提高混凝土工程耐久性對(duì)節(jié)約資源能源、保護(hù)環(huán)境意義重大

　　前言

　　建國(guó)以來(lái)，特別是改革開放以來(lái)，我國(guó)的基本建設(shè)取得舉世矚目的成就。在世紀(jì)之交的未來(lái)若干年內(nèi)，我國(guó)的基建規(guī)模必將以高于世界平均水平的速度發(fā)展。1994年我國(guó)水泥產(chǎn)量已超過(guò)4億噸，在世界上遙遙領(lǐng)先，約占世界總產(chǎn)量的1/3.相應(yīng)的混凝土工程量在世界上也名列第一。為使我國(guó)人民生活水平達(dá)到或接近先進(jìn)國(guó)家的水平，水泥和混凝土需求量還要成倍增加。根據(jù)預(yù)測(cè)2025年和下世紀(jì)30、40年代，我國(guó)人口將分別達(dá)到15億和16億。以人均年水泥用量500kg計(jì)，則水泥產(chǎn)量將要求達(dá)到7.5~8億噸。這個(gè)數(shù)字相當(dāng)于當(dāng)前世界水泥產(chǎn)量的2/3,約為1950年世界水泥產(chǎn)量6倍。按目前投資計(jì)算要將水泥年產(chǎn)量增加4億噸，需投資4000億元，還有礦山建設(shè)和鐵路運(yùn)輸?shù)木薮髩毫?。而?wèn)題的另一面是我國(guó)一些重要自然資源人均占有率很低，人均占有耕地和人均占有量年徑流量均為世界平均水平的1/4.人均能源儲(chǔ)量也是少的，煤約為平均值的50%,油為12%.因此，我國(guó)必須走資源節(jié)約型的國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展道路。要改變投入多產(chǎn)出少的傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式，提高經(jīng)濟(jì)整體素質(zhì)和效益。就涉及混凝土工程的基本建設(shè)而言，最關(guān)鍵的任務(wù)是提高質(zhì)量，延長(zhǎng)混凝土工程的使用年限，減少巨額維修費(fèi)用。從戰(zhàn)略出發(fā)可以考慮分兩步走，首先是力爭(zhēng)所有重大混凝土工程，如港口、大壩、橋梁、高速公路、機(jī)場(chǎng)等達(dá)到預(yù)定的30~50年的使用壽命。第二步應(yīng)考慮綜合運(yùn)用國(guó)內(nèi)已有的先進(jìn)技術(shù)，使橋梁、大壩等混凝土工程壽命達(dá)到100~125年以上，機(jī)場(chǎng)、預(yù)制構(gòu)件等壽命達(dá)到50年以上。則將節(jié)約大量資源能源。由于基建投資中，水泥混凝土工程所占比例不少，據(jù)稱當(dāng)前一億基建投資將需水泥3~4萬(wàn)噸與之配合，因此延長(zhǎng)工程壽命對(duì)于節(jié)約資金也是十分可觀的。這方面發(fā)達(dá)國(guó)家已有深刻教訓(xùn)，根據(jù)美國(guó)1988年報(bào)道，美國(guó)混凝土基礎(chǔ)工程（公路、橋梁、大壩、供水系統(tǒng)等）估計(jì)價(jià)值達(dá)6萬(wàn)億美元。而其后每年用于維修和重建費(fèi)用將高達(dá)3000億美元，即大約相當(dāng)于我國(guó)1990年國(guó)民生產(chǎn)總值。目前，我國(guó)正處于建設(shè)的高潮，若不吸取教訓(xùn)，重視提高工程壽命，同樣將在未來(lái)若干年內(nèi)深感維修和重建費(fèi)用的嚴(yán)重負(fù)擔(dān)并制約進(jìn)一步發(fā)展。因此，從國(guó)情出發(fā)，現(xiàn)在就在各個(gè)方面采取措施，提高工程質(zhì)量，為發(fā)展耐久性混凝土而努力，必將獲益匪淺，造福于子孫后代。

　　一、水泥混凝土有廣泛應(yīng)用的發(fā)展前景

　　在人類發(fā)展過(guò)程中混凝土已逐漸成為人類社會(huì)生活、文化生活的基礎(chǔ)，城市化、高速公路、港口碼頭、立交橋、機(jī)場(chǎng)、大壩等建設(shè)中應(yīng)用最大量、最廣泛的是混凝土。公元126年所建的羅馬萬(wàn)神殿至今仍著名于世。1756年英國(guó)西南部港灣中所建埃迪斯頓燈塔使用百余年成為海工混凝土的里程碑，歷史悠久的古長(zhǎng)城亦為膠凝材料砌筑而成。從1824年發(fā)明波特蘭水泥之后，1850年之后又出現(xiàn)了鋼筋混凝土，1940年又采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土，這些突破性技術(shù)發(fā)展，使得摩天大樓和大跨度橋梁在世界各地蓬勃發(fā)展。在近約100年內(nèi)，世界水泥產(chǎn)量增加了幾百倍，成為不可取代、應(yīng)用量最大的建筑材料。

　　作為建筑材料，水泥混凝土之所以獲得廣泛應(yīng)用，是由于在眾多方面均優(yōu)于木材和鋼材。下面將從工程性能（engineeringproperties）節(jié)能（energy saving）、經(jīng)濟(jì)（economical）和生態(tài)（ecological）等四個(gè)方面進(jìn)行具體分析（即英文所謂的四“e”分析）。

