淺談混凝土耐久性實驗室規(guī)劃要點

廖 娟，張 濤，戢文占，王寶華，張 楠，張東華

(中國建筑股份有限公司技術(shù)中心，北京 101300)

1 建設(shè)混凝土耐久性實驗室的意義

混凝土是一種可塑性強、性價比較高的建筑材料，其結(jié)構(gòu)往往作為土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中的首選形式之一，廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、道路、橋梁、水利工程等建筑和構(gòu)筑物，而且越來越多地應(yīng)用于海洋、嚴寒地區(qū)、遭受化學(xué)腐蝕等復(fù)雜工業(yè)環(huán)境的特殊建筑中。惡劣的環(huán)境使混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性受到嚴重影響，在施工建設(shè)和服役過程也暴露出許多值得關(guān)注的新問題，混凝土早期開裂導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性能的劣化等問題造成混凝土工程失效以至破壞崩塌的事故在國內(nèi)外也是屢見不鮮，并有愈演愈烈之勢。很多混凝土結(jié)構(gòu)往往達不到預(yù)期的使用壽命，就受惡劣環(huán)境的影響而過早破壞以致拆除，或因混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性不足導(dǎo)致加固維修費用高昂，國際上許多發(fā)達國家每年用于建筑維修的費用甚至都超過新建的費用，由此造成很大的經(jīng)濟損失及資源浪費，與當今國家大力提倡的低碳經(jīng)濟背道而馳，有必要加強混凝土耐久性方面的研究。

作為一個復(fù)雜的世界性難題，長期以來混凝土耐久性研究還處在一個逐步發(fā)展階段。耐久性技術(shù)體系不完善，測試方法單一，測試技術(shù)落后，評定及設(shè)計規(guī)范還是一片空白，存在著大量的空白和不足［1－3］，尤其是測試及評估方法是試驗研究的難點。研究人員缺乏必要的研究方法和檢測手段，設(shè)計人員難以對實際工程提出量化的耐久性指標。許多混凝土工程的技術(shù)設(shè)計往往只停留在滿足荷載等基本力學(xué)性能要求上，沒有或很難提出耐久性方面要求。工程技術(shù)人員缺乏必要的實施手段和依據(jù)，對耐久性技術(shù)的應(yīng)用往往只停留在紙面上，難以對實際工程起到指導(dǎo)性的作用，使已建成的混凝土工程存在耐久性隱患，現(xiàn)有的混凝土耐久性的研究水平還有待更進一步提高。隨著國家對混凝土工程耐久性能越來越需要重視，并相繼推出《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》GB/T50476－2008、《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》GB/T50082－2009、《混凝土耐久性檢驗評定標準》JGJ/T192－2009等技術(shù)標準，混凝土耐久性技術(shù)體系得到不斷完善。大量重點工程建設(shè)面臨混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計咨詢、耐久性設(shè)計的可行性研究等實際需求，國家迫切需要建設(shè)一批混凝土耐久性實驗室對混凝土耐久性進行檢測及評定，從而滿足大型重點工程建設(shè)以及科研工作的需要。通過科學(xué)嚴謹?shù)膶嶒炇乙?guī)劃，建設(shè)國內(nèi)一流的混凝土專業(yè)重點實驗室，對本學(xué)科領(lǐng)域及學(xué)科建設(shè)和社會經(jīng)濟發(fā)展將起到重要作用，對培養(yǎng)高水平、高質(zhì)量的復(fù)合型的人才，大力提升本行業(yè)在國際的核心技術(shù)競爭力具有重大的現(xiàn)實意義。

