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提高混凝土工程耐久性对节约资源能源、保护环境意义重大

信息来源:hunningtu.biz  时间:2010-04-16  浏览次数:182

  前言
  建国以来,特别是改革开放以来,我国的基本建设取得举世瞩目的成就。在世纪之交的未来若干年内,我国的基建规模必将以高于世界平均水平的速度发展。1994年我国水泥产量已超过4亿吨,在世界上遥遥领先,约占世界总产量的1/3.相应的混凝土工程量在世界上也名列第一。为使我国人民生活水平达到或接近先进国家的水平,水泥和混凝土需求量还要成倍增加。根据预测2025年和下世纪30、40年代,我国人口将分别达到15亿和16亿。以人均年水泥用量500kg计,则水泥产量将要求达到7.5~8亿吨。这个数字相当于当前世界水泥产量的2/3,约为1950年世界水泥产量6倍。按目前投资计算要将水泥年产量增加4亿吨,需投资4000亿元,还有矿山建设和铁路运输的巨大压力。而问题的另一面是我国一些重要自然资源人均占有率很低,人均占有耕地和人均占有量年径流量均为世界平均水平的1/4.人均能源储量也是少的,煤约为平均值的50%,油为12%.因此,我国必须走资源节约型的国民经济发展道路。要改变投入多产出少的传统的经济增长模式,提高经济整体素质和效益。就涉及混凝土工程的基本建设而言,最关键的任务是提高质量,延长混凝土工程的使用年限,减少巨额维修费用。从战略出发可以考虑分两步走,首先是力争所有重大混凝土工程,如港口、大坝、桥梁、高速公路、机场等达到预定的30~50年的使用寿命。第二步应考虑综合运用国内已有的先进技术,使桥梁、大坝等混凝土工程寿命达到100~125年以上,机场、预制构件等寿命达到50年以上。则将节约大量资源能源。由于基建投资中,水泥混凝土工程所占比例不少,据称当前一亿基建投资将需水泥3~4万吨与之配合,因此延长工程寿命对于节约资金也是十分可观的。这方面发达国家已有深刻教训,根据美国1988年报道,美国混凝土基础工程(公路、桥梁、大坝、供水系统等)估计价值达6万亿美元。而其后每年用于维修和重建费用将高达3000亿美元,即大约相当于我国1990年国民生产总值。目前,我国正处于建设的高潮,若不吸取教训,重视提高工程寿命,同样将在未来若干年内深感维修和重建费用的严重负担并制约进一步发展。因此,从国情出发,现在就在各个方面采取措施,提高工程质量,为发展耐久性混凝土而努力,必将获益匪浅,造福于子孙后代。
  一、水泥混凝土有广泛应用的发展前景
  在人类发展过程中混凝土已逐渐成为人类社会生活、文化生活的基础,城市化、高速公路、港口码头、立交桥、机场、大坝等建设中应用最大量、最广泛的是混凝土。公元126年所建的罗马万神殿至今仍著名于世。1756年英国西南部港湾中所建埃迪斯顿灯塔使用百余年成为海工混凝土的里程碑,历史悠久的古长城亦为胶凝材料砌筑而成。从1824年发明波特兰水泥之后,1850年之后又出现了钢筋混凝土,1940年又采用预应力钢筋混凝土,这些突破性技术发展,使得摩天大楼和大跨度桥梁在世界各地蓬勃发展。在近约100年内,世界水泥产量增加了几百倍,成为不可取代、应用量最大的建筑材料。
  作为建筑材料,水泥混凝土之所以获得广泛应用,是由于在众多方面均优于木材和钢材。下面将从工程性能(engineeringproperties)节能(energy saving)、经济(economical)和生态(ecological)等四个方面进行具体分析(即英文所谓的四“e”分析)。
  1.工程性能
  从北海采油平台的要求出发进行分析,认为预应力钢筋混凝土结构在工程性能上有如下的一些优点:
  维修:混凝土不腐蚀,不需要表面处理,随时间的推移,强度还会增长。因此混凝土结构基本上不需要维修。而在海上环境条件下,钢结构易受严重腐蚀,需要价值昂贵的表面处理和其他保护方法,维护修补量大。
  耐火:在海上,火极易使温度达到钢结构永远破坏的温度。这将对人员的安全和投资造成严重威胁。而钢筋混凝土中的钢筋由于混凝土层的保护作用,不致因过热而失效。
  抵抗循环载荷:焊接点、腐蚀坑、几何尺寸的突变,如由薄条至厚框架的接点等的局部应力区对钢结构的疲劳强度影响较大,而根据绝大多数的实用规范,混凝土的允许应力值约为其极限强度的50%,因而混凝土的疲劳强度一般是没有问题的。据报道,1980年钢结构的采油平台曾因疲劳断裂而发生严重事故。
  挠度控制:与同样细长的钢梁相比,预应力混凝土的挠度为前者的 35%.同时根据所施预应力,可使其在自重下呈向上弯曲,而在满载荷时曲度为零。
  抗爆裂性:由于预应力混凝土梁中的钢筋有很高的弹性限,其抗爆裂性优于一般钢梁。
  抗低温性:在北极的海工建筑,将承受冰冲击的局部高压,可达11.5mpa,典型的钢结构在加强杆之间缺乏应力分布,而混凝土壳和板,当预应力恰当,并用强钢筋约束能够承受这种冲击剪切。此外一般结构钢低温下将变脆,失去抗冲击性,而预应力钢筋混凝土槽用于储存-162℃的液化天然气仍性能良好。看来低温下预应力混凝土是唯一经济而易得的材料。
  2.能耗对比
  混凝土中水泥耗能是以1300kwh/t计。钢的能耗约为8000kwh/t,为水泥的6倍。由于集料耗能仅8kwh/t,故普通混凝土耗能约为钢的1/25至1/40.钢筋混凝土构件为800~3200kwh/t,预应力钢筋混凝土构件为700~1700kwh/t,这包括预制构件的热处理(耗能50kwh/m3)和运输耗能1000kwh/m3.当载荷相同时水泥、砖和钢筋的能耗比为1∶3.6∶6.一般钢筋混凝土梁与同载荷的钢梁相比前者耗能约为后者的1/4至1/6.