　　1.工程性能

　　從北海采油平臺(tái)的要求出發(fā)進(jìn)行分析，認(rèn)為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在工程性能上有如下的一些優(yōu)點(diǎn)：

　　維修：混凝土不腐蝕，不需要表面處理，隨時(shí)間的推移，強(qiáng)度還會(huì)增長(zhǎng)。因此混凝土結(jié)構(gòu)基本上不需要維修。而在海上環(huán)境條件下，鋼結(jié)構(gòu)易受嚴(yán)重腐蝕，需要價(jià)值昂貴的表面處理和其他保護(hù)方法，維護(hù)修補(bǔ)量大。

　　耐火：在海上，火極易使溫度達(dá)到鋼結(jié)構(gòu)永遠(yuǎn)破壞的溫度。這將對(duì)人員的安全和投資造成嚴(yán)重威脅。而鋼筋混凝土中的鋼筋由于混凝土層的保護(hù)作用，不致因過(guò)熱而失效。

　　抵抗循環(huán)載荷：焊接點(diǎn)、腐蝕坑、幾何尺寸的突變，如由薄條至厚框架的接點(diǎn)等的局部應(yīng)力區(qū)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度影響較大，而根據(jù)絕大多數(shù)的實(shí)用規(guī)范，混凝土的允許應(yīng)力值約為其極限強(qiáng)度的50%,因而混凝土的疲勞強(qiáng)度一般是沒有問(wèn)題的。據(jù)報(bào)道，1980年鋼結(jié)構(gòu)的采油平臺(tái)曾因疲勞斷裂而發(fā)生嚴(yán)重事故。

　　撓度控制：與同樣細(xì)長(zhǎng)的鋼梁相比，預(yù)應(yīng)力混凝土的撓度為前者的 35%.同時(shí)根據(jù)所施預(yù)應(yīng)力，可使其在自重下呈向上彎曲，而在滿載荷時(shí)曲度為零。

　　抗爆裂性：由于預(yù)應(yīng)力混凝土梁中的鋼筋有很高的彈性限，其抗爆裂性優(yōu)于一般鋼梁。

　　抗低溫性：在北極的海工建筑，將承受冰沖擊的局部高壓，可達(dá)11.5mpa,典型的鋼結(jié)構(gòu)在加強(qiáng)桿之間缺乏應(yīng)力分布，而混凝土殼和板，當(dāng)預(yù)應(yīng)力恰當(dāng)，并用強(qiáng)鋼筋約束能夠承受這種沖擊剪切。此外一般結(jié)構(gòu)鋼低溫下將變脆，失去抗沖擊性，而預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土槽用于儲(chǔ)存-162℃的液化天然氣仍性能良好?？磥?lái)低溫下預(yù)應(yīng)力混凝土是唯一經(jīng)濟(jì)而易得的材料。

　　2.能耗對(duì)比

　　混凝土中水泥耗能是以1300kwh/t計(jì)。鋼的能耗約為8000kwh/t,為水泥的6倍。由于集料耗能僅8kwh/t,故普通混凝土耗能約為鋼的1/25至1/40.鋼筋混凝土構(gòu)件為800~3200kwh/t,預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)件為700~1700kwh/t,這包括預(yù)制構(gòu)件的熱處理（耗能50kwh/m3）和運(yùn)輸耗能1000kwh/m3.當(dāng)載荷相同時(shí)水泥、磚和鋼筋的能耗比為1∶3.6∶6.一般鋼筋混凝土梁與同載荷的鋼梁相比前者耗能約為后者的1/4至1/6.

　　3.生態(tài)環(huán)境

　　目前世界各國(guó)工業(yè)生產(chǎn)固體廢渣將以億萬(wàn)噸計(jì)。制造水泥混凝土是處理這些廢渣的最好途徑。堆放廢渣將占用農(nóng)田耕地或需要投入巨額資金修建專用堆場(chǎng)。無(wú)論是堆放或?qū)U渣填坑或用作路基都有一個(gè)污染環(huán)境的問(wèn)題。其中微量有毒金屬將危害人類的健康。一旦用作水泥的混合材或混凝土的摻和料，這些有毒物質(zhì)將與水泥水化產(chǎn)物固結(jié)從而消除其危害性，形成良好的生態(tài)環(huán)境。我國(guó)目前礦渣利用已達(dá)80%以上，在水工建筑物中已大量摻用粉煤灰。這一方面保護(hù)了環(huán)境，另外又節(jié)省大量煅燒水泥熟料所需的能耗，而且在一定條件下還能顯著改善混凝土的性能。

　　4.經(jīng)濟(jì)

