1 結(jié)構(gòu)耐久性的現(xiàn)狀

在土木工程中，對結(jié)構(gòu)發(fā)生作用的因素可分為三類：荷載、災(zāi)害、環(huán)境。其中荷載因素和災(zāi)害主要對結(jié)構(gòu)的安全性產(chǎn)生影響，以往的研究也比較多，而環(huán)境因素主要對結(jié)構(gòu)的耐久性產(chǎn)生影響，由于這類影響的長期性和隱蔽性，長期以來并未獲得足夠的重視。具體來說，環(huán)境因素包括海洋、土壤和大氣中各種鹽類的腐蝕作用、除冰鹽的使用、由氣候條件引起的凍融循環(huán)和干濕循環(huán)等。此類耐久性問題帶來的后果不僅會造成經(jīng)濟(jì)上的大量損失，也給結(jié)構(gòu)的安全性帶來巨大隱患。

根據(jù)著名混凝土專家美國加州大學(xué)伯克利分校的P.K.Mehta教授的研究，混凝土結(jié)構(gòu)破壞的原因首先是鋼筋腐蝕，其次是凍害。據(jù)美國1988年的統(tǒng)計，當(dāng)年鋼筋混凝土腐蝕破壞的修復(fù)費為2500億美元，其中橋梁修復(fù)費為1550億美元，是這些橋初建費用的4倍。在我國因腐蝕引起的結(jié)構(gòu)破壞問題同樣嚴(yán)重，八十年代交通部曾組織有關(guān)單位對沿海碼頭展開調(diào)查，據(jù)1980年有關(guān)單位對華南地區(qū)沿海碼頭的調(diào)查結(jié)果，80％以上的碼頭發(fā)生了嚴(yán)重或較嚴(yán)重的鋼筋銹蝕破壞，出現(xiàn)破壞的碼頭有的距建成時間僅5～10年，對華東及北方地區(qū)沿海碼頭調(diào)查也得到類似結(jié)果。因長期使用除冰鹽引起的耐久性問題同樣嚴(yán)重，例如，北京的某立交橋1999年拆除重建時，距建成還不到19年。此外，在我國的西部存在大范圍的鹽漬土，北方地區(qū)的凍融環(huán)境，均使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)面臨嚴(yán)重的耐久性問題。

由于耐久性問題帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，從上世紀(jì)80年代開始受到國內(nèi)工程界的關(guān)注，交通部根據(jù)對沿海碼頭耐久性問題的調(diào)查研究結(jié)果，于1986年制訂了《海港鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)定》和《海港預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)定》，使結(jié)構(gòu)耐久性問題以技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的形式得以確定，為提高海港工程的耐久性發(fā)揮了重要作用。然而隨著近年國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，土木工程建設(shè)的質(zhì)量要求越來越高，同時土建工程的全壽命成本分析也得到了越來越多的關(guān)注，因此對結(jié)構(gòu)耐久性提出了更高的要求。據(jù)有關(guān)單位2000年對華南沿海碼頭的調(diào)查結(jié)果，即便是按上述兩本“規(guī)定”設(shè)計、施工的碼頭，10年后也出現(xiàn)了不同程度的銹蝕和產(chǎn)生裂縫。而近年興建的不少大型工程都提出了不少于50年甚至100年的使用壽命要求。

鑒于最近幾年工程界對結(jié)構(gòu)耐久性要求的大幅提高，耐久性問題得到了前所未有的關(guān)注，新材料新技術(shù)大量涌現(xiàn)，解決了不少實際問題，極大地推動了工程耐久性技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，但這些技術(shù)在用于工程實踐的過程中，出現(xiàn)了一定的盲目性。為了能夠使用目前發(fā)展的技術(shù)解決結(jié)構(gòu)的耐久性問題，在實踐過程中必須重視以下幾點。

首先是轉(zhuǎn)變僅僅依靠材料解決耐久性問題的思想。由于環(huán)境因素往往對結(jié)構(gòu)物的建造材料直接產(chǎn)生影響，使結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為因材料劣化而失效，因而人們習(xí)慣于認(rèn)為，采用了耐久性材料就解決了結(jié)構(gòu)耐久性問題。然而，國內(nèi)外大量實踐情況表明，耐久性問題的解決不僅是材料的問題，更需要解決施工過程中的管理和質(zhì)量控制問題。也就是說使用耐久性材料，必須培養(yǎng)應(yīng)用過程中的高素質(zhì)人才。