2 實驗室規(guī)劃

混凝土耐久性實驗室建設(shè)首先要立足于滿足國家重點工程建設(shè)的需要，主要承擔(dān)和解決大中型建筑工程設(shè)計、施工和運行中提出的結(jié)構(gòu)與材料應(yīng)用基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)問題，以及國家相關(guān)科技攻關(guān)課題項目的實施，為工程設(shè)計與施工及國家宏觀決策提供科學(xué)依據(jù)。在滿足現(xiàn)有科研項目的基礎(chǔ)上，實驗室規(guī)劃要充分考慮到未來30年試驗技術(shù)及混凝土技術(shù)發(fā)展的需要，在規(guī)劃上還需留有余地?？芍贫▽嶒炇野l(fā)展近期、中期及長期規(guī)劃，按照規(guī)劃部署確定實驗室的建設(shè)規(guī)模、基礎(chǔ)設(shè)施的投資規(guī)模、試驗設(shè)備的到位及安裝時間等，原則上能做的工作往前做，目前不能做的可以根據(jù)發(fā)展需要給予預(yù)留，以后再做。根據(jù)試驗工作的目的和規(guī)模、功能、服務(wù)對象的主體及研究方向確定實驗室的規(guī)劃，主要內(nèi)容包括實驗室功能分區(qū)、試驗設(shè)備配置、水電供應(yīng)、采暖通風(fēng)及空氣凈化、廢棄物處理及環(huán)境保護等基礎(chǔ)設(shè)施和基本條件。目前混凝土耐久性試驗研究主要集中在實驗室階段，耐久性實驗室測試的對象可分為混凝土試件、混凝土結(jié)構(gòu)兩類，以測試混凝土試件為主，隨著耐久性測試技術(shù)及測試設(shè)備不斷地發(fā)展及完善，對混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性試驗研究及評估技術(shù)也有一定程度的深入。如混凝土結(jié)構(gòu)環(huán)境模擬實驗室技術(shù)、結(jié)構(gòu)混凝土耐久性無損檢測技術(shù)、耐久性評估方法等［4－6］，耐久性測試技術(shù)應(yīng)用的工作場所已從傳統(tǒng)的室內(nèi)試驗逐步擴展到室外檢測，對實驗室的技術(shù)要求各不相同。本文以某試驗基地建設(shè)為例，結(jié)合混凝土耐久性實驗室的特點，重點圍繞實驗室平面布局、實驗室設(shè)備配置、配套的試驗設(shè)施及試驗環(huán)境、實驗室信息化等幾方面，就混凝土耐久性實驗室規(guī)劃提出一點建議。

3 實驗室的平面布局

從實驗室管理的角度出發(fā)，提供一個安全、舒適、美化的實驗室工作環(huán)境，是保證耐久性試驗工作質(zhì)量的重要條件之一。實驗室布局一方面要求辦公區(qū)域與實驗區(qū)域分開，即形成非受控區(qū)域和受控區(qū)域;另一方面又要根據(jù)儀器設(shè)備類別，試驗工作流程，綜合考慮符合各項規(guī)范、標準要求、設(shè)備安裝及檢修要求、實驗室技術(shù)及管理要求及其他各方面要求進行綜合考慮實驗室布局，合理地布置試驗儀器設(shè)備，避免不同的實驗室相互交叉影響，每個實驗室不同的設(shè)備之間不會造成相互干擾，對試驗結(jié)果產(chǎn)生不必要的影響，保證試驗工作正常進行。

3.1 整體布局

按照各專業(yè)實驗室使用功能及環(huán)境要求，混凝土耐久性實驗室主要劃分為抗?jié)B室、抗凍室、碳化室、收縮室、徐變室，熱物理室等，盡量功能齊全，又不相互干擾。同時，考慮耐久性實驗室與混凝土常規(guī)性能實驗室聯(lián)系緊密，是在混凝土常規(guī)性能實驗室基礎(chǔ)上的延伸，通常都分別布置在成型室周圍;耐久性試驗設(shè)備及混凝土試件體積、重量較大，設(shè)備及試件搬運非常不便;部分設(shè)備如徐變儀還有設(shè)備基礎(chǔ)安裝要求，盡量考慮放置在一樓;如果一層實驗室規(guī)劃面積不夠，不需基礎(chǔ)安裝的設(shè)備也可放置在二樓，但要考慮設(shè)計適合的貨運電梯以便運輸?；炷猎囼灩ぷ髁鞒虉D如圖1所示。結(jié)合以下混凝土試驗工作流程來科學(xué)布置試驗儀器設(shè)備，可使試驗人員的勞動強度達到最小，盡量避免不必要的重復(fù)搬運，以便達到較高的試驗效率。

