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1.4 材料的耐久性与环境协调性

想一想

港珠澳大桥横跨珠江口伶仃洋海域,是连接香港、珠海、澳门的大型跨海通道工程,其主体工程由水下沉管隧道、海中人工岛、海中桥梁等三种主要结构组成。港珠澳大桥全长约50km,主体工程“海中桥隧”长35.578km。八个管段组成一个标准管节,单节段混凝土用量约为3415m 3 ,混凝土浇筑量大、持续时间长,施工性能要求极高,其中钢筋密集,最小净间距约60mm,且受多次顶推的影响,故而要求其具有高耐久性、抗渗性、抗裂性和早期强度高等工程特点。那么,土木工程材料的耐久性含义是什么?又该如何进行评价呢?

1.4.1 材料的耐久性

材料在长期使用的过程中,受各种内在或外来因素的作用,能保持其原有性能不变、不被破坏的性质,统称耐久性,它是一种复杂、综合的性质。材料在使用过程中,除受到各种外力作用外,还要受到环境中各种自然因素的破坏作用,这些破坏作用可分为物理作用、机械作用、化学作用和生物作用。

耐久性和破坏因素的关系见表1-4。

表1-4 耐久性和破坏因素的关系

注:“—”表示参考强度变化率、开裂情况、变形情况等进行评定。

材料在长期使用过程中的破坏是多方面因素共同作用的结果,即耐久性是一种综合性质,包括抗渗性、抗冻性、耐蚀性、抗老化性、耐热性、耐磨性等。

当然,不同材料有不同的耐久性特点,而不同工程环境对材料的耐久性也有不同的要求。要根据材料所处的结构部位和使用环境等因素,综合考虑其耐久性,并注意其具体包含的特殊性,根据各种材料的耐久性特点合理选用。

1.4.2 材料的环境协调性

土木工程材料是应用最广、用量最大的材料。传统土木工程材料在生产过程中不仅消耗大量的天然资源和能源,还向大气排放大量的二氧化碳、二氧化硫等有害气体。环境协调性,是指对资源和能源消耗少、对环境污染小和循环再生利用率高等与自然环境能量交换的特性。某些装饰装修材料在使用过程中会释放有毒有害的挥发物。这些问题对环境造成了很大的影响,长期下去导致的环境负荷会是灾难性的。所以必须重视材料的环境协调性问题。具有优良环境协调性的材料,对资源和能源消耗少、对生态和环境污染小、再生利用率高或可降解化和可循环利用,而且其从材料制造、使用、废弃直至再生利用的整个寿命周期中,都具有与环境的协调共存性。伴随土木工程的广泛发展和社会观念进步,环境协调性越来越被人重视。

我国于1994年设立中国环境标志产品认证委员会,在土木工程材料中首先对水性涂料实行环境标志,制定评定标准。国家制订了《土木工程材料放射性核素限量》(现行版本为GB6566—2010)以及关于室内装饰装修材料有害物质限量等多项国家标准,以保障人民群众的身体健康和人身安全,并全面贯彻实施。必须监管土木工程材料中出现的对环境可能造成影响的各种物质,保证土木工程材料使用中尽可能减少对环境和生态的破坏以及对资源的消耗。

【应用案例1-3】 港口码头使用的钢筋混凝土在长期的海水冲蚀下,仅几年就出现了明显的钢筋锈蚀,严重影响到钢筋混凝土的寿命。请分析原因并提出一些防治措施。

解析: 海水的侵蚀,主要是钢材表面与周围介质发生作用,导致材料被破坏,这种腐蚀是化学腐蚀和电化学腐蚀两者共同作用的结果。另外,海水中的离子与混凝土中的水化产物也会发生作用,导致混凝土耐久性发生变化,出现体积膨胀、组分流失,从而严重影响钢筋混凝土的寿命。改善措施包括提高混凝土的密实度、使用抗蚀钢筋、涂覆保护层、增加阻锈剂等。 QgtQ5bmiJgvsgY4fvP5kd+mw4d7yDBw2T0td10ljCvxL9v5BUJ3k3vmMKGdP0XaD

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