第二是不能僅僅依靠單一技術(shù)解決耐久性問題。結(jié)構(gòu)耐久性問題應(yīng)基于多種技術(shù)的綜合運(yùn)用。譬如，高性能混凝土是解決海洋環(huán)境下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的一種非常有效的手段，但要發(fā)揮其高耐久性的特點，不僅要有材料配制的技術(shù)，還需要先進(jìn)的原材料加工技術(shù)、施工養(yǎng)護(hù)技術(shù)以及結(jié)構(gòu)設(shè)計中的全面考慮。當(dāng)使用了一種主要手段以后，使用一些其他輔助手段也是必要的。

第三，在結(jié)構(gòu)的耐久性方案制定過程中，也常出現(xiàn)手段單一的情況，如過分依賴某項耐久性技術(shù)、片面追求混凝土的低水膠比、片面強(qiáng)調(diào)增加鋼筋混凝土保護(hù)層厚度，等。

根據(jù)我們在結(jié)構(gòu)耐久性方面的研究，本文擬在以下幾個問題上進(jìn)行初步探討。

2 多種耐久性技術(shù)的綜合使用

對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行“耐久性設(shè)計”的概念在國外始于七十年代，而我國則近幾年才出現(xiàn)。事實上各類耐久性技術(shù)發(fā)展至今，已出現(xiàn)了多種非常有效的提高結(jié)構(gòu)耐久性的方法，以抗氯鹽腐蝕技術(shù)為例，主要技術(shù)手段有以下幾種。

（1）高性能混凝土

所謂高性能混凝土就是以一定的新材料配制技術(shù)以及良好的生產(chǎn)、澆搗和養(yǎng)護(hù)技術(shù)，達(dá)到高工作性、高強(qiáng)度以及高耐久性，尤以高耐久性為其區(qū)別于普通混凝土的最明顯特征。主要方法是通過摻用活性礦物摻合料（粉煤灰、磨細(xì)礦渣粉、硅粉等），提高混凝土的性能，有效阻止氯離子的滲入，從而達(dá)到有效保護(hù)鋼筋的目的。由于高性能混凝土所具有的高性價比，近年來已成為國內(nèi)較為盛行的方法，尤其在港口工程、橋梁工程中獲得了較廣泛的應(yīng)用。

（2）鋼筋混凝土構(gòu)件外施用涂料或裹覆

在混凝土構(gòu)件外表面施用各類涂料，如封閉型和滲透型涂料。或采用纖維增強(qiáng)材料等直接裹覆，可在其使用壽命內(nèi)有效隔離氯離子的滲透。

（3）增加混凝土保護(hù)層厚度

眾多的調(diào)查和試驗都顯示，暴露于有氯鹽存在的環(huán)境中的混凝土，其表面12mm深度內(nèi)的氯離子濃度遠(yuǎn)高于25~50mm深度范圍，因此對氯鹽環(huán)境下的工程結(jié)構(gòu)增加混凝土保護(hù)層厚度是提高耐久性的一項有效措施。

（4）混凝土中摻用阻銹劑

利用化學(xué)物質(zhì)提高鋼筋開始銹蝕的電位，即降低鋼筋表面鈍化膜對氯離子的敏感性，但保證其長期有效地發(fā)揮作用仍依賴于混凝土保護(hù)層具有長期的抗氯離子滲入能力，且以Ca(NO2)2為主要成份的阻銹劑會降低混凝土的電阻率，加快銹蝕開始后的腐蝕速率。

（5）鋼筋表面使用致密材料涂覆

 即經(jīng)噴砂除銹鋼筋表面敷涂一層致密的環(huán)氧樹脂涂層，使鋼筋與腐蝕性環(huán)境隔離。環(huán)氧涂層制作良好時能夠延緩銹蝕的開始，但因生產(chǎn)環(huán)氧涂層鋼筋時除去了鋼筋表面的氧化膜，一旦銹蝕開始，銹蝕速率較快。此外，在潮濕狀態(tài)下，環(huán)氧涂層與內(nèi)部鋼筋之間的粘結(jié)力容易喪失。因此在一部分國家，此類技術(shù)已被禁用。