  3.生态环境
  目前世界各国工业生产固体废渣将以亿万吨计。制造水泥混凝土是处理这些废渣的最好途径。堆放废渣将占用农田耕地或需要投入巨额资金修建专用堆场。无论是堆放或将废渣填坑或用作路基都有一个污染环境的问题。其中微量有毒金属将危害人类的健康。一旦用作水泥的混合材或混凝土的掺和料,这些有毒物质将与水泥水化产物固结从而消除其危害性,形成良好的生态环境。我国目前矿渣利用已达80%以上,在水工建筑物中已大量掺用粉煤灰。这一方面保护了环境,另外又节省大量煅烧水泥熟料所需的能耗,而且在一定条件下还能显著改善混凝土的性能。
  4.经济
  生产水泥和混凝土的原材料易得。与木材钢材相比价格低廉。代木代钢在我国已取得极良好的经济效益。
  由于水泥混凝土在以上各方面均具有突出的优越性,全世界的产量均日益增多。从1980年到1994年世界水泥产量仅由10亿吨增长到13亿吨,而我国的水泥产量则由8000万吨增长到4亿吨。从水泥剧增的这一侧面也反映了我国基本建设规模的突飞猛进发展。这是可以理解的,因为发达国家基本建设已达到或接近饱和状态,而我国正处于建设高潮之中。预期在未来若干年内我国还将有大的发展。高速公路才刚刚起步,修建大坝、港口、铁路及工业民用建筑均将需要大量水泥混凝土。据称在今后15年内,基建投资将达30~50万亿,以一亿基建投资需水泥3万吨计,则年需水泥量将达6~10亿吨。混凝土方量将达数十亿吨。这样庞大的规模,即意味着今后我国每年基建中混凝土方量相当于80年代世界各国的总和。而问题的另一方面是若不注意提高重大混凝土工程的质量和寿命,则每年用于维修和重建的巨额费用必将制约我国经济的持续发展。为此很有必要从现在起予以高度重视。
  消振:在生产平台上操作,结构和机器基础振动小而消振效果好对工作人员是十分重要的。钢的平台面由于自重小对振动和动力载荷消振的效果不如混凝土台面。
  二、提高混凝土的耐久性,延长工程寿命
  已成为全球关注的重大课题
  随着经济建设的持续增长,人民生活的提高,人口增长并向城市集中以及现代交通的迅速发展,水泥混凝土在大坝、桥梁、公路、铁路、隧道、海港、码头、机场、地铁、高层建筑、工业及民用建筑等方面均获得日益广泛的应用。但随着时间的推移人们已深刻认识到已建工程并非都是耐久的,远低于设计寿命过早破坏的事例已屡见不鲜。沉重的重建与维修费用已使人提出“混凝土耐久性危机- crisis of durability of concrete”,以便使人们像重视“石油危机- crisis of oil”一样来对待它。正处于高速发展的中国更应重视这方面的教训。
  与人们预期的不一样,混凝土和钢筋混凝土并不是在任何情况下永远耐久的,寿命不需要担心的。事实恰恰相反,在许多情况下均发生短期内严重破坏的事例。特别值得注意的是,科学技术高速发达的80~90年代的有些重大工程,使用寿命反而不如20~30年代的。引起混凝土破坏的因素主要有:(1)硫酸盐腐蚀,(2)冰冻破坏,(3)钢筋锈蚀,(4)碱集料反应。此外还有人为因素,如使用不合格材料以及不按规范施工,造成质量低劣的建筑物和制品等。近20~30年来,由于使用除冰盐,扩大海工工程,扩大原材料范围,在严酷条件下使用混凝土等,因而更加增添了破坏因素。下面将举实例和数字予以说明。
  美国:近十几年来美国非常重视混凝土工程的耐久性,1980年和1984年分别进行了调查研究,写成“美国水泥和混凝土研究现状”及“混凝土耐久性--节省数十亿美金的机遇”.研究发现问题是严重的,既有技术方面的问题也有制度方面的问题。美国是当今发达的资本主义国家。据统计混凝土基础工程的总价为6万亿美元,但今后每年用于维修和重建的费用将高达3000亿美元。屈艾特所著“美国在破坏中”一书中估计,包括公路、桥梁、下水道、供水饮水系统和公共交通在内,修理美国的全部费用要高达3万亿美元,比当时美国一年的国民生产总值还多得多。仅混凝土桥面就有25万座遭受程度不同的损害,其中有的使用还不到20年,而且今后每年还将有35000座加入被损坏的行列。由于广泛使用除冰盐,造成过早破坏,甚至在5年内就明显出现钢筋锈蚀。美国在1969年及1978年用于修复公路桥面板费用分别达到26亿及63亿美元。在美国的耐久性调查报告中,在分析短期破坏原因时,不仅提出了科学技术问题,特别还着重分析了社会制度方面存在的问题。
  1.承包商不对耐久性负责,承包商在工程完成后只要符合规范就不错了,不可能对之后的耐久性负责,因此他们宁愿花钱研究施工方法而不愿花钱研究耐久性。
  2.建筑物的产权所有者也不愿花钱维护和注意耐久性,因为在若干年内出售反而有利。
  3.对耐久性或工程建筑物的寿命不易作出科学评价。一方面是由于影响因素复杂而难以预测,另一方面要用短期内完成的快速试验预测今后几十年的结果,可靠性如何也难以琢磨。
  根据1988年资料,英国全部建筑和土木工程维修费为150亿英镑,其中混凝土工程维修费为5亿英镑,约相当于人民币60~70亿。
  据我国驻贝鲁特记者报道,许多海湾国家沿海地区大批城市建筑遭受破坏迅速,这包括巴林、阿拉伯联合酋长国、卡塔尔、沙特阿拉伯和科威特等,导致巴林政府大厦和阿联酋的沙加国际机场的部分建筑及迪拜的钟楼等许多建筑物停用或大修。原因是这些地区高温、潮湿、昼夜温差大和海风带来的高含量硫酸盐和氯化钠等,加以这些国家凭借巨额石油收入,急于求成,连续进行了大规模建设,造成建筑质量差,易受侵蚀。
  笔者考察加拿大、英国的众多公路、桥梁、大坝,亲眼目睹因碱集料反应和除冰盐而造成的严重破坏。日本阪神高速公路的桥梁和众多港口以及澳大利亚、法国、南非等国的立交桥、大坝、预制构件如轨枕等均有在短期内遭受碱集料反应严重破坏的报道,这既造成重建和维修的巨额损失,对交通路线还将造成影响铁路、公路正常运行的大量间接经济损失。
  我国区域辽阔,地跨温热二带,北方为寒冷地区,海岸线长达18000多公里,因此各国面临的严酷条件,在我国不同地区均有存在,黑龙江低温建研所对三北地区的调查表明,处于水位突变区或受水侵润的钢筋混凝土结构,在使用20~70年内均因反复冻融而导致破坏。严寒地区不少水工建筑物不到十年就需要大修,问题还不能彻底解决。