　　生產(chǎn)水泥和混凝土的原材料易得。與木材鋼材相比價(jià)格低廉。代木代鋼在我國(guó)已取得極良好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　由于水泥混凝土在以上各方面均具有突出的優(yōu)越性，全世界的產(chǎn)量均日益增多。從1980年到1994年世界水泥產(chǎn)量?jī)H由10億噸增長(zhǎng)到13億噸，而我國(guó)的水泥產(chǎn)量則由8000萬(wàn)噸增長(zhǎng)到4億噸。從水泥劇增的這一側(cè)面也反映了我國(guó)基本建設(shè)規(guī)模的突飛猛進(jìn)發(fā)展。這是可以理解的，因?yàn)榘l(fā)達(dá)國(guó)家基本建設(shè)已達(dá)到或接近飽和狀態(tài)，而我國(guó)正處于建設(shè)高潮之中。預(yù)期在未來(lái)若干年內(nèi)我國(guó)還將有大的發(fā)展。高速公路才剛剛起步，修建大壩、港口、鐵路及工業(yè)民用建筑均將需要大量水泥混凝土。據(jù)稱在今后15年內(nèi)，基建投資將達(dá)30~50萬(wàn)億，以一億基建投資需水泥3萬(wàn)噸計(jì)，則年需水泥量將達(dá)6~10億噸。混凝土方量將達(dá)數(shù)十億噸。這樣龐大的規(guī)模，即意味著今后我國(guó)每年基建中混凝土方量相當(dāng)于80年代世界各國(guó)的總和。而問(wèn)題的另一方面是若不注意提高重大混凝土工程的質(zhì)量和壽命，則每年用于維修和重建的巨額費(fèi)用必將制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。為此很有必要從現(xiàn)在起予以高度重視。

　　消振：在生產(chǎn)平臺(tái)上操作，結(jié)構(gòu)和機(jī)器基礎(chǔ)振動(dòng)小而消振效果好對(duì)工作人員是十分重要的。鋼的平臺(tái)面由于自重小對(duì)振動(dòng)和動(dòng)力載荷消振的效果不如混凝土臺(tái)面。

　　二、提高混凝土的耐久性，延長(zhǎng)工程壽命

　　已成為全球關(guān)注的重大課題

　　隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的持續(xù)增長(zhǎng)，人民生活的提高，人口增長(zhǎng)并向城市集中以及現(xiàn)代交通的迅速發(fā)展，水泥混凝土在大壩、橋梁、公路、鐵路、隧道、海港、碼頭、機(jī)場(chǎng)、地鐵、高層建筑、工業(yè)及民用建筑等方面均獲得日益廣泛的應(yīng)用。但隨著時(shí)間的推移人們已深刻認(rèn)識(shí)到已建工程并非都是耐久的，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)壽命過(guò)早破壞的事例已屢見不鮮。沉重的重建與維修費(fèi)用已使人提出“混凝土耐久性危機(jī)- crisis of durability of concrete”,以便使人們像重視“石油危機(jī)- crisis of oil”一樣來(lái)對(duì)待它。正處于高速發(fā)展的中國(guó)更應(yīng)重視這方面的教訓(xùn)。

　　與人們預(yù)期的不一樣，混凝土和鋼筋混凝土并不是在任何情況下永遠(yuǎn)耐久的，壽命不需要擔(dān)心的。事實(shí)恰恰相反，在許多情況下均發(fā)生短期內(nèi)嚴(yán)重破壞的事例。特別值得注意的是，科學(xué)技術(shù)高速發(fā)達(dá)的80~90年代的有些重大工程，使用壽命反而不如20~30年代的。引起混凝土破壞的因素主要有：（1）硫酸鹽腐蝕，（2）冰凍破壞，（3）鋼筋銹蝕，（4）堿集料反應(yīng)。此外還有人為因素，如使用不合格材料以及不按規(guī)范施工，造成質(zhì)量低劣的建筑物和制品等。近20~30年來(lái)，由于使用除冰鹽，擴(kuò)大海工工程，擴(kuò)大原材料范圍，在嚴(yán)酷條件下使用混凝土等，因而更加增添了破壞因素。下面將舉實(shí)例和數(shù)字予以說(shuō)明。

　　美國(guó)：近十幾年來(lái)美國(guó)非常重視混凝土工程的耐久性，1980年和1984年分別進(jìn)行了調(diào)查研究，寫成“美國(guó)水泥和混凝土研究現(xiàn)狀”及“混凝土耐久性--節(jié)省數(shù)十億美金的機(jī)遇”.研究發(fā)現(xiàn)問(wèn)題是嚴(yán)重的，既有技術(shù)方面的問(wèn)題也有制度方面的問(wèn)題。美國(guó)是當(dāng)今發(fā)達(dá)的資本主義國(guó)家。據(jù)統(tǒng)計(jì)混凝土基礎(chǔ)工程的總價(jià)為6萬(wàn)億美元，但今后每年用于維修和重建的費(fèi)用將高達(dá)3000億美元。屈艾特所著“美國(guó)在破壞中”一書中估計(jì)，包括公路、橋梁、下水道、供水飲水系統(tǒng)和公共交通在內(nèi)，修理美國(guó)的全部費(fèi)用要高達(dá)3萬(wàn)億美元，比當(dāng)時(shí)美國(guó)一年的國(guó)民生產(chǎn)總值還多得多。僅混凝土橋面就有25萬(wàn)座遭受程度不同的損害，其中有的使用還不到20年，而且今后每年還將有35000座加入被損壞的行列。由于廣泛使用除冰鹽，造成過(guò)早破壞，甚至在5年內(nèi)就明顯出現(xiàn)鋼筋銹蝕。美國(guó)在1969年及1978年用于修復(fù)公路橋面板費(fèi)用分別達(dá)到26億及63億美元。在美國(guó)的耐久性調(diào)查報(bào)告中，在分析短期破壞原因時(shí)，不僅提出了科學(xué)技術(shù)問(wèn)題，特別還著重分析了社會(huì)制度方面存在的問(wèn)題。