（6）混凝土中鋼筋使用陰極保護(hù)

可有效降低鋼筋的腐蝕速率，通常在鋼筋開始銹蝕后啟用。

以上是提高海洋工程混凝土耐久性的常用手段，國內(nèi)對上述各類技術(shù)進(jìn)行了大量研究，其中一些技術(shù)——如高性能混凝土、混凝土中鋼筋的陰極保護(hù)技術(shù)等已經(jīng)進(jìn)入了制訂標(biāo)準(zhǔn)的醞釀階段。但是對于這些技術(shù)的聯(lián)合采用所產(chǎn)生的效果則研究極少，而事實上，在實際工程中，單靠一種技術(shù)常常是達(dá)不到所需要的耐久性要求的。

根據(jù)理論研究，將幾種耐久性技術(shù)合理結(jié)合，可產(chǎn)生極佳的效果。現(xiàn)以某工程樁基防腐為例進(jìn)行簡要說明。

某工程基礎(chǔ)的一部分低墩承臺采用直徑1.2m的PHC樁作為基礎(chǔ)。我們通過研究計算，為其設(shè)計了綜合耐久性方案，即采用高性能混凝土制樁，同時樁身表面用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（FRP）包覆。

根據(jù)試驗研究，PHC樁樁身采用摻用磨細(xì)礦渣粉、硅粉等礦物摻合料的高性能混凝土，可以獲得極佳的抗?jié)B透性，實測快速氯離子滲透試驗結(jié)果達(dá)到200庫侖左右，由此推算氯離子擴(kuò)散系數(shù)約0.7×10-12m2/s左右。根據(jù)費克第二定律，如果按照PHC樁63.5mm保護(hù)層厚度計算，不考慮安全系數(shù)，單靠高性能混凝土制樁，PHC樁的鋼筋銹蝕誘導(dǎo)期可以達(dá)到75年。但考慮到箍筋保護(hù)層只有40mm，按此推算，誘導(dǎo)期只有54年。

玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚酯樹脂（俗稱玻璃鋼）包覆的防腐蝕技術(shù)，在國外應(yīng)用歷史已經(jīng)超過60年，而對其耐久性的認(rèn)識是隨著實踐經(jīng)驗的積累而加深的。在二十世紀(jì)七十年代末，國際上復(fù)合材料科學(xué)界普遍認(rèn)為其可靠壽命在30年以上，因為歐洲戰(zhàn)后建立的玻璃鋼貯罐已經(jīng)有30余年的使用壽命，而時至現(xiàn)在都認(rèn)同玻璃鋼的設(shè)計壽命可以在60年以上，因為這些結(jié)構(gòu)一直完好地應(yīng)用至今。我們從八十年代初開始對此項技術(shù)的研究，并于1983年在上海石化總廠化工碼頭中首次應(yīng)用于鋼樁防腐試驗，成為國內(nèi)首創(chuàng)。1986～2001年先后7次開包檢測，未見任何銹蝕。1988年，又與華東理工大學(xué)合作完成了“FRP復(fù)合層在海水介質(zhì)中的腐蝕特性”的課題研究，經(jīng)過兩年多的加速浸泡腐蝕、鹽霧、介電特性、電子探針等試驗與分析手段，綜合評述了不同鋪層、不同樹脂的纖維復(fù)合材料在海水介質(zhì)中的腐蝕特性，并從理論推算厚度2.5mm以上復(fù)合層耐腐蝕壽命為58.1年。而根據(jù)國內(nèi)外大量研究文獻(xiàn)，FRP包覆層達(dá)到40年使用壽命是完全有把握的。

根據(jù)我們的研究，如果將上述兩種技術(shù)聯(lián)合使用，鋼筋銹蝕誘導(dǎo)期并非54＋40＝94年，而是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過94年。

