摘要：為了有效地進行沿?；炷两Y(jié)構(gòu)的耐久性檢測與評估， 通過分析和對比目前國內(nèi)外混凝土結(jié)構(gòu)常見的耐久性檢測方法，結(jié)合沿?；炷两Y(jié)構(gòu)的特點， 提出了一種對沿?；炷两Y(jié)構(gòu)進行檢測與評估的實用方法． 該方法通過人工環(huán)境室內(nèi)加速與現(xiàn)場取樣檢測、 現(xiàn)場暴露試驗等， 建立人工氣候環(huán)境與自然環(huán)境條件下混凝土結(jié)構(gòu)性能劣化的相似關(guān)系，從而通過短期實驗實現(xiàn)對新建或待建結(jié)構(gòu)的耐久性評估與壽命預(yù)測． 為今后對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性進行有效的評估提出了一種新的思路．
所謂混凝土結(jié)構(gòu)耐久性是指混凝土結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件在可預(yù)見的工作環(huán)境及材料內(nèi)部因素的作用下， 在預(yù)期的使用年限內(nèi)抵抗大氣影響、化學侵蝕和其他劣化過程， 而不需要花費大量資金維修， 也能保持其安全性和適用性的功能． 由于混凝土結(jié)構(gòu)材料自身和使用環(huán)境的特點， 使得混凝土結(jié)構(gòu)不可避免地存在耐久性問題，由此造成的直接和間接損失之大， 已遠遠超出人們的預(yù)料， 這在發(fā)達國家和發(fā)展中國家均已構(gòu)成嚴重的財政負擔． 而處于基本建設(shè)和維修高峰期的中國， 由混凝土結(jié)構(gòu)耐久性失效而引發(fā)的資源、能源和環(huán)境保護問題也正愈顯突出． 因此， 如果不充分認識到混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題的重要性， 就會有悖于我國可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護的基本國策， 制約我國經(jīng)濟整體健康快速的發(fā)展．沿海混凝土結(jié)構(gòu)耐久性不足所帶來的嚴重經(jīng)濟損失和資源浪費， 橋梁、 隧道、 港口、 標準海塘等基礎(chǔ)設(shè)施工程的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性， 特別是氯離子含量較高的海洋環(huán)境中的耐久性，已是當前亟待采取措施應(yīng)對的重大問題．
混凝土結(jié)構(gòu)耐久性受到多種因素的影響， 有抗?jié)B、 抗凍、 抗侵蝕、 抗碳化、 抗磨蝕、 抗鋼筋銹蝕及防止堿骨料反應(yīng)等多項指標，各種影響因素之間又相互耦合， 破壞機理非常復(fù)雜． 目前， 研究混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性主要依靠試驗的手段． 建造暴露試驗站， 對混凝土試件進行長期現(xiàn)場暴露試驗， 是進行混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究的重要手段之一．
- 國內(nèi)外混凝土結(jié)構(gòu)耐久性暴露試驗站回顧
1.1國外暴露試驗站建造情況介紹
世界上許多發(fā)達的沿海國家， 如荷蘭、 丹麥、 瑞典、 美國、 德國和法國等， 建立了目的不同的系列海洋暴露試驗站，其中有專門研究混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的場站， 有的已經(jīng)積累了３ ０余年研究數(shù)據(jù)［ ３ ］， 不少成果已經(jīng)反映在近年頒布的各類標準之中． 位于美國東海岸的Ｔ ｒ ｅ ａｔ Ｉ ｓ ｌ ａ ｎ ｄ ，Ｍａ ｉ ｎ ｅ ，Ｕ Ｓ Ａ ， 建于１ ９ ３ ６年， 是世界上建造早同時也是世界的長期暴露試驗站之一， 已有７ ０年的歷史．該暴露試驗站建造在潮差區(qū)， 擺放在暴露站的試件每天可以被海水浸沒２次， 漲落潮的高差達６ ７ｍ（ ２ ２ｆ ｅ ｅ ｔ ） ， 試驗站冬天的低氣溫在－ １ ０℃（ １ ５ ° Ｆ ） ， 試件每年可以經(jīng)受 １ ０ ０～１ ６ ０次凍融循環(huán)， 而且試件還可以經(jīng)受海水浸泡和風干， 從而導致氯離子可以侵入試件內(nèi)部，引起試件腐蝕及內(nèi)部鋼筋銹蝕．