　　1.承包商不對(duì)耐久性負(fù)責(zé)，承包商在工程完成后只要符合規(guī)范就不錯(cuò)了，不可能對(duì)之后的耐久性負(fù)責(zé)，因此他們寧愿花錢研究施工方法而不愿花錢研究耐久性。

　　2.建筑物的產(chǎn)權(quán)所有者也不愿花錢維護(hù)和注意耐久性，因?yàn)樵谌舾赡陜?nèi)出售反而有利。

　　3.對(duì)耐久性或工程建筑物的壽命不易作出科學(xué)評(píng)價(jià)。一方面是由于影響因素復(fù)雜而難以預(yù)測(cè)，另一方面要用短期內(nèi)完成的快速試驗(yàn)預(yù)測(cè)今后幾十年的結(jié)果，可靠性如何也難以琢磨。

　　根據(jù)1988年資料，英國(guó)全部建筑和土木工程維修費(fèi)為150億英鎊，其中混凝土工程維修費(fèi)為5億英鎊，約相當(dāng)于人民幣60~70億。

　　據(jù)我國(guó)駐貝魯特記者報(bào)道，許多海灣國(guó)家沿海地區(qū)大批城市建筑遭受破壞迅速，這包括巴林、阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)、卡塔爾、沙特阿拉伯和科威特等，導(dǎo)致巴林政府大廈和阿聯(lián)酋的沙加國(guó)際機(jī)場(chǎng)的部分建筑及迪拜的鐘樓等許多建筑物停用或大修。原因是這些地區(qū)高溫、潮濕、晝夜溫差大和海風(fēng)帶來(lái)的高含量硫酸鹽和氯化鈉等，加以這些國(guó)家憑借巨額石油收入，急于求成，連續(xù)進(jìn)行了大規(guī)模建設(shè)，造成建筑質(zhì)量差，易受侵蝕。

　　筆者考察加拿大、英國(guó)的眾多公路、橋梁、大壩，親眼目睹因堿集料反應(yīng)和除冰鹽而造成的嚴(yán)重破壞。日本阪神高速公路的橋梁和眾多港口以及澳大利亞、法國(guó)、南非等國(guó)的立交橋、大壩、預(yù)制構(gòu)件如軌枕等均有在短期內(nèi)遭受堿集料反應(yīng)嚴(yán)重破壞的報(bào)道，這既造成重建和維修的巨額損失，對(duì)交通路線還將造成影響鐵路、公路正常運(yùn)行的大量間接經(jīng)濟(jì)損失。

　　我國(guó)區(qū)域遼闊，地跨溫?zé)岫?，北方為寒冷地區(qū)，海岸線長(zhǎng)達(dá)18000多公里，因此各國(guó)面臨的嚴(yán)酷條件，在我國(guó)不同地區(qū)均有存在，黑龍江低溫建研所對(duì)三北地區(qū)的調(diào)查表明，處于水位突變區(qū)或受水侵潤(rùn)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在使用20~70年內(nèi)均因反復(fù)凍融而導(dǎo)致破壞。嚴(yán)寒地區(qū)不少水工建筑物不到十年就需要大修，問(wèn)題還不能徹底解決。

　　根據(jù)南京水利科學(xué)研究院資料，華南、華東海港碼頭和浙東沿海水閘的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，處于浪淺區(qū)的梁板底部，由于鋼筋過(guò)早銹蝕，發(fā)生順筋開裂、剝落，問(wèn)題相當(dāng)嚴(yán)重，相當(dāng)普遍，而且開裂、剝落后，破壞日益加劇。1981年調(diào)查了18座僅使用7~25年海港混凝土碼頭結(jié)構(gòu)，其中因鋼筋腐蝕而破壞或不耐久的占80%.最近考察表明，寧波北倉(cāng)港十萬(wàn)噸礦石中轉(zhuǎn)碼頭是全優(yōu)工程，水平框架已普遍順筋銹裂，準(zhǔn)備大修，連云港新建廟嶺材料碼頭主梁，不到3年已顯著順筋銹裂。這些短期破壞的工程經(jīng)濟(jì)損失是巨大的。

　　近年來(lái)我們反復(fù)考察鑒定了北京地區(qū)的集料、立交橋和混凝土制品，證實(shí)北京地區(qū)集料具有堿活性，在工程中，北京立交橋和京秦線、兗石線上鐵路橋梁以及上海站、貴陽(yáng)站等軌枕（北京制造的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)件）均遭受明顯破壞，對(duì)華北、東北地區(qū)機(jī)場(chǎng)跑道的考察研究，證實(shí)因堿集料反應(yīng)造成程度不同的破壞，這將使機(jī)場(chǎng)提前報(bào)廢或進(jìn)行大修。

