在不少人的概念中，建筑建得越結(jié)實，它的使用壽命就應(yīng)該越長，但人們往往會看到這樣的“悖論”——經(jīng)常有按照“百年工程”設(shè)計的建筑物在服役一段時間后,出現(xiàn)保護層剝落、鋼筋銹蝕等現(xiàn)象。
工程結(jié)構(gòu)的服役行為和壽命與混凝土耐久性能優(yōu)劣直接相關(guān)，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(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)權(quán)威機構(gòu)之一——有著70年歷史的國際材料與結(jié)構(gòu) 研究 實驗聯(lián)合會(RILEM)，正式在全世界范圍內(nèi)發(fā)布“環(huán)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(guī)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(huán)境因素和機械應(yīng)力的多因素耦合作用方面，該方法解決了具有挑戰(zhàn)性的科學(xué)難題。
中國建筑材料科學(xué) 研究 總院(以下簡稱建材總院)院長、RILEM技術(shù)委員會首個中國大陸主席姚燕說，規(guī)范提出了荷載與典型環(huán)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(jié)構(gòu)的前期耐久性設(shè)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(jié)合了鋼筋與混凝土的諸多優(yōu)點,加上造價較低, 鋼筋混凝土成為目前土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)施、海洋工程等領(lǐng)域。
但從世界范圍來看，在不少環(huán)境條件下，混凝土材料并不像當(dāng)初設(shè)想的那樣耐久,一些混凝土橋梁在服役約三四十年后，出現(xiàn)了一系列影響橋梁耐久性的現(xiàn)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(guān)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(fù)和重建費用高達數(shù)千億美元。
隨著混凝土工程的設(shè)計理論、材料性能及施工水平的不斷進步，工程設(shè)計壽命也不斷延長，但在惡劣的自然環(huán)境與長期存在的力學(xué)荷載的雙重考驗下，工程能否達到設(shè)計壽命，亟須建立相關(guān)的評估模型進行預(yù)測。
客觀耐久性測試方法成業(yè)界難題
“多方一致認同，氯鹽環(huán)境中氯離子侵蝕引起的鋼筋腐蝕和寒冷地區(qū)凍融循環(huán)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(huán)、碳化、化學(xué)腐蝕、干濕循環(huán)等，協(xié)同作用造成的破壞會產(chǎn)生疊加效應(yīng)，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(huán)境因素的耐久性評價和壽命預(yù)測方法聽起來保守安全，但模型輸入?yún)⒘看蠖嗖捎矛F(xiàn)有規(guī)范中的建議值，缺少大量數(shù)據(jù)的總結(jié)和 分析 ;重要性能參數(shù)與混凝土實際服役時間的關(guān)聯(lián)性 研究 也不足，這種方法的弊端是讓混凝土結(jié)構(gòu)在服役時存在達不到設(shè)計年限、提前破壞的風(fēng)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(jié)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(qū)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(huán)作用下，形成凍脹壓力和滲透壓力聯(lián)合作用的疲勞應(yīng)力。當(dāng)經(jīng)過反復(fù)多次的凍融循環(huán)以后，損傷逐步積累不斷擴大，發(fā)展成互相連通的裂紋，最后導(dǎo)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(jīng)歷多次凍融循環(huán)，因此建筑會開裂、剝落、缺損等，尤其冬天雪后或者結(jié)冰后撒鹽，氯鹽加劇了對混凝土工程的破壞。
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