混凝土建筑究竟能使用多少年?
推窗听雨
2023年07月07日 16:17:18
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【导读】 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。

【导读】 混凝土的理论寿命是很长,可以达到几百年。 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年设计了第一座铁筋混凝土桥。

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。


结设是艺术
2023年07月08日 19:17:54
2楼

几百年上千年都没有问题,看看欧洲那些大教堂,巴黎圣母院、圣彼得大教堂的屋顶都是混凝土结构。

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levmne
2023年12月22日 16:53:05
3楼

楼主很用心,总结很全面。

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