的不斷進步,工程設計壽命也不斷延長,但在惡劣的自然環境與長期存在的力學荷載的雙重考驗下,工程能否達到設計壽命,亟須建立相關的評估模型進行預測。 客觀耐久性測試方法成業界難題 “多方一致認同,氯鹽環境中氯離子侵蝕引起的鋼筋腐蝕和寒冷地區凍融循環作用,是造成混凝土耐久性劣化的最主要因素。”建材總院博士王振地說,破壞混凝土的因素多達9類,或者更多,包括鋼筋銹蝕、凍融循環、碳化、化學腐蝕、干濕循環等,協同作用造成的破壞會產生疊加效應,其破壞速度和程度遠大于單一因素作用。但到目前為止,這種耦合作用被普遍地忽略。 基于單一環境因素的耐久性評價和壽命預測方法聽起來保守安全,但模型輸入參量大多采用現有規范中的建議值,缺少大量數據的總結和分析;重要性能參數與混凝土實際服役時間的關聯性研究也不足,這種方法的弊端是讓混凝土結構在服役時存在達不到設計年限、提前破壞的風險。 比如,前些年北京西直門北立交橋改造時,包括來自建材總院的多名專家為該橋破壞原因“會診”,給出的結論之一是混凝土凍融破壞加氯鹽破壞。 王振地解釋說,混凝土凍融破壞是寒冷地區混凝土工程最常見的病害之一,主要原因是混凝土孔隙中的水,在凍融循環作用下,形成凍脹壓力和滲透壓力聯合作用的疲勞應力。當經過反復多次的凍融循環以后,損傷逐步積累不斷擴大,發展成互相連通的裂紋,最后導致混凝土強度逐步降低,甚至完全喪失。 不幸的是,北京在冬天要經歷多次凍融循環,因此建筑會開裂、剝落、缺損等,尤其冬天雪后或者結冰后撒鹽,氯鹽加劇了對混凝土工程的破壞。