歐盟為混凝土結(jié)構(gòu)耐久性投入了大量的科研經(jīng)費并積極采取應(yīng)對措施， 經(jīng)過幾十年的不懈努力， 創(chuàng)立了“ 耐久性設(shè)計與再設(shè)計” （ Ｄ ｕ ｒ ａ Ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ） 理論， 從海洋環(huán)境混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕機理、 修補、 防護到耐久性設(shè)計等方面取得了大量的可應(yīng)用成果［４ ］， 而 Ｄ ｕ ｒ ａ Ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ理論的前提就是動態(tài)獲得結(jié)構(gòu)原體耐久性關(guān)鍵參數(shù)的信息反饋． 建立實際環(huán)境中的長期暴露試驗站， 可以獲得與實際結(jié)構(gòu)相一致的寶貴動態(tài)的實測數(shù)據(jù)，用以對耐久性設(shè)計時的關(guān)鍵參數(shù)進行監(jiān)測， 從而可實現(xiàn)對耐久性再設(shè)計時的關(guān)鍵參數(shù)的調(diào)整． 因此， 建造長期暴露試驗站是對耐久性再設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)進行調(diào)整的重要手段之一．
為了研究海洋環(huán)境中氯離子侵入混凝土的過程以及氯離子含量與混凝土中鋼筋銹蝕的關(guān)系， 日本琉球大學于１９ ８ ４年開始在當?shù)睾０哆呥M行了足尺試驗［ １ ］． 該混凝土結(jié)構(gòu)建在海邊， 北面面臨大海， 距今已有２ ０年的歷史， 現(xiàn)在試驗仍在進行中． 混凝土結(jié)構(gòu)包括梁、板、 柱， 結(jié)構(gòu)西部的混凝土結(jié)構(gòu)開始不含氯離子，而東部的混凝土結(jié)構(gòu)開始就有０ ３ ％重量的氯離子混入； 結(jié)構(gòu)北部的混凝土結(jié)構(gòu)在外表涂覆防護層，而南部的混凝土則*暴露．
1.2國內(nèi)暴露試驗站建造情況介紹
中港系統(tǒng)于１ ９ ５ ７年開始在天津新港北防波提安放混凝土試塊進行天然暴露試驗工作，１ ９ ６ １～１ ９ ６ ４年分別在連云港、 天津港和湛江建立了海洋暴露試驗站， １ ９ ９ ０年交通部委托一航局又建立了綜合性的錦州港建筑材料暴露試驗站［５ ］， 其中天津站由于淤積分別于１ ９ ８ ３年和１ ９ ９ ８年兩度遷建． 南京水利科學研究院等單位也于１ ９ ６ ８～ １ ９ ７ ８年分別在湛江港、 天津港和上海港碼頭不同部位開展了鋼筋混凝土裂縫試件暴露試驗站的研究工作．為了提高海工建筑物上部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命， 延長大修年限， １ ９ ８ ４年開展了采用不同保護層厚度、 不同防腐措施的海工鋼筋混凝土防腐蝕性能的室內(nèi)外對比試驗，并在深圳赤灣港石油基地碼頭建立了長期暴露試驗站［ ６ ］． 近年來， 我國在青島、 東海大橋等處建立了多處暴露試驗站． 杭
州灣跨海大橋也正在積極籌備建造長期暴露試驗站，用于對大橋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的監(jiān)測與評估．
- 沿海混凝土結(jié)構(gòu)耐久性現(xiàn)場試驗方法介紹