圖1 混凝土試驗工作流程

3.1 內(nèi)部布局

混凝土耐久性室內(nèi)檢測分為混凝土碳化試驗、混凝土凍融試驗、混凝土抗?jié)B試驗、混凝土耐硫酸鹽侵蝕試驗、混凝土電通量試驗、化學(xué)分析試驗等項目，以大型箱體式設(shè)備為主，要求較大的使用面積;室外檢測主要是結(jié)構(gòu)混凝土耐久性檢測，多為便攜式無損檢測設(shè)備，設(shè)備體積小，沒有土建方面的安裝要求，放置設(shè)備所占用的使用面積不大，該類實驗室可布置于樓上。分別按試驗類別、使用面積大小及安裝要求、順序流程劃分儀器設(shè)備布置區(qū)域，把這些同類別的儀器設(shè)備相對集中放在一個或幾個實驗室。有些試驗儀器或設(shè)備，既不能按類別原則也不能按順序流程原則來安排，例如有些儀器設(shè)備需要特定的環(huán)境要求，需要安裝溫濕度控制系統(tǒng)，配套的壓縮機安裝需要外置，在保證其他試驗?zāi)苷＿M行的前提下，通常把有這類設(shè)備的試驗室布置在臨外墻處，以便安裝設(shè)備，如收縮室、徐變室、凍融室等。結(jié)合以上原則，按基地地塊形狀，可對混凝土耐久性實驗室進行相應(yīng)的整體及內(nèi)部布局，分別如圖2、圖3所示。

圖2 混凝土耐久性實驗室內(nèi)部布局(一樓)圖

圖3 混凝土耐久性實驗室內(nèi)部布局(二樓)圖

圖4 混凝土徐變儀

4 實驗室設(shè)備配置及相關(guān)要求

首先，要全面了解混凝土耐久性實驗室中需要配置哪些最基本的設(shè)備及工作環(huán)境，按照實驗室建設(shè)目標和科研及檢測任務(wù)確定實驗室設(shè)備配置?？筛鶕?jù)現(xiàn)有檢測標準或參考文獻推薦的較成熟的試驗方法，對試驗設(shè)備進行充分調(diào)研，以便因地制宜地根據(jù)實驗室規(guī)模，完成實驗室基本設(shè)備配置，做好實驗室的設(shè)備選型及論證工作。目前比較成熟的混凝土耐久性試驗項目主要有:工程材料的收縮及徐變性能、鋼筋銹蝕及材料碳化性能、抗凍性能、動彈模性能、抗?jié)B性能、抗氯離子滲透性能、抗裂性能、抗壓疲勞性能、抗硫酸鹽侵蝕性能、堿骨料反應(yīng)性能等耐久性能測試技術(shù)，實體工程耐久性能測試技術(shù)、耐久性綜合評估體系等。圍繞測試指標、測試范圍、測試精度選擇實驗設(shè)備型號，確定試驗設(shè)備配置要求。在進行設(shè)備選型及配置的過程中需遵循選擇技術(shù)先進、功能使用、經(jīng)濟合理的原則，通過明確的標準和詳細的論證，全面掌握試驗儀器設(shè)備性能要求及市場價格行情信息，盡量配置性價比高的儀器設(shè)備，做一個先進性、實用性、可靠性、經(jīng)濟性相結(jié)合的儀器設(shè)備配置計劃。