  根据南京水利科学研究院资料,华南、华东海港码头和浙东沿海水闸的钢筋混凝土结构,处于浪浅区的梁板底部,由于钢筋过早锈蚀,发生顺筋开裂、剥落,问题相当严重,相当普遍,而且开裂、剥落后,破坏日益加剧。1981年调查了18座仅使用7~25年海港混凝土码头结构,其中因钢筋腐蚀而破坏或不耐久的占80%.最近考察表明,宁波北仓港十万吨矿石中转码头是全优工程,水平框架已普遍顺筋锈裂,准备大修,连云港新建庙岭材料码头主梁,不到3年已显著顺筋锈裂。这些短期破坏的工程经济损失是巨大的。
  近年来我们反复考察鉴定了北京地区的集料、立交桥和混凝土制品,证实北京地区集料具有碱活性,在工程中,北京立交桥和京秦线、兖石线上铁路桥梁以及上海站、贵阳站等轨枕(北京制造的预应力钢筋混凝土构件)均遭受明显破坏,对华北、东北地区机场跑道的考察研究,证实因碱集料反应造成程度不同的破坏,这将使机场提前报废或进行大修。
  少数实例已表明重大工程在远低于设计年限以内破坏损失是巨大的,我国正处于蓬勃发展的高速建设之中,吸取西方国家的“前车之鉴”是大有补益的。延长使用寿命是节约资源能源的最佳途径,因每建一个百万吨水泥厂投资需要10亿,每吨水泥耗能0.2吨标准煤,每吨水泥制成混凝土尚需矿石材料5~10吨。对钢筋混凝土制品每10万吨水泥约需1.5~4万吨钢筋,因此在延长寿命上下功夫是十分值得的。
  当前不少科学家均主张力求延长混凝土工程寿命,gexwick主张主要的桥梁使用寿命应按100~125年来设计,水科院洪定海提出根据我国国情海港工程应争取寿命为100年。实际上我国已有长寿命的工程实例,若能总结经验,综合采用国内外的先进技术延长工程寿命是完全有可能的。三、 生产水泥混凝土与环境保护
  前面谈到水泥混凝土是处理工业固体废渣的最佳途径,这是问题有利的一面。但水泥生产也有其不利的一面,将增加环境的污染。
  生产水泥熟料的主要原料是石灰石(caco3),在煅烧过程中:caco3→cao+co2将释放大量co2,而且煅烧熟料所用燃料也将放出co2.经计算每生产一吨水泥熟料,从原料中将放出0.55吨co2.燃烧约放出0.4吨,二者相加为0.95吨,即每生产一吨水泥大约将产生1吨co2.而产生温室效应的气体中,co2占55%,甲烷占15%,含氯氟烃占14%,因此co2的量占有很大比例。据计算以1987年全世界水泥产量为10亿吨计,则将排出10亿吨co2,约占当年全球co2排出量的5%.所占比例是不小的。按预测,2000年世界人口将达60亿,到2050年将达到80亿,若以每人占有水泥量为300~500kg计,则届时全球水泥产量将分别达到18~30亿吨和24~40亿吨,其放出的co2也将达到同一数字,其对温室效应的影响将显著增加。此外水泥生产还将排出大量so2和nox,这也是十分不利的。
  其次,水泥生产将消耗大量燃料和能量,以每吨水泥标准煤耗为0.2吨计,当我们水泥产量为4亿吨时,耗煤8000万吨,若产量进一步提高势必更将增加能源的紧张状态。以每吨水泥生产混凝土时消耗6~10吨砂石材料计,我国每年将生产砂石材料24~40亿吨,全球已面临优质砂石材料短缺的问题,我国不少城市亦将远距离运送砂石材料。因此提高耐久性对保护环境、节约能源,资源意义是十分显著的。
  四、我国对延长混凝土工程寿命应采取的对策和建议
  在探讨有效的措施之前,我们将从发展数据对我国水泥混凝土建筑工程有一个估价,从1950年到1994年全球产量仅增加约10倍,而我国产量增加 100倍之多。其次美国产量一直增加不多。近年来也只是在7000~9000万吨之间徘徊。日、加、德、法也有类似情况。特别是我国改革开放之后,1980~1990年十年间,我国水泥产量增长了一亿吨之多,1990~1994年增加近2亿吨。统计看来1995年我国水泥产量约相当于美、日、英、法、意、德、俄、奥之和,约占世界总产量的 1/3.就以人口平均计,我国已达 338kg/人·年,与美国人均值 341kg/人·年十分接近。广东省计划2000年水泥产量达到 8000万吨,人均 1000kg/人·年。就其总产量而言,已与美、日相近,人均占有量即将成为美国的两倍。以1994年我国水泥产量4亿吨计,每年混凝土工程量将达15亿方。这些数字充分说明我国基本建设中土建工程取得了迅猛的发展,也从一个侧面反映了我国经济建设的大好形势。而且目前仍在高速发展,将使水泥产量再翻一番达到7.5亿~8亿吨(据《中国建材报》,我国目前生产能力已达4.5亿~5亿吨)。水泥混凝土在基本建设中的作用是巨大的。
  在我们看到水泥混凝土产量急剧增长的可喜局面时,还应冷静思考其负面影响以及当前应注意的一些问题和必须采取的措施。当前经济界人士多次指出,要改变传统的以速度外延为特征的经济增长模式,把着眼点放在提高整个经济增长的质量上来。不能主要依靠扩大投资规模,消耗大量原材料、能源和劳动力等生产要素。来进行数量的扩张。这是高投入、低产出的经济发展模式。我们将按照这一原则来审视水泥混凝土今后的发展战略。
  从历史发展的历程来看,美、日、英、法等资本主义国家的基本建设已越过高潮达到相对稳定。而我国正处于基本建设的快速上升阶段,需求猛增是完全可以理解的。从当前情况看来,我国有众多大型混凝土工程刚刚起步仍需大力发展。为大力发展水电能源和水利资源,将建设众多大坝、提灌系统和南水北调等工程。为扩大对外贸易,将加快港口建设。为发展交通运输,正步入建设高速公路时期,机场也将成百增加。因此提高水泥混凝土产量,以满足高速发展的需要是完全应该的,也是必要的。但唯其面广量大,对目前存在的问题和今后可能出现的问题及早提出将具有极大的经济效益和社会意义。
  1.水泥工业要提高高标号水泥的比例
  如前所述,以1994年的产量计,我国已超过8个发达国家的总和。但仔细分析并不意味着我国基本建设的规模,或混凝土工程质量也具有同等价值。原因是我国水泥中80%系小水泥厂所产,标号较低。用低标号水泥建设相同标号的混凝土水泥用量要大得多。国外基本上不生产的325水泥在我国还占有不少比例,但问题是它们的能源和资源消耗并不低很多。这就是资源、能源的巨大浪费。今后我国在考虑水泥的发展战略时,一方面要力求增加产量,但最重要的是应该使高标号水泥所占比例能有大幅度提高,特别是熟料的标号要有大幅度提高,这样即便生产低标号水泥可以多搀混合材,这是水泥工业节约资源、能源的最佳途径。
  2.水泥生产应着重考虑混凝土工程的耐久性。
