工程问题矛盾性

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1、工程问题的矛盾性——从一起钢筋锈蚀导致的工程事故说起曲哲2004-4-22本文的重点在于说明工程问题的矛盾性，它是由其的复杂性与综合性决定的。为了避免空洞的议论，举一个实际的例子是很有必要的。一、建筑结构缺陷与事故综述[1]我国现行的《建筑结构可靠度设计统一标准》规定，结构在规定的设计使用年限内应满足下列功能要求：1在正常施工和正常使用时能承受可能出现的各种作用2在正常使用时具有良好的工作性能3在正常维护下具有足够的耐久性能4在设计规定的偶然事件发生时及发生后仍能保持必需的整体稳定性如果一幢建筑满足不了上述规定，那么就说这一建筑结

2、构存在缺陷。缺陷可大可小，小的缺陷仍不会影响结构安全，比如墙体不平整、防水层没做好之类；但大的缺陷很可能带来严重的后果，比如建筑物变形过大无法正常使用，甚至会导致建筑物的倒塌。仅从以上对缺陷的定义就可以看出工程问题有多模糊了，上述四条准则中诸如“可能”、“良好”等字眼在数学家看来也许太不可靠了。由建筑物存在缺陷而造成的建筑物临近破坏、破坏和倒塌，统称建筑结构的质量事故。除了质量事故外，人为的使用不当也可能造成事故，比如将一般教学楼未作加固即改用作图书馆，则可能由于荷载的增加而导致结构破坏。单就质量事故而言，其原因也多种多样。文[2

3、]将造成工程质量事故的原因为五大类，如表1所示。表1：事故原因分析事故原因类型斟察缺陷设计缺陷材料缺陷施工缺陷使用缺陷频率（%）1427.81237.68.6其中前四类都属于工程质量事故，而最后一类“使用缺陷”占很小的比重。事故的原因往往是错综复杂的，下文中举的例子就是这样。那么对于一次由多种缺陷，比如又有施工缺陷又有设计缺陷，造成的事故，应该算到哪一类里面呢？文[2]的作者并没有解释。所以我对表1的数据尚点儿怀疑。不过这个表毕竟为我们总结出一些事故原因的大类，并且大概的告诉了我们各种缺陷在工程事故中占的份量。必须强调的是，这一张

4、看似清晰的表格实际上包含着极其复杂的工程问题。建筑工程事故的一个罪魁是设计与施工缺陷的复合作用。下文中的例子正属于这种情况。这种复合作用在各种缺陷中占主要地位，按表1来看，其出现的频率远远高于其它缺陷。二、建筑结构中的钢筋锈蚀概述[3]下文要举的例子与钢筋锈蚀有关。钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性的最关键问题。[4]1．钢筋锈蚀的后果（1）混凝土保护层沿钢筋长度方向开裂，局部保护层剥落，锈蚀钢筋外露钢筋锈蚀产生的体积膨胀可达原体积的数倍，使钢筋位置处的混凝土受到内压力而产生裂缝，并随之剥落。（2）钢筋与混凝土脱开钢筋在混凝土内的有效

5、面积减小，这时混凝土构件表面虽然无明显开裂迹象，但钢筋已与混凝土脱开。（3）钢筋截面减小，导致构件承载力不足，发生局部破坏或过大变形（4）只有大自然自己才知道还会产生其它什么出人意料的后果[3]2．钢筋锈蚀的原因（1）骨料中含有氯化盐混凝土环境通常为高碱性，这是由水泥中少量NaO、KO及其水化放出的CaOH()222形成的。沉淀在钢材表面的FeO形成一层粘附牢固的薄膜，抑制了进一步的锈蚀，即为钝34化。但是如果碱性环境被破坏，这层保护膜也不再存在，这样失去保护的钢筋会非常迅速的−腐蚀并导致破坏。许多因素都可能破坏混凝土的碱性环境，

6、Cl侵入和混凝土碳化是两个主要因素。（2）外部进入氯化盐与（1）相同，只是氯离子的来源不同而已。（3）混凝土碳化大气中的CO与混凝土中的碱性物质发生反应，使破坏混凝土的碱性环境，这就是混2凝土的碳化。HS、SO等物质也能产生同样的效果。22（4）保护层不足−这会使混凝土更容易碳化，也使Cl更容易侵入到钢筋附近的混凝土中。三、一起钢筋锈蚀导致结构失效的事故案例1．事故概况青岛市某16层混凝土结构大楼1989年11月竣工，1990年4月交付使用。3年后楼盖钢筋严重腐蚀，致使结构失效，16层楼盖全部拆卸，其使用期远远低于设计要求。2该楼

7、距海岸不足100m；建筑面积10700m；结构形式为现浇剪力墙-密肋楼盖，肋间填充轻质加气混凝土块。2．钢筋锈蚀情况这起事故非常典型的展示了钢筋锈蚀对结构的影响。(1)楼盖混凝土出现沿钢筋走向的裂缝，破坏了钢筋与其周围混凝土的粘结。早在1990年,在使用不足一年时间内就开始出现这种裂缝,至1992年，裂缝发展迅速,遍布于各层楼盖。一个特点是楼盖钢筋严重锈蚀而剪力墙却无大碍。(2)楼盖局部混凝土保护层剥落。在严重腐蚀的地方，楼板纵横向钢筋处出现空鼓,成片脱落。全楼出现大面积混凝土保护层脱落的房间数量达总量的12%。(3)钢筋截面面积

8、削减。最严重的楼层钢筋全部腐蚀，截面面积削减至0；最轻微的，则难以区别是否是在混凝土浇注前形成的微锈。在多数情况下,钢筋腐蚀形成的锈皮厚度从2.0mm至8.0mm不等。因腐蚀而出现截面面积削减的钢筋主要是肋梁主筋、板底受力筋,另外有少部分楼梯平台梁