　　少數(shù)實(shí)例已表明重大工程在遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)年限以內(nèi)破壞損失是巨大的，我國(guó)正處于蓬勃發(fā)展的高速建設(shè)之中，吸取西方國(guó)家的“前車之鑒”是大有補(bǔ)益的。延長(zhǎng)使用壽命是節(jié)約資源能源的最佳途徑，因每建一個(gè)百萬(wàn)噸水泥廠投資需要10億，每噸水泥耗能0.2噸標(biāo)準(zhǔn)煤，每噸水泥制成混凝土尚需礦石材料5~10噸。對(duì)鋼筋混凝土制品每10萬(wàn)噸水泥約需1.5~4萬(wàn)噸鋼筋，因此在延長(zhǎng)壽命上下功夫是十分值得的。

　　當(dāng)前不少科學(xué)家均主張力求延長(zhǎng)混凝土工程壽命，gexwick主張主要的橋梁使用壽命應(yīng)按100~125年來(lái)設(shè)計(jì)，水科院洪定海提出根據(jù)我國(guó)國(guó)情海港工程應(yīng)爭(zhēng)取壽命為100年。實(shí)際上我國(guó)已有長(zhǎng)壽命的工程實(shí)例，若能總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，綜合采用國(guó)內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù)延長(zhǎng)工程壽命是完全有可能的。[Page]

　　三、 生產(chǎn)水泥混凝土與環(huán)境保護(hù)

　　前面談到水泥混凝土是處理工業(yè)固體廢渣的最佳途徑，這是問(wèn)題有利的一面。但水泥生產(chǎn)也有其不利的一面，將增加環(huán)境的污染。

　　生產(chǎn)水泥熟料的主要原料是石灰石（caco3），在煅燒過(guò)程中：caco3→cao+co2將釋放大量co2,而且煅燒熟料所用燃料也將放出co2.經(jīng)計(jì)算每生產(chǎn)一噸水泥熟料，從原料中將放出0.55噸co2.燃燒約放出0.4噸，二者相加為0.95噸，即每生產(chǎn)一噸水泥大約將產(chǎn)生1噸co2.而產(chǎn)生溫室效應(yīng)的氣體中，co2占55%,甲烷占15%,含氯氟烴占14%,因此co2的量占有很大比例。據(jù)計(jì)算以1987年全世界水泥產(chǎn)量為10億噸計(jì)，則將排出10億噸co2,約占當(dāng)年全球co2排出量的5%.所占比例是不小的。按預(yù)測(cè)，2000年世界人口將達(dá)60億，到2050年將達(dá)到80億，若以每人占有水泥量為300~500kg計(jì)，則屆時(shí)全球水泥產(chǎn)量將分別達(dá)到18~30億噸和24~40億噸，其放出的co2也將達(dá)到同一數(shù)字，其對(duì)溫室效應(yīng)的影響將顯著增加。此外水泥生產(chǎn)還將排出大量so2和nox,這也是十分不利的。

　　其次，水泥生產(chǎn)將消耗大量燃料和能量，以每噸水泥標(biāo)準(zhǔn)煤耗為0.2噸計(jì)，當(dāng)我們水泥產(chǎn)量為4億噸時(shí)，耗煤8000萬(wàn)噸，若產(chǎn)量進(jìn)一步提高勢(shì)必更將增加能源的緊張狀態(tài)。以每噸水泥生產(chǎn)混凝土?xí)r消耗6~10噸砂石材料計(jì)，我國(guó)每年將生產(chǎn)砂石材料24~40億噸，全球已面臨優(yōu)質(zhì)砂石材料短缺的問(wèn)題，我國(guó)不少城市亦將遠(yuǎn)距離運(yùn)送砂石材料。因此提高耐久性對(duì)保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源，資源意義是十分顯著的。

　　四、我國(guó)對(duì)延長(zhǎng)混凝土工程壽命應(yīng)采取的對(duì)策和建議

　　在探討有效的措施之前，我們將從發(fā)展數(shù)據(jù)對(duì)我國(guó)水泥混凝土建筑工程有一個(gè)估價(jià)，從1950年到1994年全球產(chǎn)量?jī)H增加約10倍，而我國(guó)產(chǎn)量增加 100倍之多。其次美國(guó)產(chǎn)量一直增加不多。近年來(lái)也只是在7000~9000萬(wàn)噸之間徘徊。日、加、德、法也有類似情況。特別是我國(guó)改革開放之后，1980~1990年十年間，我國(guó)水泥產(chǎn)量增長(zhǎng)了一億噸之多，1990~1994年增加近2億噸。統(tǒng)計(jì)看來(lái)1995年我國(guó)水泥產(chǎn)量約相當(dāng)于美、日、英、法、意、德、俄、奧之和，約占世界總產(chǎn)量的 1/3.就以人口平均計(jì)，我國(guó)已達(dá) 338kg/人·年，與美國(guó)人均值 341kg/人·年十分接近。廣東省計(jì)劃2000年水泥產(chǎn)量達(dá)到 8000萬(wàn)噸，人均 1000kg/人·年。就其總產(chǎn)量而言，已與美、日相近，人均占有量即將成為美國(guó)的兩倍。以1994年我國(guó)水泥產(chǎn)量4億噸計(jì)，每年混凝土工程量將達(dá)15億方。這些數(shù)字充分說(shuō)明我國(guó)基本建設(shè)中土建工程取得了迅猛的發(fā)展，也從一個(gè)側(cè)面反映了我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的大好形勢(shì)。而且目前仍在高速發(fā)展，將使水泥產(chǎn)量再翻一番達(dá)到7.5億~8億噸（據(jù)《中國(guó)建材報(bào)》，我國(guó)目前生產(chǎn)能力已達(dá)4.5億~5億噸）。水泥混凝土在基本建設(shè)中的作用是巨大的。