  近年来全世界混凝土工程界一致认为在设计时不仅要考虑强度指标,更重要的是要考虑工程的耐久性,因此出现了根据耐久性设计混凝土的专家系统( expert system of durability of con-crete),这需要全社会的共同配合,譬如,世界许多国家如英国、日本、新西兰等在发现碱集料反应对工程的严重破坏作用之后,很快采取措施,选用低碱原料生产低碱水泥,甚至将高碱水泥厂关闭。而我国华北、西北、东北地区由于原料的限制,碱含量一直偏高。在已经证实北京地区存在碱活性集料的情况下,这将给京津地区带来很大的潜在危害。为此建议今后新建水泥厂,应从优选原料改进工艺流程入手,力求生产低碱水泥。已存在的高碱水泥厂应力争生产混合水泥。
  3.在工程合同中应有耐久性条款
  目前我国正处于计划经济向市场经济转轨的过渡时期。若不把经济杠杆作用引入工程耐久性之中是无法激励工程技术人员严格注意耐久性的。当前的现实是快速施工,提前完工,与个人所得经济利益直接有关,而一个工程5~10年出现问题,甚至需要大修或重建,但都无任何单位或个人负经济责任,甚至工程曾被评为全优工程。这一局面不改变,则承包单位是不愿花费精力或经费进行耐久性预防的研究或采取措施的。在这方面我国已有很多实例。铁道轨枕或桥梁原设计为30年寿命,但有的路段甚至在不到10年甚至5年就全部损坏需要大修或重建。若能在设计和施工经费中抽取少量费用进行耐久性的预防研究和长期耐久性的奖励基金,必将获益巨大,望有关部门予以研究。
  4.调查研究
  这是“老生常谈”,但做起来很不容易,原始资料不全,历史上的情况很难搞清楚,甚至就像亚运村等近年建成的工程,要想知道原材料的来源,准确的配比,外加剂的掺用等就十分困难,出现问题只能归结于“原因是多方面的,综合的”.但这样的笼统结论对今后的工作是没有任何借鉴作用的。因此要真正搞好调查研究是要花费很大力气的。
  首先要做到心中有数。“没有调查研究就没有发言权”.我们应该知道我国基本建设中的投资总量,目前用于重建或维修的费用,今后每年费用的预测,其中因种种原因未达设计寿命需大修或拆毁的占多少?心中无数是下不了决心的。
  调查研究必须有重点。对象应是影响大的重大工程,如核电站、采油平台、港工、大坝、桥梁、大型预制构件、机场、隧道、高速公路、立交桥等。为了得出准确结论,各个单位必须相互配合。韩国在汉城大桥破坏之后撰文谈日本经验时谈到:“只强调过去的宏观力学的土木工程技术作用还不够,而必须强调从微观上解释破坏现象的材料工程学。”因此必须设计、施工、管理与实验室研究人员仔细考察研究,以期得出符合实际的科学结论。
  对比研究好坏程度不同的工程意义重大。常说混凝土没有不裂的。这样一来就没法分出好坏。从微观而言,在显微镜下、电子显微镜下、甚至放大镜下所有混凝土都是有微裂纹的。但这并不等于会有0.1~1mm甚至1~5mm的裂缝存在。建于1968年的南京长江大桥,大型桥墩和巨型梁至今十分完好,南京中央门立交桥也有相同结果。同样是处于寒冷的北方地区,每年都有冻融对混凝土工程造成危害,但天津1982年所建十一经路立交桥十分完好,但其后所建的八里台、中山门、长江道、京津等立交桥损坏就严重得多。北京丰台的老铁路桥建于30年代至今桥墩和档墙完好,基本上无裂缝,而新建的铁路公路两用的平台新立交桥,档墙已遍布网状袭纹。从观察来看,南京长江大桥和天津十一经路立交桥。甚至30年代的丰台老铁路桥很可能在今后20~30年内尚无大问题,但是京津的某些立交桥和北京的某些大建筑可能就得考虑大修或若干年后的重建问题。再如处于同样运载负荷下的兖石线上的铁路桥,由四家不同地区(原材料不同)的工厂制造的铁路桥,有的已在修补,有的仍基本完好。进行对比的调查研究,找出优劣的根本原因,是推动向耐久性方向发展的重要途径。在同一环境条件优劣差异悬殊,本身就能排除环境和客观条件破坏的因素。我们在考察机场跑道破坏时,发现有60年代初的跑道十分完好,而近年来建成的跑道而却出现大面积的损坏,对比研究给我们极有益的启示。
  5.建立重大混凝土工程的数据档案库
  我国各建筑工程特别是大型工程可能已有自己的历史档案资料,但均分散保存,信息交流也十分不够,导致教训重演。美国在1982年由国家科学基金支持建立了“建筑与工程性能信息中心”(aepic,architecture and engineering performance informa-tion center)已收集4万案例。建立这样的中心并使数据档案规范化对我国经济建设的发展将能提供宝贵的信息资料。
  6.大力推广能提高耐久性的先进技术和经验
  几十年来在这方面国内外均有一整套的成熟的先进技术和经验。若能被大家所接受和理解并用之于实际,必将获得巨大效益。
  (1)采用高效减水剂,降低水灰比,提高混凝土的致密度。因为混凝土为多孔材料,侵蚀介质无论是水、气或化学物质均将通过孔隙才能进入内部,因此致密化必将成倍提高抗腐蚀性能;
  (2)使用加气剂提高抗冻性。这在严寒地区十分有效,只要在施工现场严格控制含气量,将不致使强度损失过多而抗冻性将显著提高;
  (3)阴极保护是防止钢筋锈蚀十分有效的措施,对已经锈蚀的工程也十分有效;
  (4)使用特种水泥和混合材。对于海工工程,使用掺有矿渣、硅灰、粉煤灰的水泥,强度不仅不降低,在多数情况下强度还有所增加,在这些情况下采用混合水泥比纯硅酸盐水泥好很多。实践证明铁铝酸盐水泥和硫铝酸盐水泥也具有良好的抗蚀性和抗冻性;
  (5)对碱集料反应重点在于预防,采用低碱水泥和混合水泥是十分有利的。
  英国提出用于重大工程混凝土的集料的采石场,应有详细的地质勘测资料,并在采石场建立集料碱活性的日常检测,以确保集料无碱活性。这一经验是特别值得重视的。
  实际上以上这些技术并非不为人知或做不到。最关键的在市场经济的环境下,工程的耐久性和寿命无经济利益予以支撑,特别是没有与个人经济利益相结合,激发不起重视寿命的积极性。有时一个技术措施虽明知对耐久性不利,但能加速施工,而后者的经济效益是能立竿见影的,则宁肯牺牲耐久性而保证快速施工。如明知对活性集料不能掺用含碱外加剂,但后者能保证冬季施工加快施工速度,而耐久性是5~10年之后的事,则往往宁可不顾寿命而大量掺加。因此最重要的必须认识到“寿命”是有很大经济价值的。避免大修是可以节省巨额资金的,最终是节约了资源和能源。若能在施工合同中注明奖金和评优要在5~10年后才能兑现,若5~10年后出现严重损坏将予重罚,只有这样才能真正重视耐久性和寿命。
  7.整理修订标准规范