國內(nèi)外研究文獻(xiàn)、實測資料以及我們的試驗研究證明，混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)并不是常數(shù)，除了與混凝土自身性能及環(huán)境因素有關(guān)外，還隨齡期而變化，尤其是在最初的1～3年，呈現(xiàn)出明顯的衰減趨勢，并于30年以后逐漸趨近于某一定值。這是因為混凝土是一種水硬性材料，其水化過程需要經(jīng)過很長的時間才能完成。混凝土的成熟度對于氯離子的擴(kuò)散存在很大的影響，水化越充分，混凝土內(nèi)部越密實，抗侵蝕能力也越強(qiáng)。因此采用FRP包覆層可以使管樁混凝土獲得一個很好的成長期，由此帶來的使用年限增長遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于二者簡單疊加的效應(yīng)。由于FRP材料具有極佳的穩(wěn)定性，按保守的估計，在10年之內(nèi)隔離海水中氯離子的滲透是完全有把握的。因此可以認(rèn)為，在FRP包覆層的保護(hù)下，大管樁樁身混凝土的誘導(dǎo)期的起算時間可以推遲到竣工10年之后。據(jù)此計算的結(jié)果是誘導(dǎo)期為126年，再加上鋼筋銹蝕的擴(kuò)展期，完全可以滿足工程基礎(chǔ)100年使用壽命的要求。

可見如果合理利用各種防腐技術(shù)并加以有機(jī)結(jié)合，可得到事半功倍的效果，得到結(jié)構(gòu)耐久性的最優(yōu)設(shè)計。

3 材料設(shè)計與施工的合理結(jié)合

在結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計過程中，材料工程師的工作無疑是第一項關(guān)鍵，但要發(fā)揮材料設(shè)計的耐久性指標(biāo)，必須要有適應(yīng)于材料設(shè)計的施工工藝。

以上述樁基礎(chǔ)的FRP包覆技術(shù)為例，對新建工程，樁的包覆可在預(yù)制廠內(nèi)完成，施工條件較好，易于保證包覆質(zhì)量。對已建工程項目，必須在水中作業(yè)，給包覆施工帶來極大難度。而包覆質(zhì)量的好壞則直接影響耐久性設(shè)計指標(biāo)的發(fā)揮。針對這種情況，我們曾研制了一套專用設(shè)備——樁基防腐處理專用作業(yè)船及作業(yè)井，可以對處于潮差段的樁基建立一個人工防腐施工的干式作業(yè)空間，從而使包覆質(zhì)量得到保證。

又如目前國內(nèi)廣泛使用的高性能混凝土，由于各類活性礦物摻合料的應(yīng)用以及采用較低的水膠比，極大地改善了混凝土的顆粒級配，使混凝土達(dá)到了前所未有的致密性和抗?jié)B性，氯離子擴(kuò)散系數(shù)可比普通混凝土降低一個數(shù)量級以上。但由于高性能混凝土拌和物含細(xì)材料多，又往往采用較低的水膠比，因此成為低泌水材料，因此相比普通混凝土?xí)a(chǎn)生較大的塑性收縮。高性能混凝土的水化作用持續(xù)時間也比普通混凝土長得多，如果外界沒有水分交換條件，水化作用會消耗漿體內(nèi)部自身水分而產(chǎn)生自收縮。膠凝材料的活性越大、水膠比越低，則自收縮越大。因此高性能混凝土如果按照普通混凝土的要求進(jìn)行的養(yǎng)護(hù)，極易引起因早期收縮而造成的開裂，而裂縫一旦出現(xiàn)，將為氯離子的侵入提供快速通道，高性能混凝土所應(yīng)有的耐久性就不能實現(xiàn)。因此在高性能混凝土應(yīng)用較早的國家——如美國和北歐國家，均對高性能混凝土的施工和養(yǎng)護(hù)的每個環(huán)節(jié)做了細(xì)致的規(guī)定。其中，挪威施工的標(biāo)準(zhǔn)程序是：在混凝土平整抹面后，馬上噴養(yǎng)護(hù)劑，然后覆蓋塑料薄膜/防雨油布或隔熱被。而美國混凝土學(xué)會則在高性能混凝土的定義中引入了施工與養(yǎng)護(hù)的內(nèi)容（Concrete meeting special combinations of performance and uniformity requirements that cannot always be achieved routinely using conventional constituents and normal mixing, placing, and curing practices.）。

在國內(nèi)，高性能混凝土的應(yīng)用尚處于起步階段，材料工程師是第一批認(rèn)識高性能混凝土作用機(jī)理的人員，而施工單位對高性能混凝土的認(rèn)識有時比較欠缺，因此會出現(xiàn)材料設(shè)計比較完善，而施工工藝則沿用普通混凝土一般規(guī)定的情況。在我們高性能混凝土應(yīng)用過程中，已多次遇到施工過程中因養(yǎng)護(hù)不當(dāng)而引起的早期開裂問題，通過及時養(yǎng)護(hù)、延長浸水養(yǎng)護(hù)時間、覆蓋塑料薄膜等措施，開裂情況可以迅速好轉(zhuǎn)。