　　在我們看到水泥混凝土產(chǎn)量急劇增長(zhǎng)的可喜局面時(shí)，還應(yīng)冷靜思考其負(fù)面影響以及當(dāng)前應(yīng)注意的一些問(wèn)題和必須采取的措施。當(dāng)前經(jīng)濟(jì)界人士多次指出，要改變傳統(tǒng)的以速度外延為特征的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式，把著眼點(diǎn)放在提高整個(gè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的質(zhì)量上來(lái)。不能主要依靠擴(kuò)大投資規(guī)模，消耗大量原材料、能源和勞動(dòng)力等生產(chǎn)要素。來(lái)進(jìn)行數(shù)量的擴(kuò)張。這是高投入、低產(chǎn)出的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式。我們將按照這一原則來(lái)審視水泥混凝土今后的發(fā)展戰(zhàn)略。

　　從歷史發(fā)展的歷程來(lái)看，美、日、英、法等資本主義國(guó)家的基本建設(shè)已越過(guò)高潮達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定。而我國(guó)正處于基本建設(shè)的快速上升階段，需求猛增是完全可以理解的。從當(dāng)前情況看來(lái)，我國(guó)有眾多大型混凝土工程剛剛起步仍需大力發(fā)展。為大力發(fā)展水電能源和水利資源，將建設(shè)眾多大壩、提灌系統(tǒng)和南水北調(diào)等工程。為擴(kuò)大對(duì)外貿(mào)易，將加快港口建設(shè)。為發(fā)展交通運(yùn)輸，正步入建設(shè)高速公路時(shí)期，機(jī)場(chǎng)也將成百增加。因此提高水泥混凝土產(chǎn)量，以滿足高速發(fā)展的需要是完全應(yīng)該的，也是必要的。但唯其面廣量大，對(duì)目前存在的問(wèn)題和今后可能出現(xiàn)的問(wèn)題及早提出將具有極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)意義。

　　1.水泥工業(yè)要提高高標(biāo)號(hào)水泥的比例

　　如前所述，以1994年的產(chǎn)量計(jì)，我國(guó)已超過(guò)8個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家的總和。但仔細(xì)分析并不意味著我國(guó)基本建設(shè)的規(guī)模，或混凝土工程質(zhì)量也具有同等價(jià)值。原因是我國(guó)水泥中80%系小水泥廠所產(chǎn)，標(biāo)號(hào)較低。用低標(biāo)號(hào)水泥建設(shè)相同標(biāo)號(hào)的混凝土水泥用量要大得多。國(guó)外基本上不生產(chǎn)的325水泥在我國(guó)還占有不少比例，但問(wèn)題是它們的能源和資源消耗并不低很多。這就是資源、能源的巨大浪費(fèi)。今后我國(guó)在考慮水泥的發(fā)展戰(zhàn)略時(shí)，一方面要力求增加產(chǎn)量，但最重要的是應(yīng)該使高標(biāo)號(hào)水泥所占比例能有大幅度提高，特別是熟料的標(biāo)號(hào)要有大幅度提高，這樣即便生產(chǎn)低標(biāo)號(hào)水泥可以多攙混合材，這是水泥工業(yè)節(jié)約資源、能源的最佳途徑。

　　2.水泥生產(chǎn)應(yīng)著重考慮混凝土工程的耐久性。

　　近年來(lái)全世界混凝土工程界一致認(rèn)為在設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮強(qiáng)度指標(biāo)，更重要的是要考慮工程的耐久性，因此出現(xiàn)了根據(jù)耐久性設(shè)計(jì)混凝土的專家系統(tǒng)（ expert system of durability of con-crete），這需要全社會(huì)的共同配合，譬如，世界許多國(guó)家如英國(guó)、日本、新西蘭等在發(fā)現(xiàn)堿集料反應(yīng)對(duì)工程的嚴(yán)重破壞作用之后，很快采取措施，選用低堿原料生產(chǎn)低堿水泥，甚至將高堿水泥廠關(guān)閉。而我國(guó)華北、西北、東北地區(qū)由于原料的限制，堿含量一直偏高。在已經(jīng)證實(shí)北京地區(qū)存在堿活性集料的情況下，這將給京津地區(qū)帶來(lái)很大的潛在危害。為此建議今后新建水泥廠，應(yīng)從優(yōu)選原料改進(jìn)工藝流程入手，力求生產(chǎn)低堿水泥。已存在的高堿水泥廠應(yīng)力爭(zhēng)生產(chǎn)混合水泥。