  我国大部分标准规范主要是在50~60年代沿袭美、苏而来,但时至今日,美国的许多标准世界各国在长期实践中均已提出不少问题,美国标准也已修改和增添了新的内容,在这种情况下,我国各建筑行业均有把标准重新审视的必要,根据国情增添必要的内容或进行修改。而特别重要的是工程人员必需熟悉标准制定的背景及使用中的局限性。否则在工程中将带来极大的浪费。
  8.建立权威性的检测鉴定中心
  影响混凝土耐久性的主要因素是:化学腐蚀,冰冻循环,钢筋锈蚀,碱集料反应以及近年来特别感到严重的除冰盐及酸雨等的腐蚀作用。但混凝土确实复杂,而需要作出判断或采取措施的工程,往往涉及到几亿甚至数十亿的投资,今后还会涉及涉外工程,援外工程等。为此必须有先进设备及配套的实验检测手段以及长龄期试验条件。为此需要有较大的投资来满足这些条件。这些年来国内的科研院校已经在某些领域形成特色,若能继续给以扶持即可形成在国内外能产生影响的中心。同时结合工作也可培养跻身国际的跨世纪的人才。  前言
  建国以来,特别是改革开放以来,我国的基本建设取得举世瞩目的成就。在世纪之交的未来若干年内,我国的基建规模必将以高于世界平均水平的速度发展。1994年我国水泥产量已超过4亿吨,在世界上遥遥领先,约占世界总产量的1/3.相应的混凝土工程量在世界上也名列第一。为使我国人民生活水平达到或接近先进国家的水平,水泥和混凝土需求量还要成倍增加。根据预测2025年和下世纪30、40年代,我国人口将分别达到15亿和16亿。以人均年水泥用量500kg计,则水泥产量将要求达到7.5~8亿吨。这个数字相当于当前世界水泥产量的2/3,约为1950年世界水泥产量6倍。按目前投资计算要将水泥年产量增加4亿吨,需投资4000亿元,还有矿山建设和铁路运输的巨大压力。而问题的另一面是我国一些重要自然资源人均占有率很低,人均占有耕地和人均占有量年径流量均为世界平均水平的1/4.人均能源储量也是少的,煤约为平均值的50%,油为12%.因此,我国必须走资源节约型的国民经济发展道路。要改变投入多产出少的传统的经济增长模式,提高经济整体素质和效益。就涉及混凝土工程的基本建设而言,最关键的任务是提高质量,延长混凝土工程的使用年限,减少巨额维修费用。从战略出发可以考虑分两步走,首先是力争所有重大混凝土工程,如港口、大坝、桥梁、高速公路、机场等达到预定的30~50年的使用寿命。第二步应考虑综合运用国内已有的先进技术,使桥梁、大坝等混凝土工程寿命达到100~125年以上,机场、预制构件等寿命达到50年以上。则将节约大量资源能源。由于基建投资中,水泥混凝土工程所占比例不少,据称当前一亿基建投资将需水泥3~4万吨与之配合,因此延长工程寿命对于节约资金也是十分可观的。这方面发达国家已有深刻教训,根据美国1988年报道,美国混凝土基础工程(公路、桥梁、大坝、供水系统等)估计价值达6万亿美元。而其后每年用于维修和重建费用将高达3000亿美元,即大约相当于我国1990年国民生产总值。目前,我国正处于建设的高潮,若不吸取教训,重视提高工程寿命,同样将在未来若干年内深感维修和重建费用的严重负担并制约进一步发展。因此,从国情出发,现在就在各个方面采取措施,提高工程质量,为发展耐久性混凝土而努力,必将获益匪浅,造福于子孙后代。
  一、水泥混凝土有广泛应用的发展前景
  在人类发展过程中混凝土已逐渐成为人类社会生活、文化生活的基础,城市化、高速公路、港口码头、立交桥、机场、大坝等建设中应用最大量、最广泛的是混凝土。公元126年所建的罗马万神殿至今仍著名于世。1756年英国西南部港湾中所建埃迪斯顿灯塔使用百余年成为海工混凝土的里程碑,历史悠久的古长城亦为胶凝材料砌筑而成。从1824年发明波特兰水泥之后,1850年之后又出现了钢筋混凝土,1940年又采用预应力钢筋混凝土,这些突破性技术发展,使得摩天大楼和大跨度桥梁在世界各地蓬勃发展。在近约100年内,世界水泥产量增加了几百倍,成为不可取代、应用量最大的建筑材料。
  作为建筑材料,水泥混凝土之所以获得广泛应用,是由于在众多方面均优于木材和钢材。下面将从工程性能(engineeringproperties)节能(energy saving)、经济(economical)和生态(ecological)等四个方面进行具体分析(即英文所谓的四“e”分析)。
  1.工程性能
  从北海采油平台的要求出发进行分析,认为预应力钢筋混凝土结构在工程性能上有如下的一些优点:
  维修:混凝土不腐蚀,不需要表面处理,随时间的推移,强度还会增长。因此混凝土结构基本上不需要维修。而在海上环境条件下,钢结构易受严重腐蚀,需要价值昂贵的表面处理和其他保护方法,维护修补量大。
  耐火:在海上,火极易使温度达到钢结构永远破坏的温度。这将对人员的安全和投资造成严重威胁。而钢筋混凝土中的钢筋由于混凝土层的保护作用,不致因过热而失效。
  抵抗循环载荷:焊接点、腐蚀坑、几何尺寸的突变,如由薄条至厚框架的接点等的局部应力区对钢结构的疲劳强度影响较大,而根据绝大多数的实用规范,混凝土的允许应力值约为其极限强度的50%,因而混凝土的疲劳强度一般是没有问题的。据报道,1980年钢结构的采油平台曾因疲劳断裂而发生严重事故。
  挠度控制:与同样细长的钢梁相比,预应力混凝土的挠度为前者的 35%.同时根据所施预应力,可使其在自重下呈向上弯曲,而在满载荷时曲度为零。
  抗爆裂性:由于预应力混凝土梁中的钢筋有很高的弹性限,其抗爆裂性优于一般钢梁。
  抗低温性:在北极的海工建筑,将承受冰冲击的局部高压,可达11.5mpa,典型的钢结构在加强杆之间缺乏应力分布,而混凝土壳和板,当预应力恰当,并用强钢筋约束能够承受这种冲击剪切。此外一般结构钢低温下将变脆,失去抗冲击性,而预应力钢筋混凝土槽用于储存-162℃的液化天然气仍性能良好。看来低温下预应力混凝土是唯一经济而易得的材料。
  2.能耗对比
  混凝土中水泥耗能是以1300kwh/t计。钢的能耗约为8000kwh/t,为水泥的6倍。由于集料耗能仅8kwh/t,故普通混凝土耗能约为钢的1/25至1/40.钢筋混凝土构件为800~3200kwh/t,预应力钢筋混凝土构件为700~1700kwh/t,这包括预制构件的热处理(耗能50kwh/m3)和运输耗能1000kwh/m3.当载荷相同时水泥、砖和钢筋的能耗比为1∶3.6∶6.一般钢筋混凝土梁与同载荷的钢梁相比前者耗能约为后者的1/4至1/6.
