工程問題矛盾性

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1、工程問題的矛盾性——從一起鋼筋銹蝕導(dǎo)致的工程事故說起曲哲2004-4-22本文的重點(diǎn)在于說明工程問題的矛盾性，它是由其的復(fù)雜性與綜合性決定的。為了避免空洞的議論，舉一個(gè)實(shí)際的例子是很有必要的。一、建筑結(jié)構(gòu)缺陷與事故綜述[1]我國現(xiàn)行的《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)應(yīng)滿足下列功能要求：1在正常施工和正常使用時(shí)能承受可能出現(xiàn)的各種作用2在正常使用時(shí)具有良好的工作性能3在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性能4在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后仍能保持必需的整體穩(wěn)定性如果一幢建筑滿足不了上述規(guī)定，那么就說這一建筑結(jié)

2、構(gòu)存在缺陷。缺陷可大可小，小的缺陷仍不會影響結(jié)構(gòu)安全，比如墻體不平整、防水層沒做好之類；但大的缺陷很可能帶來嚴(yán)重的后果，比如建筑物變形過大無法正常使用，甚至?xí)?dǎo)致建筑物的倒塌。僅從以上對缺陷的定義就可以看出工程問題有多模糊了，上述四條準(zhǔn)則中諸如“可能”、“良好”等字眼在數(shù)學(xué)家看來也許太不可靠了。由建筑物存在缺陷而造成的建筑物臨近破壞、破壞和倒塌，統(tǒng)稱建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量事故。除了質(zhì)量事故外，人為的使用不當(dāng)也可能造成事故，比如將一般教學(xué)樓未作加固即改用作圖書館，則可能由于荷載的增加而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。單就質(zhì)量事故而言，其原因也多種多樣。文[2

3、]將造成工程質(zhì)量事故的原因?yàn)槲宕箢?，如?所示。表1：事故原因分析事故原因類型斟察缺陷設(shè)計(jì)缺陷材料缺陷施工缺陷使用缺陷頻率（%）1427.81237.68.6其中前四類都屬于工程質(zhì)量事故，而最后一類“使用缺陷”占很小的比重。事故的原因往往是錯(cuò)綜復(fù)雜的，下文中舉的例子就是這樣。那么對于一次由多種缺陷，比如又有施工缺陷又有設(shè)計(jì)缺陷，造成的事故，應(yīng)該算到哪一類里面呢？文[2]的作者并沒有解釋。所以我對表1的數(shù)據(jù)尚點(diǎn)兒懷疑。不過這個(gè)表畢竟為我們總結(jié)出一些事故原因的大類，并且大概的告訴了我們各種缺陷在工程事故中占的份量。必須強(qiáng)調(diào)的是，這一張

4、看似清晰的表格實(shí)際上包含著極其復(fù)雜的工程問題。建筑工程事故的一個(gè)罪魁是設(shè)計(jì)與施工缺陷的復(fù)合作用。下文中的例子正屬于這種情況。這種復(fù)合作用在各種缺陷中占主要地位，按表1來看，其出現(xiàn)的頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它缺陷。二、建筑結(jié)構(gòu)中的鋼筋銹蝕概述[3]下文要舉的例子與鋼筋銹蝕有關(guān)。鋼筋銹蝕是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的最關(guān)鍵問題。[4]1．鋼筋銹蝕的后果（1）混凝土保護(hù)層沿鋼筋長度方向開裂，局部保護(hù)層剝落，銹蝕鋼筋外露鋼筋銹蝕產(chǎn)生的體積膨脹可達(dá)原體積的數(shù)倍，使鋼筋位置處的混凝土受到內(nèi)壓力而產(chǎn)生裂縫，并隨之剝落。（2）鋼筋與混凝土脫開鋼筋在混凝土內(nèi)的有效

5、面積減小，這時(shí)混凝土構(gòu)件表面雖然無明顯開裂跡象，但鋼筋已與混凝土脫開。（3）鋼筋截面減小，導(dǎo)致構(gòu)件承載力不足，發(fā)生局部破壞或過大變形（4）只有大自然自己才知道還會產(chǎn)生其它什么出人意料的后果[3]2．鋼筋銹蝕的原因（1）骨料中含有氯化鹽混凝土環(huán)境通常為高堿性，這是由水泥中少量NaO、KO及其水化放出的CaOH()222形成的。沉淀在鋼材表面的FeO形成一層粘附牢固的薄膜，抑制了進(jìn)一步的銹蝕，即為鈍34化。但是如果堿性環(huán)境被破壞，這層保護(hù)膜也不再存在，這樣失去保護(hù)的鋼筋會非常迅速的?腐蝕并導(dǎo)致破壞。許多因素都可能破壞混凝土的堿性環(huán)境，

6、Cl侵入和混凝土碳化是兩個(gè)主要因素。（2）外部進(jìn)入氯化鹽與（1）相同，只是氯離子的來源不同而已。（3）混凝土碳化大氣中的CO與混凝土中的堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使破壞混凝土的堿性環(huán)境，這就是混2凝土的碳化。HS、SO等物質(zhì)也能產(chǎn)生同樣的效果。22（4）保護(hù)層不足?這會使混凝土更容易碳化，也使Cl更容易侵入到鋼筋附近的混凝土中。三、一起鋼筋銹蝕導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效的事故案例1．事故概況青島市某16層混凝土結(jié)構(gòu)大樓1989年11月竣工，1990年4月交付使用。3年后樓蓋鋼筋嚴(yán)重腐蝕，致使結(jié)構(gòu)失效，16層樓蓋全部拆卸，其使用期遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)要求。2該樓

7、距海岸不足100m；建筑面積10700m；結(jié)構(gòu)形式為現(xiàn)澆剪力墻-密肋樓蓋，肋間填充輕質(zhì)加氣混凝土塊。2．鋼筋銹蝕情況這起事故非常典型的展示了鋼筋銹蝕對結(jié)構(gòu)的影響。(1)樓蓋混凝土出現(xiàn)沿鋼筋走向的裂縫，破壞了鋼筋與其周圍混凝土的粘結(jié)。早在1990年,在使用不足一年時(shí)間內(nèi)就開始出現(xiàn)這種裂縫,至1992年，裂縫發(fā)展迅速,遍布于各層樓蓋。一個(gè)特點(diǎn)是樓蓋鋼筋嚴(yán)重銹蝕而剪力墻卻無大礙。(2)樓蓋局部混凝土保護(hù)層剝落。在嚴(yán)重腐蝕的地方，樓板縱橫向鋼筋處出現(xiàn)空鼓,成片脫落。全樓出現(xiàn)大面積混凝土保護(hù)層脫落的房間數(shù)量達(dá)總量的12%。(3)鋼筋截面面積

8、削減。最嚴(yán)重的樓層鋼筋全部腐蝕，截面面積削減至0；最輕微的，則難以區(qū)別是否是在混凝土澆注前形成的微銹。在多數(shù)情況下,鋼筋腐蝕形成的銹皮厚度從2.0mm至8.0mm不等。因腐蝕而出現(xiàn)截面面積削減的鋼筋主要是肋梁主筋、板底受力筋,另外有少部分樓梯平臺梁