沿?；炷两Y(jié)構(gòu)耐久性主要是由于海水或大氣中的氯離子侵入混凝土內(nèi)部引起鋼筋銹蝕而引起．氯離子滲透性能反映了混凝土的密實程度以及抵抗外部介質(zhì)向內(nèi)部侵入的能力， 是耐久性的重要性能指標之一． 對于混凝土結(jié)構(gòu)氯離子的滲透性主要以氯離子擴散系數(shù)來衡量．
2.1混凝土結(jié)構(gòu)耐久性試驗的常用方法
目前， 國內(nèi)外混凝土結(jié)構(gòu)耐久性檢測／ 試驗有現(xiàn)場取樣檢測、 室內(nèi)加速試驗和現(xiàn)場暴露試驗等形式．
１ ） 現(xiàn)場取樣檢測現(xiàn)場取樣檢測是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性測試的基本手段，通常在現(xiàn)場進行取樣、 檢測、測試， 并對取得試樣、 檢測結(jié)果、 測試數(shù)據(jù)等在室內(nèi)進行檢測、 分析、 計算等． 對既有結(jié)構(gòu)混凝土中氯離子含量的檢測， 可采用在現(xiàn)場混凝土構(gòu)件的典型部位（通常受力較小的部位） 鉆芯取樣、 鉆孔取粉， 從而在實驗室通過強度測試及 Ｒ Ｃ Ｔ或 Ｒ Ｃ Ｍ等快速測試方法測定所取試樣的混凝土強度及氯離子含量， 進而得到混凝土結(jié)構(gòu)的強度變化、碳化情況、 氯離子的擴散系數(shù)和分布規(guī)律等． 由于混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性是一個長期的過程， 僅僅依靠現(xiàn)場檢測只能測定某一特定時間點混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題， 而混凝土結(jié)構(gòu)耐久性是一個緩慢的動態(tài)過程，因此需要經(jīng)過長期的檢測、 測試與數(shù)據(jù)處理和分析， 才能得到結(jié)構(gòu)隨時間的動態(tài)退化規(guī)律．
２ ） 室內(nèi)加速試驗 基于現(xiàn)場檢測方法周期長的不足， 為了縮短試驗周期，人們發(fā)展了通過室內(nèi)加速試驗來研究混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題． 目前混凝土耐久性試驗普遍采用的是室內(nèi)加速試驗法， 即在試驗中采用恒電流通電法和干濕循環(huán)法等加速手段，使混凝土內(nèi)鋼筋快速銹蝕， 由此來研究混凝土結(jié)構(gòu)的破壞特征和結(jié)構(gòu)性能演變． 室內(nèi)加速試驗是模擬結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物氣候環(huán)境的主要影響因素， 譬如海水浸泡、 雨淋、 日曬、凍融、 日光輻射、 溫度、 濕度變化等， 考慮氣候環(huán)境、 侵蝕環(huán)境與力學環(huán)境的相互作用， 研究人工加速模擬環(huán)境與混凝土微環(huán)境間平衡過程， 使得人工加速模擬環(huán)境過程的環(huán)境作用機理與其實際使用環(huán)境作用機理等效．從而使混凝土試件在較短時間內(nèi)來模擬實際環(huán)境條件下較長時間的劣化過程． 室內(nèi)加速試驗可以在較短時間周期內(nèi)測定混凝土結(jié)構(gòu)中的氯離子含量、 鋼筋銹蝕情況等， 由于直接測定混凝土試件，因此比起現(xiàn)場檢測具有操作簡單、 受外界氣象條件干擾少并且節(jié)約成本等優(yōu)點． 如果環(huán)境參數(shù)設(shè)置適當， 可以得到較為理想的試驗結(jié)果． 然而， 室內(nèi)耐久性加速試驗研究忽視了試驗環(huán)境與實際使用環(huán)境的相關(guān)性，其成果適用程度尚需進一步探討和研究．
３ ） 現(xiàn)場暴露試驗 建立現(xiàn)場暴露試驗站， 開展天然條件下長期的暴露試驗研究，已成為結(jié)構(gòu)耐久性
