混凝土的耐久性和可持续发展

混凝土的耐久性和可持续发展

从提高商品混凝土耐久性和商品混凝土技术可持续发展方面概述现代商品混凝土技术的发展趋势和发展方向。混凝十技术发展的根本方向是坚持可持续发展战略，在与地球资源环境和谐共生的发展基础上，最大限度地改善商品混凝土的耐久性，提高其使用寿命。

商品混凝土技术发展的一个终极目标是最大限度地延长其使用寿命，也即耐用性(Serviceability)问题。这就对商品混凝土的长期性能特别是耐久性提出了更高的要求。另外一个很重要的问题是商品混凝土技术的可持续发展，其目标就是要使商品混凝土技术的发展与资源、环境等实现良性循环，尽量减少造成修补或拆除的浪费和建筑垃圾，大量利用优质的工业废弃物和矿石，尽量减少自然资源和能源的消耗，减少对环境的污染。

1 商品混凝土的耐久性商品混凝土的耐久性可定义为“在使用过程中经受气候变化、化学侵蚀、磨蚀等各种破坏因素的作用而能保持其使用功能的能力”。一般商品混凝土建筑物的使用寿命要求在50年以上，很多国家对桥梁、水电站大坝、海底隧道、海上采油平台、核反应堆等重要结构的商品混凝土耐久性要求在100年以上。气候条件适中的陆上建筑物，应要求商品混凝土在200年内安全使用。我国GB 50010——2002《商品混凝土结构设计规范》规定，商品混凝土的耐久性设计应按照环境类别和设计使用年限进行，分为50年和100年2个耐久性预期目标，对于重大、重要工程应按照100年寿命来设计商品混凝土。近几年来，我国已有不少工程的商品混凝土设计寿命达到100年，这些工程大都结合环境条件和特点，采取专门有效的措施，以充分保证商品混凝土工程的耐久性设计要求。比较著名的百年工程有三峡大坝、东海大桥、南京地铁1号线、崇明越江通道北港桥梁、重庆朝天门大桥空心桥墩、杭州湾大桥等。

但是近几十年以来，商品混凝土构筑物因材质劣化造成失效以至破坏崩塌的事故在国内外也是屡见不鲜，并有愈演愈烈之势。

国际上商品混凝土的大量使用始于20世纪30年代，到五六十年代达到高峰。许多发达国家每年用于建筑维修的费用都超过新建的费用。

过去，除了大型水利工程外，我国商品混凝土工程的耐久性问题长期不受重视，商品混凝土结构没有达到预期的使用寿命，受环境作用过早破坏的实例很多，由此造成的经济损失也很大。由于许多工程设计只满足荷载要求，而没有提出耐久性的要求，使已建成的商品混凝土构筑物存在耐久性隐患。我国在50年代兴建的水电站大坝有很多已经成为“病坝”，我国的商品混凝土工程量在改革开放30多年来突飞猛进，可以预见，耐久性不佳的商品混凝土工程的劣化问题将会日趋严重。因此，商品混凝土耐久性问题越来越受到人们的重视。

1.1 商品混凝土的耐久性破坏

商品混凝土耐久性涉及到商品混凝土性能的方方面面，是影响商品混凝土使用寿命的首要因素。造成商品混凝土耐久性不佳的原因多种多样，主要可分为：(1)物理破坏：由温度变化引起的收缩膨胀裂缝(这是由于商品混凝土内骨料和硬化水泥浆体不同的温度膨胀系数而引起)，如冻融循环、除冰盐分对商品混凝土的剥蚀等：(2)化学破坏：由商品混凝土内部材料引起的碱骨料反应以及外部侵蚀性离子(Gl-)引起的诸如钢筋锈蚀、硫酸盐侵蚀以及碳化(CO2)等；(3)机械破坏：冲击、磨损、流动淡水溶蚀作用、流动气体的磨蚀、冲蚀等(如道路、水利商品混凝土)。如何有效地预防和抵抗这些破坏因素的破坏力，是解决商品混凝土耐久性问题的关键。

1.2 商品混凝土耐久性破坏常见原因

我国已故商品混凝土权威吴中伟院士早在1991年就指出，近年来商品混凝土耐久性破坏愈趋严重的原因很多，常见的较重要的主要有：

(1)原材料因素：如水泥因为强度提高、细度增大、硬化速度加快等因素，加剧了商品混凝土结构的开裂问题；优质合格的骨料资源日趋枯竭，只有采用质次或有问题的集料(如海砂、风化砂石、碱活性骨料等)，对集料的质量也缺乏必要的重视；

(2)施工原因：过于追求施工进度，对商品混凝土工程的施工质量控制不严，也不注意对商品混凝土结构进行必要的养护；

(3)应用原因：现代商品混凝土的应用范围不断扩大，使大量商品混凝土工程所处的环境与使用条件日益严酷，但未认真采取相应的对策以提高其在严酷环境下的使用寿命；

(4)设计研究原因：对商品混凝土工程耐久性的研究试验工作大部分局限在试验室阶段，与实际使用环境脱节，更重要的是商品混凝土工程在设计过程中常常只考虑单一的破坏因素，忽视对实际中常发生的2个以上破坏因素引起的综合破坏作用，即对商品混凝土耐久性综合症缺少认识。

1.3 商品混凝土耐久性研究存在的问题

商品混凝土耐久性问题自20世纪50年代提出，受到世界各国的广泛重视，几十年来各国商品混凝土行业工作者进行了大量的基础试验研究工作，获得了一定的成果，有些成果对一些常见的耐久性问题的解决起到了显著作用：如引气剂对提高商品混凝土抗冻性的作用；限制水泥和商品混凝土中的碱含量对碱—集料反应的预防；活性矿物掺合料对提高抗渗性和对盐类侵蚀作用的抵抗以及对减轻碳化作用、保护钢筋以免锈蚀、抑制商品混凝土中的碱—集料反应以及防止淡水溶析作用和表面破坏等均提出了有效的措施。为了得到耐久性良好的商品混凝土，按耐久性设计商品混凝土和预测商品混凝土的使用寿命成为耐久性研究的主要内容和最终目标。但是我们也应该看到，由于研究内容的片面性和理论深入不够以及研究方法存在的局限性和缺陷性，使得大量基础的耐久性研究成果对解决实际商品混凝土工程耐久性问题的成效不大，也使当前的商品混凝土耐久性问题呈现越来越严重的趋势。主要表现在：(1)针对单一破坏的因素研究较多，而忽略了常常在建筑物中出现的多因素共同作用的研究；(2)很多试验是在实验室加速试验条件下得到的，与商品混凝土实际使用环境相差甚远，使试验结果无法进行比对。典型的如骨料碱活性反应快速检测法(ASTMCl260，南非快速砂浆棒法等)，该方法是将试件浸泡在80℃1N的NaOH溶液中进行测试，试验条件十分严酷，与商品混凝土实际环境条件相差甚远；(3)材料因素研究得多，结构因素研究得少，