4 材料設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理結(jié)合

目前我國的結(jié)構(gòu)設(shè)計基本上是基于安全性和承載力的設(shè)計，而對各種環(huán)境因素作用下的結(jié)構(gòu)耐久性缺乏較完整的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，也沒有明確的設(shè)計使用壽命要求。在這種情況下，結(jié)構(gòu)耐久性問題的解決往往依賴施工過程中的材料選擇和施工工藝的改進(jìn)。

　　在發(fā)達(dá)國家，結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計已經(jīng)成為結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一個重要概念，不僅包括結(jié)構(gòu)使用壽命的考慮，還將結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工以及材料技術(shù)作為達(dá)到結(jié)構(gòu)耐久性的綜合因素寫入規(guī)范。例如美國混凝土學(xué)會的“耐久混凝土指南”中，對可能暴露于潮濕和凍融環(huán)境下的結(jié)構(gòu)規(guī)定如下：

?。Y(jié)構(gòu)設(shè)計盡可能少暴露于與水接觸的環(huán)境中

?。退z比

　＊適當(dāng)引氣

?。x用質(zhì)量良好的原材料

?。状问軆鋈谧饔们白銐虻仞B(yǎng)護(hù)

　＊施工時特別注意

此外，從防止構(gòu)件開裂的意義上說，存在一個公認(rèn)的觀點——合理的配筋可以有效控制鋼筋混凝土構(gòu)件開裂，而控制開裂是保證結(jié)構(gòu)耐久性的一項重要措施。

對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工作壽命的預(yù)測方法主要有經(jīng)驗法、性能比較法、加速試驗法、數(shù)學(xué)模型法和統(tǒng)計法。對海洋環(huán)境下的鋼筋混凝土，氯鹽污染導(dǎo)致的鋼筋銹蝕是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效的的最主要因素，因此結(jié)構(gòu)的使用壽命預(yù)測也主要針對氯離子侵入過程的計算來進(jìn)行。氯離子侵入混凝土主要有4種方式：擴(kuò)散作用、毛細(xì)管作用、滲透和電化學(xué)遷移，同時還伴有氯離子與膠凝材料之間的化學(xué)結(jié)合、物理粘結(jié)以及膠凝材料對少量水溶性氯離子的吸附過程等。在建立壽命預(yù)測的計算模型時，可將上述幾個過程簡化為一個總體的“表觀擴(kuò)散”過程，并用費克第二定律（Fick’s 2nd Law）來表示。迄今大量的長期現(xiàn)場暴露試驗和實際工程調(diào)查也證實，費克第二定律能較好地描述氯離子在混凝土中的遷移行為，其解可以很好地擬合現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的實測結(jié)果，因而成為目前國際上通用的最有效的壽命預(yù)測模型。

由上式可以得到兩個結(jié)論：第一，鋼筋銹蝕誘導(dǎo)期與擴(kuò)散系數(shù)成反比，即擴(kuò)散系數(shù)減小10倍，誘導(dǎo)期延長10倍；第二，鋼筋銹蝕誘導(dǎo)期與保護(hù)層厚度的平方成正比，即保護(hù)層厚度增加一倍，誘導(dǎo)期延長4倍。

       可見，獲得更好耐久性的根本措施在于降低砼材料的氯離子擴(kuò)散系數(shù)和增加保護(hù)層厚度。因此在追求材料高性能的同時，增加保護(hù)層厚度成為提高結(jié)構(gòu)耐久性的最有效、最經(jīng)濟(jì)的措施。交通部現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《港口工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定海水港中處于浪濺區(qū)的一般構(gòu)件最小保護(hù)層厚度為65mm（南方地區(qū)），而目前國內(nèi)的一些大型海洋工程則出現(xiàn)了8cm～10cm的保護(hù)層厚度。這樣的設(shè)計有可能給控制裂縫帶來一定難度。鋼筋的抗裂作用存在一個有效范圍問題，在一般環(huán)境下，抗裂范圍為10d，潮濕環(huán)境下為8d。如果保護(hù)層過厚，即便增加配筋量，對控制裂縫仍然是效果有限的。