專家們的廣泛共識． 暴露試驗站作為研究建筑材料、 構(gòu)件、 結(jié)構(gòu)耐久性及破壞規(guī)律的室外試驗設(shè)施，是將科研成果應(yīng)用于工程實踐、 轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力的極為經(jīng)濟有效的途徑． 在現(xiàn)場暴露試驗站可以專門設(shè)置一些實際結(jié)構(gòu)（ 或構(gòu)件） 用以取樣、 檢測， 其環(huán)境條件和受力狀態(tài)都非常真實，同時， 在現(xiàn)場暴露試驗站放置混凝土試件來模擬混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件用以定期檢測結(jié)構(gòu)的耐久性， 也具有現(xiàn)場檢測和室內(nèi)加速試驗不可替代的作用． 模擬的環(huán)境條件比室內(nèi)加速試驗要真實，并且具有對結(jié)構(gòu)自身不損傷的優(yōu)點， 工作面好、 操作方便， 并且可以實現(xiàn)對水工結(jié)構(gòu)水中區(qū)部分的耐久性進行檢測．
2.2對沿?；炷两Y(jié)構(gòu)進行耐久性檢測與評估的實用方法
根據(jù)上述常用檢測方法，在條件允許的情況下， 作者認為對沿?；炷两Y(jié)構(gòu)進行耐久性檢測與評估必須綜合利用室內(nèi)加速試驗、 現(xiàn)場取樣檢測與現(xiàn)場暴露試驗， 即通過人工環(huán)境室內(nèi)加速與現(xiàn)場取樣檢測、現(xiàn)場暴露試驗來共同實現(xiàn)．室內(nèi)加速試驗是在人工模擬環(huán)境中現(xiàn)材料和結(jié)構(gòu)的加速退化， 通過氣候環(huán)境、 侵蝕環(huán)境與力學環(huán)境的綜合交互效應(yīng)， 掌握材料與結(jié)構(gòu)全壽命過程性能退化的規(guī)律．達到上述目標的關(guān)鍵是通過對結(jié)構(gòu)所處實際環(huán)境的人工氣候模擬， 實現(xiàn)人工氣候環(huán)境下混凝土材料與結(jié)構(gòu)的等效衰減過程， 從而得到混凝土結(jié)構(gòu)基本性能全壽命過程的衰減演變規(guī)律．該技術(shù)路線試驗周期短， 是結(jié)構(gòu)耐久性的一個有效的研究方法． 然而，模擬環(huán)境的非真實性的缺陷是無法避免的， 人工環(huán)境加速方法與實際環(huán)境中鋼筋銹蝕的電化學原理和鋼筋表面銹蝕特征必然存在著差異；掌握兩者之間的區(qū)別與聯(lián)系、 建立兩者之間的關(guān)系， 是利用于人工環(huán)境加速試驗結(jié)果來進行混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評估的關(guān)鍵． 該方法可以適用于任何混凝土結(jié)構(gòu)， 包括已建結(jié)構(gòu)、待建結(jié)構(gòu)或在建結(jié)構(gòu)．
考慮到混凝土結(jié)構(gòu)的建設(shè)經(jīng)過多年的發(fā)展， 在相同或者相似服役環(huán)境條件下通常會有不同建造使用年限、不同混凝土配合比及強度等級、 不同使用功能等各類混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物， 因此， 在對混凝土結(jié)構(gòu)進行耐久性檢測與評估時應(yīng)當充分利用周圍不同使用年限的混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性性能，同時對周圍相同或相似環(huán)境條件下不同建造使用年限的典型結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行耐久性現(xiàn)場檢測， 可以在較短時間內(nèi)得到混凝土結(jié)構(gòu)在不同使用年限的耐久性性能的動態(tài)變化， 有助于在短期內(nèi)對結(jié)構(gòu)物進行耐久性評估．