泉州石狮奥力混凝土有限公司

混凝土建筑究竟能使用多少年?

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发表时间:2021-07-31 00:41

经常有新闻报道说,大桥使用了多少年,超过了多少年仍然再使用等等。

钢筋混凝土结构的建筑几乎能占到全世界建筑的80%,如果使用年限几十年,到期难道全部拆除吗?

混凝土的理论寿命是很长,可以达到几百年。

但由于我们生活中的一切物质都有可能腐蚀这些房屋,比如天上降下的雨水,可能含有酸性会腐蚀石头。或者是遭遇了地震大风等恶劣的自然灾害。外界因素是很容易影响这些建筑材料的寿命的。所以为了保证建筑内部住户的人身安全,就会设定一个建筑材料的使用年限。

一般的混凝土寿命都在100年左右。但是通常情况下,混凝土规范中设计年限在50年到100年之间。普通住宅建筑为50年。

但这个是理论的设计年限,并不是说50年以后这个混凝土的寿命就到头了。

混凝土消亡都是一点一点形成的。大量的水分和盐分侵蚀表面形成一道裂缝。水和盐分从裂缝当中进入里面,腐蚀了混凝土钢筋,这些钢筋被水和盐分一点点地渗入,日积月累,这些当中有些物质会互相反应生成沉淀,渐渐地混凝土被风化。

最早的混凝土   古罗马混凝土   公元前3世纪

大约在公元前3世纪,古代罗马人发现了天然火山灰的水硬性,用它拌制的砂浆硬化后有很高的强度。在古罗马残留的遗迹中我们看到,坍塌的砌块牢牢的连接在一起,如果将砌块比作粗骨料,这算是古代混凝土的雏形。

由于采用了天然火山灰水泥,古罗马混凝土比现代混凝土的耐久性更好,即使经历了两千年风霜雨雪仍坚固、完好。

波特兰水泥   1824年

现代混凝土以水泥为胶凝材料,水泥是混凝土材料的灵魂,影响着混凝土的各方面性能。

1756年,英国工程师John Smeaton史密顿在修建灯塔时意外发现,把黏土和石灰石以适当的配比混合后煅烧(类似火山灰形成的过程),可以达到很高的强度。史密顿的做法很快传遍欧洲各国,大家纷纷效仿。

1824-1840年,Joseph Aspdin和William Aspdin父子,总结出用石灰、黏土、矿渣等配比混合煅烧成“水泥”的方法。由于水泥硬结后的颜色和强度,与英国波特兰岛上天然石材差不多,人们便称它为“波特兰水泥”(即普通硅酸盐水泥)。

钢筋混凝土 1849年

1849年,法国园丁Joseph Monier将铁丝与混凝土结合,制作花盆,解决了混凝土抗拉强度低的问题,并在1867年的巴黎博览会上展示了他的新发明。此后,他又陆续发明了铁筋混凝土管道、水箱、幕墙板,并在1875年设计了**座铁筋混凝土桥。

预应力混凝土 1888年

在钢(铁)筋混凝土应用于建筑领域不久,1888年美国工程师P.H.杰克孙提出了预应力混凝土的概念,但最初的尝试并不成功。低强度的钢(铁)筋限定了预应力值,而较小的预应力很快在混凝土徐变、收缩后而全部损失。

1956年,林同炎先生完成了经典著作《预应力混凝土结构设计》一书,提出“荷载平衡法”理论,把预加应力看作是构件上试图与外荷载平衡的另一种荷载,简化了预应力结构的分析。他将预应力理论在众多桥梁作品中实践,获得“预应力先生”的美誉。

预应力钢筋混凝土技术被认为是混凝土发展过程中最重要的进步之一,它创造了一种理想的材料结合。

混凝土结构形式也决定了不同的使用年限

混凝土本身的抗压强度高而抗拉强度低,早期的混凝土建筑常采用源自砖石结构的拱壳体系。随着钢筋混凝土和预应力技术的发展,大幅提高了抗弯、抗拉性能,从此更多的混凝土以源自木结构的框架形式出现。