  3.生态环境
  目前世界各国工业生产固体废渣将以亿万吨计。制造水泥混凝土是处理这些废渣的最好途径。堆放废渣将占用农田耕地或需要投入巨额资金修建专用堆场。无论是堆放或将废渣填坑或用作路基都有一个污染环境的问题。其中微量有毒金属将危害人类的健康。一旦用作水泥的混合材或混凝土的掺和料,这些有毒物质将与水泥水化产物固结从而消除其危害性,形成良好的生态环境。我国目前矿渣利用已达80%以上,在水工建筑物中已大量掺用粉煤灰。这一方面保护了环境,另外又节省大量煅烧水泥熟料所需的能耗,而且在一定条件下还能显著改善混凝土的性能。
  4.经济
  生产水泥和混凝土的原材料易得。与木材钢材相比价格低廉。代木代钢在我国已取得极良好的经济效益。
  由于水泥混凝土在以上各方面均具有突出的优越性,全世界的产量均日益增多。从1980年到1994年世界水泥产量仅由10亿吨增长到13亿吨,而我国的水泥产量则由8000万吨增长到4亿吨。从水泥剧增的这一侧面也反映了我国基本建设规模的突飞猛进发展。这是可以理解的,因为发达国家基本建设已达到或接近饱和状态,而我国正处于建设高潮之中。预期在未来若干年内我国还将有大的发展。高速公路才刚刚起步,修建大坝、港口、铁路及工业民用建筑均将需要大量水泥混凝土。据称在今后15年内,基建投资将达30~50万亿,以一亿基建投资需水泥3万吨计,则年需水泥量将达6~10亿吨。混凝土方量将达数十亿吨。这样庞大的规模,即意味着今后我国每年基建中混凝土方量相当于80年代世界各国的总和。而问题的另一方面是若不注意提高重大混凝土工程的质量和寿命,则每年用于维修和重建的巨额费用必将制约我国经济的持续发展。为此很有必要从现在起予以高度重视。
  消振:在生产平台上操作,结构和机器基础振动小而消振效果好对工作人员是十分重要的。钢的平台面由于自重小对振动和动力载荷消振的效果不如混凝土台面。
  二、提高混凝土的耐久性,延长工程寿命
  已成为全球关注的重大课题
  随着经济建设的持续增长,人民生活的提高,人口增长并向城市集中以及现代交通的迅速发展,水泥混凝土在大坝、桥梁、公路、铁路、隧道、海港、码头、机场、地铁、高层建筑、工业及民用建筑等方面均获得日益广泛的应用。但随着时间的推移人们已深刻认识到已建工程并非都是耐久的,远低于设计寿命过早破坏的事例已屡见不鲜。沉重的重建与维修费用已使人提出“混凝土耐久性危机- crisis of durability of concrete”,以便使人们像重视“石油危机- crisis of oil”一样来对待它。正处于高速发展的中国更应重视这方面的教训。
  与人们预期的不一样,混凝土和钢筋混凝土并不是在任何情况下永远耐久的,寿命不需要担心的。事实恰恰相反,在许多情况下均发生短期内严重破坏的事例。特别值得注意的是,科学技术高速发达的80~90年代的有些重大工程,使用寿命反而不如20~30年代的。引起混凝土破坏的因素主要有:(1)硫酸盐腐蚀,(2)冰冻破坏,(3)钢筋锈蚀,(4)碱集料反应。此外还有人为因素,如使用不合格材料以及不按规范施工,造成质量低劣的建筑物和制品等。近20~30年来,由于使用除冰盐,扩大海工工程,扩大原材料范围,在严酷条件下使用混凝土等,因而更加增添了破坏因素。下面将举实例和数字予以说明。
  美国:近十几年来美国非常重视混凝土工程的耐久性,1980年和1984年分别进行了调查研究,写成“美国水泥和混凝土研究现状”及“混凝土耐久性--节省数十亿美金的机遇”.研究发现问题是严重的,既有技术方面的问题也有制度方面的问题。美国是当今发达的资本主义国家。据统计混凝土基础工程的总价为6万亿美元,但今后每年用于维修和重建的费用将高达3000亿美元。屈艾特所著“美国在破坏中”一书中估计,包括公路、桥梁、下水道、供水饮水系统和公共交通在内,修理美国的全部费用要高达3万亿美元,比当时美国一年的国民生产总值还多得多。仅混凝土桥面就有25万座遭受程度不同的损害,其中有的使用还不到20年,而且今后每年还将有35000座加入被损坏的行列。由于广泛使用除冰盐,造成过早破坏,甚至在5年内就明显出现钢筋锈蚀。美国在1969年及1978年用于修复公路桥面板费用分别达到26亿及63亿美元。在美国的耐久性调查报告中,在分析短期破坏原因时,不仅提出了科学技术问题,特别还着重分析了社会制度方面存在的问题。
  1.承包商不对耐久性负责,承包商在工程完成后只要符合规范就不错了,不可能对之后的耐久性负责,因此他们宁愿花钱研究施工方法而不愿花钱研究耐久性。
  2.建筑物的产权所有者也不愿花钱维护和注意耐久性,因为在若干年内出售反而有利。
  3.对耐久性或工程建筑物的寿命不易作出科学评价。一方面是由于影响因素复杂而难以预测,另一方面要用短期内完成的快速试验预测今后几十年的结果,可靠性如何也难以琢磨。
  根据1988年资料,英国全部建筑和土木工程维修费为150亿英镑,其中混凝土工程维修费为5亿英镑,约相当于人民币60~70亿。
  据我国驻贝鲁特记者报道,许多海湾国家沿海地区大批城市建筑遭受破坏迅速,这包括巴林、阿拉伯联合酋长国、卡塔尔、沙特阿拉伯和科威特等,导致巴林政府大厦和阿联酋的沙加国际机场的部分建筑及迪拜的钟楼等许多建筑物停用或大修。原因是这些地区高温、潮湿、昼夜温差大和海风带来的高含量硫酸盐和氯化钠等,加以这些国家凭借巨额石油收入,急于求成,连续进行了大规模建设,造成建筑质量差,易受侵蚀。
  笔者考察加拿大、英国的众多公路、桥梁、大坝,亲眼目睹因碱集料反应和除冰盐而造成的严重破坏。日本阪神高速公路的桥梁和众多港口以及澳大利亚、法国、南非等国的立交桥、大坝、预制构件如轨枕等均有在短期内遭受碱集料反应严重破坏的报道,这既造成重建和维修的巨额损失,对交通路线还将造成影响铁路、公路正常运行的大量间接经济损失。
  我国区域辽阔,地跨温热二带,北方为寒冷地区,海岸线长达18000多公里,因此各国面临的严酷条件,在我国不同地区均有存在,黑龙江低温建研所对三北地区的调查表明,处于水位突变区或受水侵润的钢筋混凝土结构,在使用20~70年内均因反复冻融而导致破坏。严寒地区不少水工建筑物不到十年就需要大修,问题还不能彻底解决。
  根据南京水利科学研究院资料,华南、华东海港码头和浙东沿海水闸的钢筋混凝土结构,处于浪浅区的梁板底部,由于钢筋过早锈蚀,发生顺筋开裂、剥落,问题相当严重,相当普遍,而且开裂、剥落后,破坏日益加剧。1981年调查了18座仅使用7~25年海港混凝土码头结构,其中因钢筋腐蚀而破坏或不耐久的占80%.最近考察表明,宁波北仓港十万吨矿石中转码头是全优工程,水平框架已普遍顺筋锈裂,准备大修,连云港新建庙岭材料码头主梁,不到3年已显著顺筋锈裂。这些短期破坏的工程经济损失是巨大的。