該方案通常用于對已建結(jié)構(gòu)進行耐久性評估． 對在建或待建結(jié)構(gòu)進行耐久性評估及壽命預(yù)測時， 充分利用在相同或相似服役環(huán)境中的結(jié)構(gòu)物， 對附近結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行現(xiàn)場取樣檢測，其檢測結(jié)果既可以用于耐久性設(shè)計， 又可以與其他檢測方法相結(jié)合在較短時間內(nèi)實現(xiàn)對新建或待建結(jié)構(gòu)的耐久性評估與壽命預(yù)測．
現(xiàn)場暴露試驗是在混凝土結(jié)構(gòu)附近選取或建造一個暴露試驗站， 將與結(jié)構(gòu)組分與配合比相同的混凝土試件置于這個暴露試驗站中，通過測試這些試件來推測結(jié)構(gòu)的耐久性性能． 該方法獲取的試驗數(shù)據(jù)真實可靠， 具有*的說服力及實際應(yīng)用價值， 但缺點是需要的試驗周期過長．
充分利用常見現(xiàn)場耐久性測試方法的優(yōu)點， 即利用現(xiàn)場取樣檢測、 現(xiàn)場暴露試驗對人工環(huán)境模擬試驗方案研究成果進行驗證與校準，再通過不斷調(diào)整人工模擬加速試驗研究． 根據(jù)現(xiàn)場取樣檢測與人工氣候模擬加速試驗結(jié)果的整理、 分析與對比， 建立混凝土結(jié)構(gòu)在自然環(huán)境與室內(nèi)加速環(huán)境條件下基于環(huán)境、時間的耐久性性能退化的相似關(guān)系， 并根據(jù)現(xiàn)場暴露試驗結(jié)果對相似關(guān)系進行進一步的修正， 進而在短期內(nèi)實現(xiàn)對已建、 待建或在建結(jié)構(gòu)的耐久性性能評估， 并預(yù)測結(jié)構(gòu)在其生命周期內(nèi)的使用性能退化規(guī)律．
三、結(jié)論
利用環(huán)境模擬技術(shù)，建設(shè)大型多功能有效地評估提出了一種新的自動控制混凝土結(jié)構(gòu)環(huán)境模擬室，可以人工模擬各種大氣環(huán)境、工業(yè)環(huán)境的單一因素或綜合因素作用，開展混凝土環(huán)境試驗及相關(guān)理論研究。在實驗室對混凝土材料、結(jié)構(gòu)的基本的熱學、力學、收縮、徐變、損傷等特性及其與各種氣候環(huán)境、海洋環(huán)境、腐蝕環(huán)境的定量關(guān)系進行全面系統(tǒng)的仿真研究，加強材料與結(jié)構(gòu)的學科交叉。針對小型構(gòu)件或大型結(jié)構(gòu)仿真模型，真實再現(xiàn)工程實際環(huán)境，進行結(jié)構(gòu)裂縫的開裂機制、開裂應(yīng)力發(fā)展變化、裂縫形成、結(jié)構(gòu)破壞的全過程跟蹤試驗研究，達到從表觀至本質(zhì)、微觀至宏觀的規(guī)律解析，裂控研究將會有較大的突破。因此研究混凝土環(huán)境模擬試驗室技術(shù)是非常必要的，對保證結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性有重要意義。
環(huán)境模擬試驗室可為人們提供一種擺脫自然規(guī)律、從時間到空間按主觀的意愿去模擬各種理想環(huán)境，服務(wù)于科學實驗。在試驗室內(nèi)模擬各種實際環(huán)境作用，研究考核材料、結(jié)構(gòu)或設(shè)備等實驗對象對所處的環(huán)境產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)，可獲得實驗對象各種環(huán)境條件下的特性、環(huán)境適應(yīng)性。
