土建结构工程的耐用性与工程的使用寿命有关,是在使用期内结构保持正常功能的能力,这种正常功能包括结构的安全性和结构的适用性,并且在适用性方面表现得更多。
1.土建结构工程耐用现状。
大部分土建结构都是用混凝土建造的。混凝土结构的耐久性是目前困扰土建基础设施工程的世界性问题,虽然不是我国特有的,但至今还没有引起我国政府主管部门和许多设计和施工部门的充分重视。
长期以来,人们认为混凝土应该是非常耐用的材料。直到20世纪70年代末期,发达国家才逐渐发现原建设的基础设施工程在一些环境美国许多城市的混凝土基础设施工程和港口工程完成后不到2.30年,甚至在更短的时间内老化。根据1998年美国土木工程学会的材料估计,他们需要1.3万亿美元来处理美国国内基础设施工程中存在的问题。仅修理和更换公路桥梁的混凝土桥面板就需要800亿美元,现在联邦政府每年只为此筹集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。我国受盐冻侵蚀地区道路桥梁在耐久性设计方面至今没有明确要求,混凝土保护层和强度要求只有2.5cm和C25,与上述加拿大50年代水平一致。国内按照这个标准设计的座位 笄牛?ǔ珊蠼?年,由于盐冻侵蚀,现已不得不部分拆除重建。
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。
据专家介绍,中国大干基础设施工程建设的高潮还可以持续20年,无视耐久性,迎接我们的是大修的20年高潮,这个高潮可能不会持续很长时间,其费用将比当初这些工程建设时的投资倍增。
进一步加剧混凝土结构耐久性的原因如下:
1)由于混凝土质检习惯上以单一强度指标为衡量标准,导致水泥工业对水泥强度的不适当追求,增加水泥细度,提高早强的矿物成分比例,这些都不利于混凝土的耐用性。我国对水泥质量的检验只要求强度不低于规定的最低许可值,而国外也要求不高于规定的最高值。如果强度超过,也被认为不合格,这种要求也有利于水泥产品质量的均匀性。
2)工程施工单位不适当加快施工进度,特别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特别需要充分的施工养护期,早产损害生命健康的概念也适用于混凝土。在国内媒体上宣传的所谓几个月就修成了道路。建造桥梁,建造大楼的工程和抢工献礼工程,今后花费更多资金修理的短命工程的可能性很高。提前完成合同规定的施工期在国外将被罚款。因为工程质量有可能受到损害。
3) 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% 。
目前迫切需要的工作是尽快编制桥梁、隧道、港工等基础设施工程耐久性设计的技术条例,修订补充当前规范对结构耐久性的要求。首先需要明确的是各种基础设施工程的设计工作寿命,在重要工程的设计文件中必须有使用寿命的要求和论证。目前建设的许多工程在耐久性方面仍沿着霸道走,重要的原因之一是工程设计施工技术人员在耐久性方面没有新的依据。更严重的是现行规范中的一些条文本身对耐久性有害。为了提高混凝土的耐久性,在混凝土中合理使用粉煤灰、矿渣等矿物混合材料是重要的技术手段,国外规定必须在桥梁等混凝土结构中加入粉煤灰等混合材料,但我国铁路混凝土桥梁的施工规范明确禁止使用。此外,工程技术界还存在长期形成的一些过时的看法,对改善混凝土的耐久性能造成阻力。例如,顾虑会影响混凝土强度而不愿使用引气剂,而引气本应作为改善混凝土耐久性和工作性的常规手段;又如,希望加大水泥用量来保证混凝土强度,而尽可能低的水泥用量本应是提高混凝土抗裂和耐久性能的重要途径。
重视混凝土结构的耐久性也是可持续发展的需要。生产混凝土所需的水泥.砂.石等原材料均需大量消耗国土资源并破坏植被与河床,水泥生产排放的二氧化碳已占人类活动排放总量的1/5~1/6,而我国排放的二氧化碳量已居世界第二。我国现在每年生产5亿多吨水泥,与之相伴的是年耗20多亿方的砂石,长此以往实难以为继。延长结构寿命意味着节约材料,耐久性混凝土一般是水泥使用量低和矿物混合材料(工业废弃物)使用量高的混凝土,耐久性混凝土适应环境保护的需要。国际上桥梁、隧道等土木工程的设计寿命多为100年,英国多为120年。考虑到耐用性不足造成的巨大经济损失和资源浪费,国际上近年来有进一步延长这些工程最低工作寿命的倾向。例如,提出城市环境的桥梁至少需要150年。
2.土建结构工程使用阶段的正常检查和维护。
结构耐用性和使用寿命的概念与使用阶段的检查、维护和修理不可分割,特别是露天和恶劣环境下的基础设施工程。为了保证结构的安全性和耐久性,一些工程在完成后的使用过程中,应进行定期的检查和维护。我国有结构工程设计规范和施工规范,但没有如何使用的规范。有些工程倒塌事故,例如最近四川宜宾的南门大桥发生桥面坍落事故,就是因为桥面结构与主拱之间的吊杆在连接处发生锈蚀,如果有定期的检测要求,这样的事故很有可能避免。一些国家对结构损坏可能导致公共安全的建筑物和桥梁、隧道等公共工程,强制规定必须定期检查的建筑物玻璃幕墙和外墙砖等建筑部件,坠落后容易伤害公共,也有强制定期检查的要求。我国施工管理水平和事故作业人员素质较差,质量管理和质量保证制度不健全,规范结构安全和耐久性设置水平较低,建设工程存在很多危险,需要从法制确定土建工程的正常使用和定期检查要求。关于土建结构工程的安全质量,政府已经制定了设计和施工的责任部门和个人必须对其终身负责的规定,但这一要求没有可操作性。要将结构安全质量事故降到最低,以预防为主,定期检查及时发现问题。
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