混凝土建筑究竟能使用多少年?

　　

       混凝土的理論壽命是很長，可以達(dá)到幾百年。

　　但由于我們生活中的一切物質(zhì)都有可能腐蝕這些房屋，比如天上降下的雨水，可能含有酸性會腐蝕石頭。或者是遭遇了地震大風(fēng)等惡劣的自然災(zāi)害。外界因素是很容易影響這些建筑材料的壽命的。所以為了保證建筑內(nèi)部住戶的人身安全，就會設(shè)定一個(gè)建筑材料的使用年限。

　　一般的混凝土壽命都在100年左右。但是通常情況下，混凝土規(guī)范中設(shè)計(jì)年限在50年到100年之間。普通住宅建筑為50年。

　　

　　但這個(gè)是理論的設(shè)計(jì)年限，并不是說50年以后這個(gè)混凝土的壽命就到頭了。

　　混凝土消亡都是一點(diǎn)一點(diǎn)形成的。大量的水分和鹽分侵蝕表面形成一道裂縫。水和鹽分從裂縫當(dāng)中進(jìn)入里面，腐蝕了混凝土鋼筋，這些鋼筋被水和鹽分一點(diǎn)點(diǎn)地滲入，日積月累，這些當(dāng)中有些物質(zhì)會互相反應(yīng)生成沉淀，漸漸地混凝土被風(fēng)化。

　　最早的混凝土 古羅馬混凝土 公元前3世紀(jì)

　　大約在公元前3世紀(jì)，古代羅馬人發(fā)現(xiàn)了天然火山灰的水硬性，用它拌制的砂漿硬化后有很高的強(qiáng)度。在古羅馬殘留的遺跡中我們看到，坍塌的砌塊牢牢的連接在一起，如果將砌塊比作粗骨料，這算是古代混凝土的雛形。

　　

　　由于采用了天然火山灰水泥，古羅馬混凝土比現(xiàn)代混凝土的耐久性更好，即使經(jīng)歷了兩千年風(fēng)霜雨雪仍堅(jiān)固、完好。

　　波特蘭水泥 1824年

　　現(xiàn)代混凝土以水泥為膠凝材料，水泥是混凝土材料的靈魂，影響著混凝土的各方面性能。

　　1756年，英國工程師John Smeaton史密頓在修建燈塔時(shí)意外發(fā)現(xiàn)，把黏土和石灰石以適當(dāng)?shù)呐浔然旌虾箪褵?類似火山灰形成的過程)，可以達(dá)到很高的強(qiáng)度。史密頓的做法很快傳遍歐洲各國，大家紛紛效仿。

　　

　　1824-1840年，Joseph Aspdin和William Aspdin父子，總結(jié)出用石灰、黏土、礦渣等配比混合煅燒成“水泥”的方法。由于水泥硬結(jié)后的顏色和強(qiáng)度，與英國波特蘭島上天然石材差不多，人們便稱它為“波特蘭水泥”(即普通硅酸鹽水泥)。

　　鋼筋混凝土 1849年

　　1849年，法國園丁Joseph Monier將鐵絲與混凝土結(jié)合，制作花盆，解決了混凝土抗拉強(qiáng)度低的問題，并在1867年的巴黎博覽會上展示了他的新發(fā)明。此后，他又陸續(xù)發(fā)明了鐵筋混凝土管道、水箱、幕墻板，并在1875年設(shè)計(jì)了第一座鐵筋混凝土橋。

　　預(yù)應(yīng)力混凝土 1888年

　　在鋼(鐵)筋混凝土應(yīng)用于建筑領(lǐng)域不久，1888年美國工程師P.H.杰克孫提出了預(yù)應(yīng)力混凝土的概念，但最初的嘗試并不成功。低強(qiáng)度的鋼(鐵)筋限定了預(yù)應(yīng)力值，而較小的預(yù)應(yīng)力很快在混凝土徐變、收縮后而全部損失。

　　1956年，林同炎先生完成了經(jīng)典著作《預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》一書，提出“荷載平衡法”理論，把預(yù)加應(yīng)力看作是構(gòu)件上試圖與外荷載平衡的另一種荷載，簡化了預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的分析。他將預(yù)應(yīng)力理論在眾多橋梁作品中實(shí)踐，獲得“預(yù)應(yīng)力先生”的美譽(yù)。

　　

　　預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土技術(shù)被認(rèn)為是混凝土發(fā)展過程中最重要的進(jìn)步之一，它創(chuàng)造了一種理想的材料結(jié)合。

　　混凝土結(jié)構(gòu)形式也決定了不同的使用年限

　　混凝土本身的抗壓強(qiáng)度高而抗拉強(qiáng)度低，早期的混凝土建筑常采用源自磚石結(jié)構(gòu)的拱殼體系。隨著鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力技術(shù)的發(fā)展，大幅提高了抗彎、抗拉性能，從此更多的混凝土以源自木結(jié)構(gòu)的框架形式出現(xiàn)。

　　

　　Robert Maillart馬亞爾 (1872～1940)是混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)踐的先驅(qū)。在混凝土剛剛興起的年代，他設(shè)計(jì)出無梁樓蓋、蘑菇形柱帽，以及堪稱完美的混凝土三鉸拱橋，賦予了混凝土結(jié)構(gòu)靈性和活力。

　　

　　1933年，Ove Arup設(shè)計(jì)的企鵝池有兩條交叉的混凝土螺旋坡道，呈現(xiàn)非常輕薄的自由形態(tài)。結(jié)構(gòu)方面采用了預(yù)應(yīng)力混凝土建造曲面，螺旋坡道根部上下錯(cuò)開，產(chǎn)生了類似桁架懸挑的受力效果。

　　

　　

　　

　　混凝土還可以通過材性的改進(jìn)來增加他的使用年限

　　通過改變混凝土組分的比例、特性，或者添加其它外加劑，能夠制備出不同特性的混凝土。例如常用的高強(qiáng)混凝土、抗?jié)B混凝土、微膨脹混凝土、低水化熱混凝土、低活性混凝土、加氣混凝土、輕質(zhì)混凝土、早強(qiáng)混凝土、超高泵送混凝土等。

　　

　　高強(qiáng)混凝土

　　20世紀(jì)初，水灰比等學(xué)說初步奠定了混凝土強(qiáng)度的理論基礎(chǔ)。20世紀(jì)60年代以來，高效減水劑、高分子材料、多種纖維的應(yīng)用，研究出了強(qiáng)度越來越高的混凝土材料。高性能混凝土HPC是混凝土材料發(fā)展的一個(gè)方向，所謂高性能是指高強(qiáng)度、高耐久性、高流動性等。

　　

　　在實(shí)際工程中，美國西雅圖雙聯(lián)廣場(Two Union Square)超高層，要求泵送混凝土彈性模量達(dá)到50GPa，抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值131MPa。工程實(shí)測的混凝土56d抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值達(dá)到133.5MPa。

　　纖維增強(qiáng)混凝土

　　為了改善混凝土的抗拉性能和延性，研制了纖維增強(qiáng)混凝土。常見的有鋼纖維、耐堿玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、聚丙烯纖維或尼龍合成纖維混凝土等。有研究表明：鋼纖維摻量的體積分?jǐn)?shù)在1%~2%左右，混凝土的抗拉強(qiáng)度可提高40%~80%，塑性變形能力大幅提高。

　　斯圖加特聯(lián)邦園藝展覽會(Federal Garden Exhibition)，采玻璃纖維混凝土建造的跨度26m的殼體結(jié)構(gòu)，平均厚度僅15mm，展示了纖維增強(qiáng)混凝土的潛力。