需要指出的是，合理配筋所防止的是結(jié)構(gòu)裂縫，包括荷載引起的裂縫和大體積混凝土溫度變化所引起的裂縫，與上述混凝土早期裂縫不同。混凝土的早期收縮裂縫與材料和施工因素有關(guān)，而結(jié)構(gòu)裂縫的控制很大程度上取決于結(jié)構(gòu)設(shè)計。近年國內(nèi)高性能混凝土應(yīng)用過程中出現(xiàn)的一部分結(jié)構(gòu)裂縫曾導(dǎo)致輿論上的誤區(qū)，誤以為開裂是高性能混凝土材料的固有特性，而忽視了合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計。事實上，高性能混凝土與普通混凝土的結(jié)構(gòu)裂縫在本質(zhì)上是一樣的，盡管高性能混凝土因摻入了大量礦物摻合料而具有較低的水化熱，但由于現(xiàn)代大型工程的構(gòu)件往往比較大，而為了獲得較高的耐久性又采用較厚的保護(hù)層，仍然較易出現(xiàn)此類裂縫。

對預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的設(shè)計，耐久性方面的考慮更為重要。今年六月份坍塌的遼河大橋曾經(jīng)是1969年經(jīng)周恩來總理親自批準(zhǔn)的“07021工程”，是由國防經(jīng)費投資修建的大型橋梁工程。發(fā)生坍塌的原因初步分析是由車輛超載引起，后經(jīng)進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，起因是預(yù)應(yīng)力筋的腐蝕，因為該橋是拼裝式結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力筋的銹斷直接導(dǎo)致懸臂梁端突然斷裂，橋板脫落，而發(fā)生銹蝕最為嚴(yán)重的預(yù)應(yīng)力筋則幾乎全部位于排水不利的位置。

可見合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以有效保證結(jié)構(gòu)的耐久性，同時在配筋設(shè)計中，應(yīng)在增加保護(hù)層厚度與控制構(gòu)件開裂之間尋求一個平衡點，使鋼筋保護(hù)層在不開裂的情況下最大程度地發(fā)揮其護(hù)筋作用。

5 材料設(shè)計與材料生產(chǎn)的合理結(jié)合

結(jié)構(gòu)的耐久性是一項系統(tǒng)工程，需要先進(jìn)的材料技術(shù)、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及良好的施工工藝，同時材料的生產(chǎn)技術(shù)也至關(guān)重要，尤其是對施工條件惡劣的水工結(jié)構(gòu)。早在上世紀(jì)末，我們就嘗試將高性能混凝土的研究成果用于海上施工，但終因船機(jī)設(shè)備的限制以及施工條件的惡劣而未能得以實現(xiàn)。高性能混凝土用于海上施工時存在以下問題：

（1）海上施工的可操作性

由于水泥和外摻料分別加入，現(xiàn)場施工時要求配有相應(yīng)筒倉，但海上施工時主要由攪拌船進(jìn)行施工作業(yè)，受空間限制，一般不可能配置太多筒倉，且各筒倉的容積比很難與膠凝材料的組成比例相吻合，使上料后連續(xù)澆筑的混凝土方量大打折扣。此外，如果膠凝材料中含有硅粉等小摻量組分時，一般的稱量系統(tǒng)也很難滿足配制精度的要求，從而給材料的質(zhì)量帶來影響。

（2）對工期的影響

根據(jù)交通部《海港工程防腐蝕技術(shù)規(guī)范》（JTJ270-2000）及《水運(yùn)工程混凝土施工規(guī)范》（JTJ268-96）要求，當(dāng)水泥中摻加活性外摻料時，攪拌時間應(yīng)延長40—60s；此外，由于海洋上的氣候與施工條件遠(yuǎn)比陸地苛刻，有效施工時間遠(yuǎn)少于陸上?；炷恋纳a(chǎn)效率將只有使用單一膠凝材料時的二分之一到三分之一，船機(jī)生產(chǎn)效率大大下降。

（3）攪拌均勻性易波動

由于膠凝材料材料各組分的分布均勻性對混凝土性能影響極大，尤其是硅粉等小顆粒、小摻量的成分，很難將其充分分散到混凝土中。因攪拌不均勻會給混凝土的性能帶來很大的影響。

