谈土建结构工程之耐久性

摘要:土建结构工程的耐久性与工程的使用寿命相联系,是使用期内结构保持正常功能的能力,这一正常功能包括结构的安全性和结构的适用性,而且更多地体现在适用性上。分析原因,找出对策是提高土建结构工程耐久性的理性措施。

关键词:土建结构;耐久性;合理化建议

土建结构工程的耐久性与工程的使用寿命相联系,是使用期内结构保持正常功能的能力,这一正常功能包括结构的安全性和结构的适用性,而且更多地体现在适用性上。

一、土建结构工程的耐久性现状

大多数土建结构由混凝土建造。混凝土结构的耐久性是当前困扰土建基础设施工程的世界性问题,并非我国所特有,但是至今尚未引起我国政府主管部门和广大设计与施工部门的足够重视。

长期以来,人们一直以为混凝土应是非常耐久的材料。直到70年代末期,发达国家才逐渐发现原先建成的基础设施工程在一些环境下出现过早损坏。美国许多城市的混凝土基础设施工程和港口工程建成后不到二、三十年甚至在更短的时期内就出现劣化;据美国土木工程学会的一份材料估计,他们需要有1.3万亿美元来处理美国国内基础设施工程存在的问题,仅修理与更换公路桥梁的混凝土桥面板一项就需800亿美无,而现在联邦政府每年为此的拨款只有50～60亿美元。另有资料指出,美国因除冰盐引起钢筋锈蚀需限载通行的公路桥梁已占这一环境下桥梁的1/4。发达国家为混凝土结构耐久性投入了大量科研经费并积极采取应对措施,如加拿大安大略省的公路桥梁为对付除冰盐侵蚀及冻融损害,钢筋的混凝土保护层最小厚度从50年代的2.5cm逐渐增加到4cm、6cm直到80年代后的7cm,而混凝土强度的最低等级也从50年代的C25增到后来的C40,桥面板混凝土从不要求外加引气剂、不设防水层到必须引气以及需要设置高级防水胶膜并引入环氧涂膜钢筋。而我国遭受盐冻侵蚀地区的公路桥梁在耐久性设计方面至今仍无明确要求,对混凝土保护层和强度的要求仅为2.5cm与C25,与上面提到的加拿大50年代水准一致。

我国建设部的一项调查表明,国内大多数工业建筑物在使用25～30年后即需大修,处于严酷环境下的建筑物使用寿命仅15～20年。民用建筑和公共建筑的使用环境相对较好,一般可维持50年以上,但室外的阳台、雨罩等露天构件的使用寿命通常仅有30～40年。桥梁、港工等基础设施工程的耐久性问题更为严重,由于钢筋的混凝土保护层过薄且密实性差,许多工程建成后几年就出现钢筋锈蚀、混凝土开裂。海港码头一般使用十年左右就因混凝土顺筋开裂和剥落,需要大修。京津地区的城市立交桥由于冬天洒除冰盐及冰冻作用,使用十几年后就出现问题,有的不得不限载、大修或拆除。盐冻也对混凝土路面造成伤害,东北地区一条高等级公路只经过一个冬天就大面积剥蚀。我国铁路隧道用低强度的C15混凝土作衬砌材料,密实度和抗渗性差,不耐地下水与机车废气侵蚀,开裂与渗漏严重;对几个路局所辖的隧道进行抽样调查表明,漏水的占50.4%,其中1/3渗漏严重,并导致钢轨等配件锈蚀以及电力牵引地段漏电,影响正常运行,而后来颁布的铁路隧道设计规范仍未能对隧道的耐久性问题采取适当的对策,如适当提高混凝土的最低强度等级和在混凝土中掺入化学纤维等。

耐久性问题的严重性和迫切性在于我们许多正在建设的工程仍未吸取国际和国内的大量惨痛教训,还沿着老路重蹈覆辙。一些北方城市新建成的立交桥和高速公路桥,仍没有在材料性能和结构构造等方面采取必要的防治冻融和盐害的综合措施。甚至大型工程如2000年投入运行的珠海莲花跨海大桥,其主体结构在浪溅区仍采用不耐海水干湿交替侵蚀的C30混凝土与3～4cm厚的保护层厚度。