　　3.在工程合同中應(yīng)有耐久性條款

　　目前我國(guó)正處于計(jì)劃經(jīng)濟(jì)向市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)軌的過(guò)渡時(shí)期。若不把經(jīng)濟(jì)杠桿作用引入工程耐久性之中是無(wú)法激勵(lì)工程技術(shù)人員嚴(yán)格注意耐久性的。當(dāng)前的現(xiàn)實(shí)是快速施工，提前完工，與個(gè)人所得經(jīng)濟(jì)利益直接有關(guān)，而一個(gè)工程5~10年出現(xiàn)問(wèn)題，甚至需要大修或重建，但都無(wú)任何單位或個(gè)人負(fù)經(jīng)濟(jì)責(zé)任，甚至工程曾被評(píng)為全優(yōu)工程。這一局面不改變，則承包單位是不愿花費(fèi)精力或經(jīng)費(fèi)進(jìn)行耐久性預(yù)防的研究或采取措施的。在這方面我國(guó)已有很多實(shí)例。鐵道軌枕或橋梁原設(shè)計(jì)為30年壽命，但有的路段甚至在不到10年甚至5年就全部損壞需要大修或重建。若能在設(shè)計(jì)和施工經(jīng)費(fèi)中抽取少量費(fèi)用進(jìn)行耐久性的預(yù)防研究和長(zhǎng)期耐久性的獎(jiǎng)勵(lì)基金，必將獲益巨大，望有關(guān)部門予以研究。

　　4.調(diào)查研究

　　這是“老生常談”,但做起來(lái)很不容易，原始資料不全，歷史上的情況很難搞清楚，甚至就像亞運(yùn)村等近年建成的工程，要想知道原材料的來(lái)源，準(zhǔn)確的配比，外加劑的摻用等就十分困難，出現(xiàn)問(wèn)題只能歸結(jié)于“原因是多方面的，綜合的”.但這樣的籠統(tǒng)結(jié)論對(duì)今后的工作是沒有任何借鑒作用的。因此要真正搞好調(diào)查研究是要花費(fèi)很大力氣的。

　　首先要做到心中有數(shù)?！皼]有調(diào)查研究就沒有發(fā)言權(quán)”.我們應(yīng)該知道我國(guó)基本建設(shè)中的投資總量，目前用于重建或維修的費(fèi)用，今后每年費(fèi)用的預(yù)測(cè)，其中因種種原因未達(dá)設(shè)計(jì)壽命需大修或拆毀的占多少？心中無(wú)數(shù)是下不了決心的。

　　調(diào)查研究必須有重點(diǎn)。對(duì)象應(yīng)是影響大的重大工程，如核電站、采油平臺(tái)、港工、大壩、橋梁、大型預(yù)制構(gòu)件、機(jī)場(chǎng)、隧道、高速公路、立交橋等。為了得出準(zhǔn)確結(jié)論，各個(gè)單位必須相互配合。韓國(guó)在漢城大橋破壞之后撰文談日本經(jīng)驗(yàn)時(shí)談到：“只強(qiáng)調(diào)過(guò)去的宏觀力學(xué)的土木工程技術(shù)作用還不夠，而必須強(qiáng)調(diào)從微觀上解釋破壞現(xiàn)象的材料工程學(xué)。”因此必須設(shè)計(jì)、施工、管理與實(shí)驗(yàn)室研究人員仔細(xì)考察研究，以期得出符合實(shí)際的科學(xué)結(jié)論。

　　對(duì)比研究好壞程度不同的工程意義重大。常說(shuō)混凝土沒有不裂的。這樣一來(lái)就沒法分出好壞。從微觀而言，在顯微鏡下、電子顯微鏡下、甚至放大鏡下所有混凝土都是有微裂紋的。但這并不等于會(huì)有0.1~1mm甚至1~5mm的裂縫存在。建于1968年的南京長(zhǎng)江大橋，大型橋墩和巨型梁至今十分完好，南京中央門立交橋也有相同結(jié)果。同樣是處于寒冷的北方地區(qū)，每年都有凍融對(duì)混凝土工程造成危害，但天津1982年所建十一經(jīng)路立交橋十分完好，但其后所建的八里臺(tái)、中山門、長(zhǎng)江道、京津等立交橋損壞就嚴(yán)重得多。北京豐臺(tái)的老鐵路橋建于30年代至今橋墩和檔墻完好，基本上無(wú)裂縫，而新建的鐵路公路兩用的平臺(tái)新立交橋，檔墻已遍布網(wǎng)狀襲紋。從觀察來(lái)看，南京長(zhǎng)江大橋和天津十一經(jīng)路立交橋。甚至30年代的豐臺(tái)老鐵路橋很可能在今后20~30年內(nèi)尚無(wú)大問(wèn)題，但是京津的某些立交橋和北京的某些大建筑可能就得考慮大修或若干年后的重建問(wèn)題。再如處于同樣運(yùn)載負(fù)荷下的兗石線上的鐵路橋，由四家不同地區(qū)（原材料不同）的工廠制造的鐵路橋，有的已在修補(bǔ)，有的仍基本完好。進(jìn)行對(duì)比的調(diào)查研究，找出優(yōu)劣的根本原因，是推動(dòng)向耐久性方向發(fā)展的重要途徑。在同一環(huán)境條件優(yōu)劣差異懸殊，本身就能排除環(huán)境和客觀條件破壞的因素。我們?cè)诳疾鞕C(jī)場(chǎng)跑道破壞時(shí)，發(fā)現(xiàn)有60年代初的跑道十分完好，而近年來(lái)建成的跑道而卻出現(xiàn)大面積的損壞，對(duì)比研究給我們極有益的啟示。

　　5.建立重大混凝土工程的數(shù)據(jù)檔案庫(kù)