  近年来我们反复考察鉴定了北京地区的集料、立交桥和混凝土制品,证实北京地区集料具有碱活性,在工程中,北京立交桥和京秦线、兖石线上铁路桥梁以及上海站、贵阳站等轨枕(北京制造的预应力钢筋混凝土构件)均遭受明显破坏,对华北、东北地区机场跑道的考察研究,证实因碱集料反应造成程度不同的破坏,这将使机场提前报废或进行大修。
  少数实例已表明重大工程在远低于设计年限以内破坏损失是巨大的,我国正处于蓬勃发展的高速建设之中,吸取西方国家的“前车之鉴”是大有补益的。延长使用寿命是节约资源能源的最佳途径,因每建一个百万吨水泥厂投资需要10亿,每吨水泥耗能0.2吨标准煤,每吨水泥制成混凝土尚需矿石材料5~10吨。对钢筋混凝土制品每10万吨水泥约需1.5~4万吨钢筋,因此在延长寿命上下功夫是十分值得的。
  当前不少科学家均主张力求延长混凝土工程寿命,gexwick主张主要的桥梁使用寿命应按100~125年来设计,水科院洪定海提出根据我国国情海港工程应争取寿命为100年。实际上我国已有长寿命的工程实例,若能总结经验,综合采用国内外的先进技术延长工程寿命是完全有可能的。三、 生产水泥混凝土与环境保护
  前面谈到水泥混凝土是处理工业固体废渣的最佳途径,这是问题有利的一面。但水泥生产也有其不利的一面,将增加环境的污染。
  生产水泥熟料的主要原料是石灰石(caco3),在煅烧过程中:caco3→cao+co2将释放大量co2,而且煅烧熟料所用燃料也将放出co2.经计算每生产一吨水泥熟料,从原料中将放出0.55吨co2.燃烧约放出0.4吨,二者相加为0.95吨,即每生产一吨水泥大约将产生1吨co2.而产生温室效应的气体中,co2占55%,甲烷占15%,含氯氟烃占14%,因此co2的量占有很大比例。据计算以1987年全世界水泥产量为10亿吨计,则将排出10亿吨co2,约占当年全球co2排出量的5%.所占比例是不小的。按预测,2000年世界人口将达60亿,到2050年将达到80亿,若以每人占有水泥量为300~500kg计,则届时全球水泥产量将分别达到18~30亿吨和24~40亿吨,其放出的co2也将达到同一数字,其对温室效应的影响将显著增加。此外水泥生产还将排出大量so2和nox,这也是十分不利的。
  其次,水泥生产将消耗大量燃料和能量,以每吨水泥标准煤耗为0.2吨计,当我们水泥产量为4亿吨时,耗煤8000万吨,若产量进一步提高势必更将增加能源的紧张状态。以每吨水泥生产混凝土时消耗6~10吨砂石材料计,我国每年将生产砂石材料24~40亿吨,全球已面临优质砂石材料短缺的问题,我国不少城市亦将远距离运送砂石材料。因此提高耐久性对保护环境、节约能源,资源意义是十分显著的。
  四、我国对延长混凝土工程寿命应采取的对策和建议
  在探讨有效的措施之前,我们将从发展数据对我国水泥混凝土建筑工程有一个估价,从1950年到1994年全球产量仅增加约10倍,而我国产量增加 100倍之多。其次美国产量一直增加不多。近年来也只是在7000~9000万吨之间徘徊。日、加、德、法也有类似情况。特别是我国改革开放之后,1980~1990年十年间,我国水泥产量增长了一亿吨之多,1990~1994年增加近2亿吨。统计看来1995年我国水泥产量约相当于美、日、英、法、意、德、俄、奥之和,约占世界总产量的 1/3.就以人口平均计,我国已达 338kg/人·年,与美国人均值 341kg/人·年十分接近。广东省计划2000年水泥产量达到 8000万吨,人均 1000kg/人·年。就其总产量而言,已与美、日相近,人均占有量即将成为美国的两倍。以1994年我国水泥产量4亿吨计,每年混凝土工程量将达15亿方。这些数字充分说明我国基本建设中土建工程取得了迅猛的发展,也从一个侧面反映了我国经济建设的大好形势。而且目前仍在高速发展,将使水泥产量再翻一番达到7.5亿~8亿吨(据《中国建材报》,我国目前生产能力已达4.5亿~5亿吨)。水泥混凝土在基本建设中的作用是巨大的。
  在我们看到水泥混凝土产量急剧增长的可喜局面时,还应冷静思考其负面影响以及当前应注意的一些问题和必须采取的措施。当前经济界人士多次指出,要改变传统的以速度外延为特征的经济增长模式,把着眼点放在提高整个经济增长的质量上来。不能主要依靠扩大投资规模,消耗大量原材料、能源和劳动力等生产要素。来进行数量的扩张。这是高投入、低产出的经济发展模式。我们将按照这一原则来审视水泥混凝土今后的发展战略。
  从历史发展的历程来看,美、日、英、法等资本主义国家的基本建设已越过高潮达到相对稳定。而我国正处于基本建设的快速上升阶段,需求猛增是完全可以理解的。从当前情况看来,我国有众多大型混凝土工程刚刚起步仍需大力发展。为大力发展水电能源和水利资源,将建设众多大坝、提灌系统和南水北调等工程。为扩大对外贸易,将加快港口建设。为发展交通运输,正步入建设高速公路时期,机场也将成百增加。因此提高水泥混凝土产量,以满足高速发展的需要是完全应该的,也是必要的。但唯其面广量大,对目前存在的问题和今后可能出现的问题及早提出将具有极大的经济效益和社会意义。
  1.水泥工业要提高高标号水泥的比例
  如前所述,以1994年的产量计,我国已超过8个发达国家的总和。但仔细分析并不意味着我国基本建设的规模,或混凝土工程质量也具有同等价值。原因是我国水泥中80%系小水泥厂所产,标号较低。用低标号水泥建设相同标号的混凝土水泥用量要大得多。国外基本上不生产的325水泥在我国还占有不少比例,但问题是它们的能源和资源消耗并不低很多。这就是资源、能源的巨大浪费。今后我国在考虑水泥的发展战略时,一方面要力求增加产量,但最重要的是应该使高标号水泥所占比例能有大幅度提高,特别是熟料的标号要有大幅度提高,这样即便生产低标号水泥可以多搀混合材,这是水泥工业节约资源、能源的最佳途径。
  2.水泥生产应着重考虑混凝土工程的耐久性。
  近年来全世界混凝土工程界一致认为在设计时不仅要考虑强度指标,更重要的是要考虑工程的耐久性,因此出现了根据耐久性设计混凝土的专家系统( expert system of durability of con-crete),这需要全社会的共同配合,譬如,世界许多国家如英国、日本、新西兰等在发现碱集料反应对工程的严重破坏作用之后,很快采取措施,选用低碱原料生产低碱水泥,甚至将高碱水泥厂关闭。而我国华北、西北、东北地区由于原料的限制,碱含量一直偏高。在已经证实北京地区存在碱活性集料的情况下,这将给京津地区带来很大的潜在危害。为此建议今后新建水泥厂,应从优选原料改进工艺流程入手,力求生产低碱水泥。已存在的高碱水泥厂应力争生产混合水泥。
  3.在工程合同中应有耐久性条款
