混凝土：你的耐力有多久？

      建筑物的壽命到底有多長？帶著這個問題，記者采訪了中國建筑材料科學研究院姚燕院長。姚燕教授是我國研究混凝土耐久性的專家，她認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材料，其耐久性是否經得住考驗將直接影響建筑物的壽命。

      我國大量建(構)筑工程因混凝土耐久性問題而喪失使用功能，造成巨額經濟損失。全世界每年用于混凝土工程修復和重建費用高達數千億美元。

      由包括三名科學院院士和工程院院士組成的專家委員會在“九五”國家科技攻關項目《重點工程混凝土安全性的研究》鑒定會上曾一致呼吁：“我國是當今世界上基本建設規(guī)模最大的國家，混凝土是最重要的基本建設材料，建議對混凝土耐久性繼續(xù)進行研究，并加大支持力度?！?

      當然，混凝土耐久性問題也得到國家科技部的高度重視，為此專門設立了“十五”國家科技攻關項目“新型高性能混凝土及其耐久性的研究”，對涉及混凝土耐久性的關鍵技術問題進行深入研究，全面、系統地闡述混凝土耐久性及其控制技術，為我國基礎建設和已建混凝土工程維護提供指導。該項目進行了以下幾個方面的研究。

      抑制AAR膨脹

      課題一：抑制堿-集料反應評估方法及外加劑的研究

      堿-集料反應(AAR)作為導致混凝土耐久性下降的重要原因之一，半個世紀以來，已在全球范圍內造成巨大損失。自九十年代以來，我國也相繼發(fā)現一些大型混凝土工程因AAR出現破壞。

      近十年來，化學外加劑在抑制堿-集料反應方面的研究也受到工程界的特別關注，國外已經研制成功化學外加劑，但價格昂貴(每立方混凝土要增加百元以上成本)，研制新型廉價的化學外加劑對重點工程防止堿-集料反應至關重要。

      該課題以高中低堿活性集料為研究對象，用不同的外加劑進行研究，以保證工程可靠性。提出了具有自主知識產權的礦物外加劑抑制堿-集料反應的評估方法，研制出抑制堿-集料反應專用外加劑。同時，課題還完善了混凝土安全性專家系統。評估和診斷工程混凝土安全性是一件高智力、非常復雜的技術工作，利用計算機技術和已有專業(yè)知識建立混凝土安全性專家系統，能使這項工作科學化和普及化，從而有效提高混凝土工程的安全性。

      專家點評：

      “抑制堿-集料反應評估方法(草案)”是首次提出的具有快速、科學可靠的新方法，對指導和適應現代混凝土工程具有不可或缺的緊迫性。其中對鋰鹽類化學外加劑長期抑制性能的評價在國際上是首次進行，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（ASR）膨脹問題，為工程混凝土采取措施有效預防堿集料反應提供了經濟適用的可能。

      開發(fā)高貝利特水泥

      課題二：高貝利特水泥的開發(fā)與應用研究

      作為混凝土中的膠凝材料，水泥性能優(yōu)劣對混凝土性能至關重要。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，符合當今國際水泥工業(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，呈現出良好的產業(yè)化及大規(guī)模應用前景。

      該課題實現了高貝利特水泥在新型干法窯的工業(yè)化規(guī)模生產，形成系統的高貝利特水泥大規(guī)模工業(yè)化生產關鍵技術及應用技術。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。專家點評：

      針對高性能混凝土和水工混凝土的技術特點和要求，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技術關鍵。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、物理力學性能、熱學性能(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用

      目前，使用較多的是C50以下的中等強度普通混凝土，如果能實現普通混凝土高性能化，將具有更為重要的技術經濟意義和社會效益。已故吳中偉院士指出，對中等強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格的施工管理等措施配制出中等強度高性能混凝土。

      該課題采用摻加化學外加劑和礦物外加劑的技術路線，配合比設計按照耐久性要求進行，配制的混凝土為低水膠比、低硅酸鹽水泥用量、結構致密、體積穩(wěn)定性好、工作性良好、強度符合要求、能滿足設計所要求的安全使用壽命的混凝土。

      專家點評：

      鑒于目前國內建設需要，中等強度混凝土高性能化更具有實用意義。研究表明，利用中低強度等級水泥配制高強混凝土是可行的，拓寬了中低強度等級水泥的應用范圍和高強高性能混凝土可選水泥材料的范圍，在充分利用現有水泥資源方面具有重要技術意義。

      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用

      輕質高強多功能和良好的施工性能永遠是材料科學始終追求的目標，若在該領域取得技術突破，將對建筑設計和施工帶來革命性影響。

      高性能輕集料混凝土比傳統混凝土比強度高，質量輕20%%以上，而且更耐久，在建造大跨度橋梁和超高層建筑時，結構自重會大幅度減輕，相應的材料用量會減少，基礎荷載也會降低，建筑總造價降低5%%~20%%，此外節(jié)能效果顯著，這些都會提高工程的使用性能，降低工程總造價。

      該課題對低吸水率的新型火山巖質高強輕集料進行了較為系統的研究，掌握了這種“高性能輕集料”的生產工藝和制備技術；對高性能輕集料混凝土進行了較為全面系統和深入的研究；同時提出了組成高性能輕集料混凝土各原材料組分的技術條件；提出了高性能輕集料混凝土的工作性能測試方法和評價指標及高性能輕集料混凝土施工方法。

      專家點評：

      采用高性能輕集料和普通優(yōu)質輕集料兩條技術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、輕集料易上浮等關鍵技術難題，在高性能輕集料混凝土的配合比優(yōu)化設計、工作性測試方法和評價指標等方面具有創(chuàng)新性，形成了高性能輕集料混凝土制備、生產、施工等成套技術。高性能輕集料混凝土已應用于國家重點工程，取得了顯著的社會經濟效益。