　　我國(guó)各建筑工程特別是大型工程可能已有自己的歷史檔案資料，但均分散保存，信息交流也十分不夠，導(dǎo)致教訓(xùn)重演。美國(guó)在1982年由國(guó)家科學(xué)基金支持建立了“建筑與工程性能信息中心”（aepic,architecture and engineering performance informa-tion center）已收集4萬(wàn)案例。建立這樣的中心并使數(shù)據(jù)檔案規(guī)范化對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展將能提供寶貴的信息資料。

　　6.大力推廣能提高耐久性的先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)

　　幾十年來(lái)在這方面國(guó)內(nèi)外均有一整套的成熟的先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。若能被大家所接受和理解并用之于實(shí)際，必將獲得巨大效益。

　　（1）采用高效減水劑，降低水灰比，提高混凝土的致密度。因?yàn)榛炷翞槎嗫撞牧?，侵蝕介質(zhì)無(wú)論是水、氣或化學(xué)物質(zhì)均將通過(guò)孔隙才能進(jìn)入內(nèi)部，因此致密化必將成倍提高抗腐蝕性能；

　?。?）使用加氣劑提高抗凍性。這在嚴(yán)寒地區(qū)十分有效，只要在施工現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格控制含氣量，將不致使強(qiáng)度損失過(guò)多而抗凍性將顯著提高；

　?。?）陰極保護(hù)是防止鋼筋銹蝕十分有效的措施，對(duì)已經(jīng)銹蝕的工程也十分有效；

　?。?）使用特種水泥和混合材。對(duì)于海工工程，使用摻有礦渣、硅灰、粉煤灰的水泥，強(qiáng)度不僅不降低，在多數(shù)情況下強(qiáng)度還有所增加，在這些情況下采用混合水泥比純硅酸鹽水泥好很多。實(shí)踐證明鐵鋁酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥也具有良好的抗蝕性和抗凍性；

　?。?）對(duì)堿集料反應(yīng)重點(diǎn)在于預(yù)防，采用低堿水泥和混合水泥是十分有利的。

　　英國(guó)提出用于重大工程混凝土的集料的采石場(chǎng)，應(yīng)有詳細(xì)的地質(zhì)勘測(cè)資料，并在采石場(chǎng)建立集料堿活性的日常檢測(cè)，以確保集料無(wú)堿活性。這一經(jīng)驗(yàn)是特別值得重視的。

　　實(shí)際上以上這些技術(shù)并非不為人知或做不到。最關(guān)鍵的在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的環(huán)境下，工程的耐久性和壽命無(wú)經(jīng)濟(jì)利益予以支撐，特別是沒有與個(gè)人經(jīng)濟(jì)利益相結(jié)合，激發(fā)不起重視壽命的積極性。有時(shí)一個(gè)技術(shù)措施雖明知對(duì)耐久性不利，但能加速施工，而后者的經(jīng)濟(jì)效益是能立竿見影的，則寧肯犧牲耐久性而保證快速施工。如明知對(duì)活性集料不能摻用含堿外加劑，但后者能保證冬季施工加快施工速度，而耐久性是5~10年之后的事，則往往寧可不顧壽命而大量摻加。因此最重要的必須認(rèn)識(shí)到“壽命”是有很大經(jīng)濟(jì)價(jià)值的。避免大修是可以節(jié)省巨額資金的，最終是節(jié)約了資源和能源。若能在施工合同中注明獎(jiǎng)金和評(píng)優(yōu)要在5~10年后才能兌現(xiàn)，若5~10年后出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞將予重罰，只有這樣才能真正重視耐久性和壽命。

　　7.整理修訂標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

　　我國(guó)大部分標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范主要是在50~60年代沿襲美、蘇而來(lái)，但時(shí)至今日，美國(guó)的許多標(biāo)準(zhǔn)世界各國(guó)在長(zhǎng)期實(shí)踐中均已提出不少問(wèn)題，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)也已修改和增添了新的內(nèi)容，在這種情況下，我國(guó)各建筑行業(yè)均有把標(biāo)準(zhǔn)重新審視的必要，根據(jù)國(guó)情增添必要的內(nèi)容或進(jìn)行修改。而特別重要的是工程人員必需熟悉標(biāo)準(zhǔn)制定的背景及使用中的局限性。否則在工程中將帶來(lái)極大的浪費(fèi)。

　　8.建立權(quán)威性的檢測(cè)鑒定中心

　　影響混凝土耐久性的主要因素是：化學(xué)腐蝕，冰凍循環(huán)，鋼筋銹蝕，堿集料反應(yīng)以及近年來(lái)特別感到嚴(yán)重的除冰鹽及酸雨等的腐蝕作用。但混凝土確實(shí)復(fù)雜，而需要作出判斷或采取措施的工程，往往涉及到幾億甚至數(shù)十億的投資，今后還會(huì)涉及涉外工程，援外工程等。為此必須有先進(jìn)設(shè)備及配套的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)手段以及長(zhǎng)齡期試驗(yàn)條件。為此需要有較大的投資來(lái)滿足這些條件。這些年來(lái)國(guó)內(nèi)的科研院校已經(jīng)在某些領(lǐng)域形成特色，若能繼續(xù)給以扶持即可形成在國(guó)內(nèi)外能產(chǎn)生影響的中心。同時(shí)結(jié)合工作也可培養(yǎng)躋身國(guó)際的跨世紀(jì)的人才。