  目前我国正处于计划经济向市场经济转轨的过渡时期。若不把经济杠杆作用引入工程耐久性之中是无法激励工程技术人员严格注意耐久性的。当前的现实是快速施工,提前完工,与个人所得经济利益直接有关,而一个工程5~10年出现问题,甚至需要大修或重建,但都无任何单位或个人负经济责任,甚至工程曾被评为全优工程。这一局面不改变,则承包单位是不愿花费精力或经费进行耐久性预防的研究或采取措施的。在这方面我国已有很多实例。铁道轨枕或桥梁原设计为30年寿命,但有的路段甚至在不到10年甚至5年就全部损坏需要大修或重建。若能在设计和施工经费中抽取少量费用进行耐久性的预防研究和长期耐久性的奖励基金,必将获益巨大,望有关部门予以研究。
  4.调查研究
  这是“老生常谈”,但做起来很不容易,原始资料不全,历史上的情况很难搞清楚,甚至就像亚运村等近年建成的工程,要想知道原材料的来源,准确的配比,外加剂的掺用等就十分困难,出现问题只能归结于“原因是多方面的,综合的”.但这样的笼统结论对今后的工作是没有任何借鉴作用的。因此要真正搞好调查研究是要花费很大力气的。
  首先要做到心中有数。“没有调查研究就没有发言权”.我们应该知道我国基本建设中的投资总量,目前用于重建或维修的费用,今后每年费用的预测,其中因种种原因未达设计寿命需大修或拆毁的占多少?心中无数是下不了决心的。
  调查研究必须有重点。对象应是影响大的重大工程,如核电站、采油平台、港工、大坝、桥梁、大型预制构件、机场、隧道、高速公路、立交桥等。为了得出准确结论,各个单位必须相互配合。韩国在汉城大桥破坏之后撰文谈日本经验时谈到:“只强调过去的宏观力学的土木工程技术作用还不够,而必须强调从微观上解释破坏现象的材料工程学。”因此必须设计、施工、管理与实验室研究人员仔细考察研究,以期得出符合实际的科学结论。
  对比研究好坏程度不同的工程意义重大。常说混凝土没有不裂的。这样一来就没法分出好坏。从微观而言,在显微镜下、电子显微镜下、甚至放大镜下所有混凝土都是有微裂纹的。但这并不等于会有0.1~1mm甚至1~5mm的裂缝存在。建于1968年的南京长江大桥,大型桥墩和巨型梁至今十分完好,南京中央门立交桥也有相同结果。同样是处于寒冷的北方地区,每年都有冻融对混凝土工程造成危害,但天津1982年所建十一经路立交桥十分完好,但其后所建的八里台、中山门、长江道、京津等立交桥损坏就严重得多。北京丰台的老铁路桥建于30年代至今桥墩和档墙完好,基本上无裂缝,而新建的铁路公路两用的平台新立交桥,档墙已遍布网状袭纹。从观察来看,南京长江大桥和天津十一经路立交桥。甚至30年代的丰台老铁路桥很可能在今后20~30年内尚无大问题,但是京津的某些立交桥和北京的某些大建筑可能就得考虑大修或若干年后的重建问题。再如处于同样运载负荷下的兖石线上的铁路桥,由四家不同地区(原材料不同)的工厂制造的铁路桥,有的已在修补,有的仍基本完好。进行对比的调查研究,找出优劣的根本原因,是推动向耐久性方向发展的重要途径。在同一环境条件优劣差异悬殊,本身就能排除环境和客观条件破坏的因素。我们在考察机场跑道破坏时,发现有60年代初的跑道十分完好,而近年来建成的跑道而却出现大面积的损坏,对比研究给我们极有益的启示。
  5.建立重大混凝土工程的数据档案库
  我国各建筑工程特别是大型工程可能已有自己的历史档案资料,但均分散保存,信息交流也十分不够,导致教训重演。美国在1982年由国家科学基金支持建立了“建筑与工程性能信息中心”(aepic,architecture and engineering performance informa-tion center)已收集4万案例。建立这样的中心并使数据档案规范化对我国经济建设的发展将能提供宝贵的信息资料。
  6.大力推广能提高耐久性的先进技术和经验
  几十年来在这方面国内外均有一整套的成熟的先进技术和经验。若能被大家所接受和理解并用之于实际,必将获得巨大效益。
  (1)采用高效减水剂,降低水灰比,提高混凝土的致密度。因为混凝土为多孔材料,侵蚀介质无论是水、气或化学物质均将通过孔隙才能进入内部,因此致密化必将成倍提高抗腐蚀性能;
  (2)使用加气剂提高抗冻性。这在严寒地区十分有效,只要在施工现场严格控制含气量,将不致使强度损失过多而抗冻性将显著提高;
  (3)阴极保护是防止钢筋锈蚀十分有效的措施,对已经锈蚀的工程也十分有效;
  (4)使用特种水泥和混合材。对于海工工程,使用掺有矿渣、硅灰、粉煤灰的水泥,强度不仅不降低,在多数情况下强度还有所增加,在这些情况下采用混合水泥比纯硅酸盐水泥好很多。实践证明铁铝酸盐水泥和硫铝酸盐水泥也具有良好的抗蚀性和抗冻性;
  (5)对碱集料反应重点在于预防,采用低碱水泥和混合水泥是十分有利的。
  英国提出用于重大工程混凝土的集料的采石场,应有详细的地质勘测资料,并在采石场建立集料碱活性的日常检测,以确保集料无碱活性。这一经验是特别值得重视的。
  实际上以上这些技术并非不为人知或做不到。最关键的在市场经济的环境下,工程的耐久性和寿命无经济利益予以支撑,特别是没有与个人经济利益相结合,激发不起重视寿命的积极性。有时一个技术措施虽明知对耐久性不利,但能加速施工,而后者的经济效益是能立竿见影的,则宁肯牺牲耐久性而保证快速施工。如明知对活性集料不能掺用含碱外加剂,但后者能保证冬季施工加快施工速度,而耐久性是5~10年之后的事,则往往宁可不顾寿命而大量掺加。因此最重要的必须认识到“寿命”是有很大经济价值的。避免大修是可以节省巨额资金的,最终是节约了资源和能源。若能在施工合同中注明奖金和评优要在5~10年后才能兑现,若5~10年后出现严重损坏将予重罚,只有这样才能真正重视耐久性和寿命。
  7.整理修订标准规范
  我国大部分标准规范主要是在50~60年代沿袭美、苏而来,但时至今日,美国的许多标准世界各国在长期实践中均已提出不少问题,美国标准也已修改和增添了新的内容,在这种情况下,我国各建筑行业均有把标准重新审视的必要,根据国情增添必要的内容或进行修改。而特别重要的是工程人员必需熟悉标准制定的背景及使用中的局限性。否则在工程中将带来极大的浪费。
  8.建立权威性的检测鉴定中心
  影响混凝土耐久性的主要因素是:化学腐蚀,冰冻循环,钢筋锈蚀,碱集料反应以及近年来特别感到严重的除冰盐及酸雨等的腐蚀作用。但混凝土确实复杂,而需要作出判断或采取措施的工程,往往涉及到几亿甚至数十亿的投资,今后还会涉及涉外工程,援外工程等。为此必须有先进设备及配套的实验检测手段以及长龄期试验条件。为此需要有较大的投资来满足这些条件。这些年来国内的科研院校已经在某些领域形成特色,若能继续给以扶持即可形成在国内外能产生影响的中心。同时结合工作也可培养跻身国际的跨世纪的人才。

    ——本信息真实性未经中国混凝土网证实,仅供您参考