針對上述問題，我們對高性能混凝土膠凝材料采用了工廠化預(yù)拌的方法，將水泥和幾種礦物摻合料在預(yù)拌廠使用干拌設(shè)備精確計量后攪拌均勻，成為均勻的預(yù)拌混合膠凝材料（Premixed Blend-Cementing Material for High Performance Concrete，簡稱PBC），裝入攪拌船上的筒倉，按照常規(guī)膠凝材料——水泥那樣進(jìn)行混凝土拌制，生產(chǎn)出具有良好抗氯離子滲透性能的高性能混凝土。這種預(yù)拌混合膠凝材料工藝不僅可以解決現(xiàn)有攪拌船無法使用多種摻合料的難題，而且攪拌時間不必延長，攪拌船上料也變得簡單，最重要的一點是使用預(yù)拌混合膠凝材料保證了高性能混凝土的均勻性、并且不降低船機(jī)生產(chǎn)效率，解決了保證混凝土質(zhì)量和加快施工進(jìn)度這一對矛盾。

目前國內(nèi)高性能混凝土技術(shù)發(fā)展迅速，除上述預(yù)拌膠凝材料PBC以外，國內(nèi)也有多家單位開發(fā)了多種形式的產(chǎn)品，此類產(chǎn)品生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化成為亟待解決的問題。我們目前正在從事這方面的工作。采用工業(yè)化方式生產(chǎn)高性能混凝土的原材料，不僅對保證工程質(zhì)量有積極意義，還可以節(jié)省成本，此外，通過建立完善的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，可以使此類產(chǎn)品系列化，功能多元化，極大地推動結(jié)構(gòu)耐久性技術(shù)的發(fā)展。

6 建立結(jié)構(gòu)的綜合評估技術(shù)

對在役工程結(jié)構(gòu)，耐久性的問題有時比新建工程更加重要。

對老舊結(jié)構(gòu)和危舊結(jié)構(gòu)的安全性以及實際承載能力評估，工程界開展了大量研究，開發(fā)了許多檢測方法和評估計算方法。此外在材料劣化程度方面，也有不少檢測技術(shù)，如對鋼筋銹蝕程度的檢測、混凝土碳化深度的檢測、混凝土構(gòu)件中氯離子濃度分布的檢測等。但結(jié)構(gòu)安全性和承載力評估與材料劣化程度評估之間的關(guān)聯(lián)性研究較少。實際情況是，對腐蝕環(huán)境下的結(jié)構(gòu)，材料劣化對結(jié)構(gòu)的安全性和承載能力有很大的影響。例如對海洋環(huán)境下的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，海水中氯鹽的長期滲透會使鋼筋銹蝕、體積增大，有效斷面減小，造成構(gòu)件實際承載力的降低。如果鋼筋銹蝕引起保護(hù)層混凝土脹裂、脫落，則對構(gòu)件承載力的影響更大。對預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，保護(hù)層的缺失還直接影響到預(yù)應(yīng)力筋的錨固性能，從而形成結(jié)構(gòu)的安全性隱患。此類安全隱患目前在結(jié)構(gòu)評估中是較少考慮的。

因此，建立結(jié)構(gòu)安全性、承載力與耐久性的綜合評估技術(shù)意義重大。

7 小結(jié)

結(jié)構(gòu)的耐久性問題是普遍存在的，我國目前所面臨的許多耐久性問題正是發(fā)達(dá)國家在二戰(zhàn)后曾經(jīng)遇到的，發(fā)達(dá)國家通過長期的研究、探索所形成的對耐久性問題的認(rèn)識對我國是寶貴的經(jīng)驗。但同時必須考慮實際情況，探索適應(yīng)國情的新技術(shù)，例如，高性能混凝土膠凝材料的工廠化預(yù)拌技術(shù)就是考慮了我國現(xiàn)有施工設(shè)備與施工技術(shù)的實際情況而形成的，在最大程度上解決了高性能混凝土施工所面臨的實際問題。

目前，結(jié)構(gòu)耐久性問題正引起越來越多的關(guān)注，隨著有關(guān)研究的逐步深入和更多的工程實踐，結(jié)構(gòu)耐久性問題必能得到更好的解決，并為國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。