有专家估计,我国“大干”基础设施工程建设的高潮还可延续20年,由于忽视耐久性,迎接我们的还会有“大修”20年的高潮,这个高潮可能不用很久就将到来,其耗费将倍增于当初这些工程施工建设时的投资。

二、耐久性问题进一步加剧的原因

(一)由于混凝土的质量检验习惯上以单一的强度指标作为衡量标准,导致水泥工业对水泥强度的不适当追求,使水泥细度增加,早强的矿物成份比例提高,这些都不利于混凝土的耐久性。我国对水泥质量的检验在强度上只要求不低于规定的最低许可值,而国外则同时还要求不高于规定的最高值,如果强度超过了也被认为不合格,这种要求还有利于水泥产品质量的均匀性。

(二)工程施工单位不适当地加快施工进度,尤其是政府行政领导对工程进度的不适当干预。混凝土的耐久性质量尤其需要有足够的施工养护期加以保证,早产有损生命健康的概念同样适用于混凝土。国内媒体上大加宣传的所谓几个月就修成一条大路、建成一座大桥、或盖成一幢高楼的工程以及抢工献礼工程,很可能就是今后注定要花掉更多资金进行大修的短命工程。提前完成合同规定施工期的在国外要被罚款,因为意味着工程质量有遭到损害的可能。

(三) 环境的不断恶化,如废气、酸雨,我国的酸雨面积已超过国土的30% 。

三、增强土建工程耐久性的合理化建议

(一)建议国家及相关研究单位或机构,强化对混凝土工程耐久性及对特殊环境状态下耐久性的基础理论研究,并制定技术规范。

(二)建议国家安全生产监督管理部门尽快制定有关法规标准及监督措施。

(三)要土建工程,必须定期按法规进行安全检测。必须改变在基础设施工程中的重新建、轻维修的弊端。建议对桥梁、土木工程毕业论文隧道等重要公共基础设施和公共建筑物,在其使用期内实施强制性的定期安全检测。科学的编制相应的技术标准,对于土建结构工程的检测与评估要建立从业人员的注册制度和从业机构的资质认证与监管体制与常设机构。

(四)完善土建结构工程使用阶段的正常检测与维护机制。强化结构耐久性和使用寿命的概念和意识。为了保证土建结构安全性和耐久性,一些工程在建成后的使用过程中,应该进行定期检测和维护。使用过程中,有必要从法制上确定土建工程的正常使用和定期检测的要求。对于土建结构工程的安全质量,设立和制定操作性更强的法规。用制度和法规来控制结构安全质量事故。用科学的管理手段把握和约束从业人员的注册和从业机构的资质的认证,规范土建结构工程安全性及耐久性的管理体制。

(五)完善技术标准和管理体制,学习发达国家先进经验和技术,以人为本,注重人性化管理与科学管理相结合,逐步淡化技术规范条文的强制性质,并鼓励科技创新和技术进步。

(六)合理制定和设置土建结构设计的安 全及耐久性水准,注重工程失效的风险后果、提高社会财富与资源意识,加强宣传,提高公众意识和正确导向。随时随地的与社会的发展与进步保持同步,重新审视现行土建结构工程设计规范的安全、耐久性设置水准,并建议主管部门、研究机构实事求是的组织论证,在建筑结构的安全设置水准上,建议集思广益,收集不同意见,使规范具有实实在在的科学性、先进性和可操作性。在设计规范使用上要注意我国不同地区的经济发展差异,并在充分考虑建筑物安全性和耐久性的基础上区别对待。

(七)建议规范应充分考虑及注意地区性地质、气候差价,即要学科的考虑安全性和耐久性,又要科学的考虑土建结构工程的经济性及未来的维护费用,安全和耐久性也不是无限度的提高标准。