目前，環(huán)境模擬技術(shù)已趨成熟。利用單一因素的環(huán)境模擬試驗，如溫度、濕度、氣壓、沙塵、鹽霧、淋雨、風、太陽輻射、空間環(huán)境等氣候環(huán)境模擬試驗以及靜載、振動、沖擊等力學環(huán)境模擬試驗，易于找出單一環(huán)境因素對結(jié)構(gòu)性能的影響規(guī)律以；綜合環(huán)境模擬是指2個以上環(huán)境參數(shù)同時作用的模擬試驗，可以真實地模擬實驗對象實際經(jīng)受綜合環(huán)境的影響，增加試驗的真實性和可靠性。國內(nèi)外對于環(huán)境試驗也相繼分布了有關(guān)的針對各種研究領(lǐng)域的環(huán)境試驗標準，但在實際應(yīng)用中還要進行試驗標準的剪裁、試驗應(yīng)力篩選等項工作，以得到更加可靠適用的試驗成果。
進行混凝土結(jié)構(gòu)環(huán)境模擬試驗，需要模擬的實際環(huán)境多種多樣，如單一環(huán)境因素的模擬，包括高溫、低溫、濕度循環(huán)、濕度循環(huán)、寒潮襲擊、劇烈干燥、淋雨、結(jié)露、凍融循環(huán)、鹽類及化學物質(zhì)浸蝕、酸性氣體腐蝕等各種氣候及腐蝕環(huán)境，以及力學加載環(huán)境等。此外，還要實現(xiàn)多種耦合環(huán)境的模擬，包括氣候環(huán)境與力學荷載作用的綜合、氣候環(huán)境與腐蝕工業(yè)環(huán)境的綜合，等等，充分考慮試驗的綜合環(huán)境設(shè)置、荷載施加力架的布置、腐蝕環(huán)境下加載方式和設(shè)備防護等技術(shù)問題。
用環(huán)境模擬技術(shù)，建設(shè)混凝土材料、結(jié)構(gòu)的環(huán)境模擬試驗室是*可行的?；炷两Y(jié)構(gòu)耐久性、早期特性及裂縫控制研究所需要的各項環(huán)境指標，如氣候環(huán)境、工業(yè)腐蝕環(huán)境、海洋侵蝕環(huán)境等等，都是可以實現(xiàn)的。因此，開展混凝土結(jié)構(gòu)環(huán)境模擬試驗室技術(shù)的研究，深入探討混凝土結(jié)構(gòu)環(huán)境模擬試驗的關(guān)健技術(shù)，定能建成高標準高水平的混凝土結(jié)構(gòu)試驗研究平臺，促進混凝土相關(guān)學科的發(fā)展。
簡要回顧了國內(nèi)外暴露試驗站建造情況， 在介紹測定混凝土中氯離子擴散系數(shù)和混凝土結(jié)構(gòu)耐久性現(xiàn)場測試常用方法的基礎(chǔ)上，通過分析和對比目前國內(nèi)外混凝土結(jié)構(gòu)常見的耐久性檢測方法， 結(jié)合沿海混凝土結(jié)構(gòu)的特點， 提出了一種對沿?；炷两Y(jié)構(gòu)進行檢測與評估的實用方法． 該方法通過人工環(huán)境室內(nèi)加速與現(xiàn)場取樣檢測、現(xiàn)場暴露試驗等， 建立人工氣候環(huán)境與自然環(huán)境條件下混凝土結(jié)構(gòu)性能劣化的相似關(guān)系， 從而通過短期實驗實現(xiàn)對新建或待建結(jié)構(gòu)的耐久性評估與壽命預(yù)測．
充分利用常見現(xiàn)場耐久性檢測方法的優(yōu)點， 即利用現(xiàn)場取樣檢測、 現(xiàn)場暴露試驗對人工環(huán)境模擬試驗方案研究成果進行驗證與校準， 再通過不斷調(diào)整的人工模擬加速試驗研究．根據(jù)現(xiàn)場取樣檢測與人工氣候模擬加速試驗結(jié)果的整理、 分析與對比， 建立混凝土結(jié)構(gòu)在自然環(huán)境與室內(nèi)加速環(huán)境條件下基于環(huán)境、 時間的耐久性性能退化的相似關(guān)系， 并根據(jù)現(xiàn)場暴露試驗結(jié)果對相似關(guān)系進行進一步的修正，從而在短期內(nèi)實現(xiàn)對已建、 待建或在建結(jié)構(gòu)的耐久性性能評估， 并預(yù)測結(jié)構(gòu)在其生命周期內(nèi)的使用性能退化規(guī)律． 為今后對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性進行思路．
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