其次，根據(jù)設(shè)備配置計劃選擇相關(guān)設(shè)備型號，確定儀器設(shè)備具體尺寸、自重、試驗操作要求，對每一個實驗室的所需基礎(chǔ)設(shè)施進行更深層次的規(guī)劃，如確定每個實驗室主要儀器設(shè)備的布置方式以及實驗平臺等的安裝位置。對于目前位置無法確定的，把空間預(yù)留出來;確定每個實驗室的設(shè)備構(gòu)成及實驗室用電總功率、用水量、實驗室工作環(huán)境(溫度、濕度等);設(shè)備安裝要求等，需要開挖設(shè)備基礎(chǔ)且設(shè)立減震溝等措施對基礎(chǔ)作減震處理的，如徐變儀(見圖4)，需提前對設(shè)備進行平面布置見圖2，并與廠家溝通，由對方提供必要的設(shè)備基礎(chǔ)及布置圖，并安裝恒溫恒濕控制系統(tǒng);安裝、運輸需要很大的空間的，如部分大型儀器設(shè)備，需要安裝大尺寸的門、較寬大的運輸通道、設(shè)備運行有足夠的空間等等諸如此類的要求，涵蓋了大量的實驗室基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，是一項非常繁瑣卻又十分重要的工作，都需要設(shè)備技術(shù)性能逐一確認以后，才能逐一落實，使建成的實驗室配備的設(shè)備能高效的運行，滿足試驗工作的需要。

5 實驗室信息化

混凝土耐久性實驗室，涉及大量的試驗數(shù)據(jù)存儲、傳遞、相關(guān)設(shè)備測試軟件使用、升級、實驗室平臺管理等一系列工作，對網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)有著巨大的需求。在未來實驗室建設(shè)中應(yīng)充分考慮信息化建設(shè)規(guī)劃，借助現(xiàn)代信息技術(shù)和仿真技術(shù)優(yōu)勢，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)實驗資源共享、提高實驗質(zhì)量、優(yōu)化資源配置和提升管理水平，促進實驗室各項工作的全面建設(shè)和發(fā)展。規(guī)劃建設(shè)的重點是將各種儀器設(shè)備資料、原始試驗資料、檢測軟件及實驗室現(xiàn)有質(zhì)量管理體系的應(yīng)用與先進的計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和科學(xué)的模擬仿真技術(shù)相結(jié)合，使基于傳統(tǒng)模式概念下的實驗室各項工作在現(xiàn)代信息理念和信息規(guī)范的引導(dǎo)下發(fā)生質(zhì)的演變，實現(xiàn)實驗室工作的現(xiàn)代化、開放化和高效化。通過安裝適合的實驗室信息化管理軟件，在每一個實驗室中設(shè)置專門的網(wǎng)絡(luò)接口，配置數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)存儲器等主要設(shè)備，使大中型試驗設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時采集、實時上傳、試驗過程實時監(jiān)控等眾多功能。實驗室信息化進一步加強實驗室在檢測和科研方面對信息資源的應(yīng)用效率，提高實驗室管理水平，突出實驗室綜合信息管理平臺、數(shù)字實驗室和虛擬實驗室的特色，不斷促進實驗室的全面發(fā)展，提升實驗室的綜合競爭力，為實驗室的高效運行奠定了良好的基礎(chǔ)。

6 結(jié)束語

混凝土耐久性實驗室規(guī)劃是一項綜合性很強的系統(tǒng)工程，涉及實驗室建設(shè)的方方面面，需要綜合考慮實驗室合理布局及平面設(shè)計，試驗設(shè)備合理配置、實驗室信息化以及供電、供水、供氣、通風(fēng)等基礎(chǔ)設(shè)施和基本條件。只有科學(xué)嚴謹?shù)貙嶒炇疫M行整體規(guī)劃，用先進的科學(xué)儀器設(shè)備和完善的實驗室管理提升現(xiàn)代科技水平，才能為實驗室創(chuàng)造一個安全、高效、舒適的理想實驗環(huán)境，使其能更好地為生產(chǎn)、科研、工程項目服務(wù)。

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