混凝土：你的耐力有多久？

      建筑物的壽命到底有多長(zhǎng)？帶著這個(gè)問題，記者采訪了中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院姚燕院長(zhǎng)。姚燕教授是我國(guó)研究混凝土耐久性的專家，她認(rèn)為盡管影響建筑物壽命的因素有很多，但是混凝土作為最重要的基本建設(shè)材料，其耐久性是否經(jīng)得住考驗(yàn)將直接影響建筑物的壽命。

      我國(guó)大量建(構(gòu))筑工程因混凝土耐久性問題而喪失使用功能，造成巨額經(jīng)濟(jì)損失。全世界每年用于混凝土工程修復(fù)和重建費(fèi)用高達(dá)數(shù)千億美元。

      由包括三名科學(xué)院院士和工程院院士組成的專家委員會(huì)在“九五”國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目《重點(diǎn)工程混凝土安全性的研究》鑒定會(huì)上曾一致呼吁：“我國(guó)是當(dāng)今世界上基本建設(shè)規(guī)模最大的國(guó)家，混凝土是最重要的基本建設(shè)材料，建議對(duì)混凝土耐久性繼續(xù)進(jìn)行研究，并加大支持力度?！?

      當(dāng)然，混凝土耐久性問題也得到國(guó)家科技部的高度重視，為此專門設(shè)立了“十五”國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目“新型高性能混凝土及其耐久性的研究”，對(duì)涉及混凝土耐久性的關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行深入研究，全面、系統(tǒng)地闡述混凝土耐久性及其控制技術(shù)，為我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)和已建混凝土工程維護(hù)提供指導(dǎo)。該項(xiàng)目進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的研究。

      抑制AAR膨脹

      課題一：抑制堿-集料反應(yīng)評(píng)估方法及外加劑的研究

      堿-集料反應(yīng)(AAR)作為導(dǎo)致混凝土耐久性下降的重要原因之一，半個(gè)世紀(jì)以來，已在全球范圍內(nèi)造成巨大損失。自九十年代以來，我國(guó)也相繼發(fā)現(xiàn)一些大型混凝土工程因AAR出現(xiàn)破壞。

      近十年來，化學(xué)外加劑在抑制堿-集料反應(yīng)方面的研究也受到工程界的特別關(guān)注，國(guó)外已經(jīng)研制成功化學(xué)外加劑，但價(jià)格昂貴(每立方混凝土要增加百元以上成本)，研制新型廉價(jià)的化學(xué)外加劑對(duì)重點(diǎn)工程防止堿-集料反應(yīng)至關(guān)重要。

      該課題以高中低堿活性集料為研究對(duì)象，用不同的外加劑進(jìn)行研究，以保證工程可靠性。提出了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的礦物外加劑抑制堿-集料反應(yīng)的評(píng)估方法，研制出抑制堿-集料反應(yīng)專用外加劑。同時(shí)，課題還完善了混凝土安全性專家系統(tǒng)。評(píng)估和診斷工程混凝土安全性是一件高智力、非常復(fù)雜的技術(shù)工作，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和已有專業(yè)知識(shí)建立混凝土安全性專家系統(tǒng)，能使這項(xiàng)工作科學(xué)化和普及化，從而有效提高混凝土工程的安全性。

      專家點(diǎn)評(píng)：

      “抑制堿-集料反應(yīng)評(píng)估方法(草案)”是首次提出的具有快速、科學(xué)可靠的新方法，對(duì)指導(dǎo)和適應(yīng)現(xiàn)代混凝土工程具有不可或缺的緊迫性。其中對(duì)鋰鹽類化學(xué)外加劑長(zhǎng)期抑制性能的評(píng)價(jià)在國(guó)際上是首次進(jìn)行，更重要的是非鋰鹽的堿土金屬鹽類外加劑的研制成功，解決了堿硅酸反應(yīng)（ASR）膨脹問題，為工程混凝土采取措施有效預(yù)防堿集料反應(yīng)提供了經(jīng)濟(jì)適用的可能。

      開發(fā)高貝利特水泥

      課題二：高貝利特水泥的開發(fā)與應(yīng)用研究

      作為混凝土中的膠凝材料，水泥性能優(yōu)劣對(duì)混凝土性能至關(guān)重要。高貝利特水泥具有能源及資源消耗低、有害氣體排放少、耐久性優(yōu)越等特點(diǎn)，符合當(dāng)今國(guó)際水泥工業(yè)節(jié)能、環(huán)保、節(jié)資源及高性能和可持續(xù)發(fā)展方向，呈現(xiàn)出良好的產(chǎn)業(yè)化及大規(guī)模應(yīng)用前景。