Robert Maillart马亚尔 (1872~1940)是混凝土结构实践的先驱。在混凝土刚刚兴起的年代,他设计出无梁楼盖、蘑菇形柱帽,以及堪称完美的混凝土三铰拱桥,赋予了混凝土结构灵性和活力。

1933年,Ove Arup设计的企鹅池有两条交叉的混凝土螺旋坡道,呈现非常轻薄的自由形态。结构方面采用了预应力混凝土建造曲面,螺旋坡道根部上下错开,产生了类似桁架悬挑的受力效果。

混凝土还可以通过材性的改进来增加他的使用年限

通过改变混凝土组分的比例、特性,或者添加其它外加剂,能够制备出不同特性的混凝土。例如常用的高强混凝土、抗渗混凝土、微膨胀混凝土、低水化热混凝土、低活性混凝土、加气混凝土、轻质混凝土、早强混凝土、超高泵送混凝土等。

高强混凝土

20世纪初,水灰比等学说初步奠定了混凝土强度的理论基础。20世纪60年代以来,高效减水剂、高分子材料、多种纤维的应用,研究出了强度越来越高的混凝土材料。高性能混凝土HPC是混凝土材料发展的一个方向,所谓高性能是指高强度、高耐久性、高流动性等。

在实际工程中,美国西雅图双联广场(Two Union Square)超高层,要求泵送混凝土弹性模量达到50GPa,抗压强度标准值131MPa。工程实测的混凝土56d抗压强度标准值达到133.5MPa。

纤维增强混凝土

为了改善混凝土的抗拉性能和延性,研制了纤维增强混凝土。常见的有钢纤维、耐碱玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚丙烯纤维或尼龙合成纤维混凝土等。有研究表明:钢纤维掺量的体积分数在1%~2%左右,混凝土的抗拉强度可提高40%~80%,塑性变形能力大幅提高。

斯图加特联邦园艺展览会(Federal Garden Exhibition),采玻璃纤维混凝土建造的跨度26m的壳体结构,平均厚度仅15mm,展示了纤维增强混凝土的潜力。

参考资料

  1. 古罗马混凝土:Engineeringrome.wikispaces.com

  2. 维基百科:en.wikipedia.org/wiki/C

  3. 模板与钢筋—混凝土材料塑性表现的双重逻辑,张翼,陈录雍

  4. Civil Engineering Patenting:Then and Now

  5. 现代建筑结构与美学的统一性原理分析, 王嵩

  6. 结构工程史上的灿烂群星,高楠

  7. 高强混凝土应用:coyis.com/technical-res

  8. 部分图片通过网络搜集,版权属于原网站或原作者

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素混凝土、钢筋混凝土及预应力混凝土结构关于使用年限的讨论一定不要脱离两个字—“设计”!

“设计使用年限”是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期;

“使用年限”就是单纯的指使用的时期。

上面两句话一定要读三遍,虽然有点绕,但是土木工程中的每一个词都是严谨的。

如果超设计规定的情况,那就当然不能按照设计使用年限来对结构进行评价。

打个比方:有一天你因为坏肚子去看医生,医生给你开了一种叫“不超过55吨”的止泻药,并叮嘱说不能再吃一种叫“超载”的火锅了,吃了这种火锅会坏肚子的。然而你坚持去吃这种火锅,然后拉的床都下不来。那你说说,能怪医生的药没有药效么?你能怪你自己身体不行么?你能怪火锅不卫生么?

武汉长江大桥难道就没有大修过么?

中俄铁路桥就没有大修过么?

赵州桥就没有维修过么?

只要是经过维修,并且能够满足现行规范的荷载,那混凝土结构就是可用的。如果不能用了,降低荷载等级不就完了么。

混凝土结构并没有原罪。



李建伟
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