      該課題實(shí)現(xiàn)了高貝利特水泥在新型干法窯的工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，形成系統(tǒng)的高貝利特水泥大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用技術(shù)。開發(fā)研究出了高貝利特水泥高性能混凝土和高抗裂、高抗裂新型大壩混凝土。專家點(diǎn)評(píng)：

      針對(duì)高性能混凝土和水工混凝土的技術(shù)特點(diǎn)和要求，優(yōu)化和確定了高鎂高貝利特水泥的合理礦物組成、適宜煅燒溫度等生產(chǎn)技術(shù)關(guān)鍵。以高貝利特水泥為主要膠凝材料，研制成功高貝利特水泥高性能混凝土和高抗凍高抗裂的新型大壩混凝土。具有良好性能工作性、物理力學(xué)性能、熱學(xué)性能(高貝利特大壩混凝土的絕熱溫升要比中熱水泥大壩混凝土低3~5℃)和耐久性。

      提升普通混凝土性能

      課題三：新型高性能混凝土的研究和應(yīng)用

      目前，使用較多的是C50以下的中等強(qiáng)度普通混凝土，如果能實(shí)現(xiàn)普通混凝土高性能化，將具有更為重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)效益。已故吳中偉院士指出，對(duì)中等強(qiáng)度混凝土和一般混凝土的研究具有更為重要的意義。

      該課題選用磨細(xì)礦渣和粉煤灰兩種工業(yè)廢渣作為輔助性膠凝材料，通過降低水泥用量，增加膠凝材料總量和嚴(yán)格的施工管理等措施配制出中等強(qiáng)度高性能混凝土。

      該課題采用摻加化學(xué)外加劑和礦物外加劑的技術(shù)路線，配合比設(shè)計(jì)按照耐久性要求進(jìn)行，配制的混凝土為低水膠比、低硅酸鹽水泥用量、結(jié)構(gòu)致密、體積穩(wěn)定性好、工作性良好、強(qiáng)度符合要求、能滿足設(shè)計(jì)所要求的安全使用壽命的混凝土。

      專家點(diǎn)評(píng)：

      鑒于目前國(guó)內(nèi)建設(shè)需要，中等強(qiáng)度混凝土高性能化更具有實(shí)用意義。研究表明，利用中低強(qiáng)度等級(jí)水泥配制高強(qiáng)混凝土是可行的，拓寬了中低強(qiáng)度等級(jí)水泥的應(yīng)用范圍和高強(qiáng)高性能混凝土可選水泥材料的范圍，在充分利用現(xiàn)有水泥資源方面具有重要技術(shù)意義。

      追求高性能輕集料

      課題四：高性能輕集料混凝土的研究與應(yīng)用

      輕質(zhì)高強(qiáng)多功能和良好的施工性能永遠(yuǎn)是材料科學(xué)始終追求的目標(biāo)，若在該領(lǐng)域取得技術(shù)突破，將對(duì)建筑設(shè)計(jì)和施工帶來革命性影響。

      高性能輕集料混凝土比傳統(tǒng)混凝土比強(qiáng)度高，質(zhì)量輕20%%以上，而且更耐久，在建造大跨度橋梁和超高層建筑時(shí)，結(jié)構(gòu)自重會(huì)大幅度減輕，相應(yīng)的材料用量會(huì)減少，基礎(chǔ)荷載也會(huì)降低，建筑總造價(jià)降低5%%~20%%，此外節(jié)能效果顯著，這些都會(huì)提高工程的使用性能，降低工程總造價(jià)。

      該課題對(duì)低吸水率的新型火山巖質(zhì)高強(qiáng)輕集料進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，掌握了這種“高性能輕集料”的生產(chǎn)工藝和制備技術(shù)；對(duì)高性能輕集料混凝土進(jìn)行了較為全面系統(tǒng)和深入的研究；同時(shí)提出了組成高性能輕集料混凝土各原材料組分的技術(shù)條件；提出了高性能輕集料混凝土的工作性能測(cè)試方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)及高性能輕集料混凝土施工方法。

      專家點(diǎn)評(píng)：

      采用高性能輕集料和普通優(yōu)質(zhì)輕集料兩條技術(shù)路線制備成功高性能輕集料混凝土，成功解決了輕集料混凝土施工性能差、輕集料易上浮等關(guān)鍵技術(shù)難題，在高性能輕集料混凝土的配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)、工作性測(cè)試方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)等方面具有創(chuàng)新性，形成了高性能輕集料混凝土制備、生產(chǎn)、施工等成套技術(shù)。高性能輕集料混凝土已應(yīng)用于國(guó)家重點(diǎn)工程，取得了顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。