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清水混凝土的發展歷程
國外清水混凝土發展歷程
清水混凝土產生于20世紀20年代,隨著混凝土廣泛應用于建筑施工領域,建筑師們逐漸把目光從混凝土作為一種結構材料轉移到材料本身所擁有的質感上,開始用混凝土與生俱來的裝飾性特征來表達建筑傳遞出的情感。此時多為國際主義風格。為的是路易·康(Louis Kahn)設計的耶魯大學英國藝術館,美國設計師埃羅·沙里寧(Eero Searinen)設計的紐約肯尼迪國際機場環球航空大樓、華盛頓達拉斯國際機場候機大樓等。到20世紀60年代,越來越多的清水混凝土出現在歐洲,北美洲等發達。到了80年代,一批新起的建筑師延續了國際主義風格,強調高技術、強調建筑結構的科學技術含量,形成了“高技派”,它們的代表人物有理查德 ·羅杰斯、諾曼·福斯特等,典型作品如香港匯豐銀行。在亞洲,日本走到了建筑前列。第二次世界大戰以后,百廢待興,部分混凝土建筑省掉了抹灰、裝飾的工序而直接使用,演繹到今天,日本的清水混凝土技術已經得到了很大的發展。在混凝土應用上,日本改變了以前的不加以修飾的水泥表面手法,利用現代的外墻修補技術,將水泥墻面拆掉模板后進行處理,使水泥表面達到非常精致的水平,同時又充分展現出水泥本身特有的原始和樸素的一面。一種被認為更接近于東方禪學無為而為的思想,被以有“清水混凝土詩人”之稱的安藤忠雄為代表的日本建筑師融人在其設計中,充分體現了東方文化色彩。
我國清水混凝土發展歷程
在我國,清水混凝土是隨著混凝土結構的發展不斷發展的。20世紀70年代,在內澆外掛體系的施工中,清水混凝土主要應用在預制混凝土外墻板反打施工中,取得了進展。后來,由于人們將外裝飾的目光都投諸于面磚和玻璃幕墻中,清水混凝土的應用和實踐幾乎處于停滯狀態。直至1997年,北京市設立了“結構長城杯工程”獎,推廣清水混凝土施工,使清水混凝土重獲發展。近年來,少量建筑工程如海南三亞機場,首都機場,上海浦東國際機場航站樓、東方明珠的大型斜筒體等都采用了清水混凝土。
隨著綠色建筑的客觀需求,人們環保意識的不斷提高,返樸歸真的自然思想的深入人心,我國清水混凝土工程的需求已不再局限于道路橋梁、廠房和機場,在工業與民用建筑中也得到了一定的應用。由中建一局二公司作為總承包商建設的聯想研發基地,被建設部科技司列為“中國首座大面積清水混凝土建筑工程”,標志著我國清水混凝土已發展到了一個新的階段,是我國清水混凝土發展歷史上的一座重要里程碑。
清水混凝土采用氟碳透明涂料進行保護涂裝,不僅是必要的,而且是必須的,有兩大原因如下:
1)、三大物質對混凝土的侵蝕:
對清水混凝土的保護,主要是避免混凝土結構體長期顯露自然,接觸氧化物,二氧化碳、水份等物質,造成混凝土堿性值降低,進而破壞鋼筋之鈍化保護膜,致使鋼筋腐蝕或混凝土表面菜裂。
(1)炭化作用
在混凝土結構中形成的氫氧化物(包括矽酸鈣)和氫氧化鈣Ca(OH)2,保持一個PH值在12-13之間的堿性環境。在形成鈍化層,以保護鋼筋使之免受腐蝕。而混凝土表面混凝土遇到空氣中二氧化碳的作用,使氫氟化鈣慢慢經過化學反應變成碳酸鈣,使之堿性降低,碳化到鋼筋表現時,大氣中通常含0.2%-03%的二氧化碳,而助只要有大氣存在的地方,就必然存在二氧化碳,而混凝土結構也有不少部分存在于二氧化碳環境中。對于普通的硅酸鹽而言,水化產生的氫氧化鈣可達到整個水化物的10%-15%,這會降低混凝土的PH值。當PH值低于9.5時,鋼筋表面的鈍化層就會遭到破壞,導致鋼筋開始生銹。一理鋼筋生銹后,它的體積會明顯增大,這種膨脹導致混凝土破裂并終散裂。
(2)氯化物作用
混凝土屬于碳性材料,其孔隙溶液的PH值為12-14,因而對鋼筋具有較好的保護作用,有利于鋼筋表面形成保護鋼筋的鈍化膜,但這種鈍化膜只有在高堿性環境中才是穩定的。如果周圍環境PH值降到11.8時,鈍化膜就開始變得不穩定。當PH值值繼續降到9.88時,鈍化膜就開始變得難以生存或逐漸破壞。使得進入混凝土中的氯離子吸附于鈍化膜處,并使鈍化膜的PH值迅速降低,逐步酸化,從而使得鈍化膜被破壞,易發生銹繼而銹蝕產物體積膨脹,使混凝土層開裂與脫落。
(3)水作用
混凝土在水化作用時,水泥中氯化鈣生成氫氧化鈣,使混凝土中含有大量的氫氧要離子,使PH值一般可達到12.5-13.5,鋼筋在這樣的高堿環境中,表面容易生成一層鈍化膜,這種鈍化膜能阻止鋼筋的銹蝕。混凝土的氣孔具有吸水性,在與自然環境的長期接觸過程中,水的滲透加快了混凝土內有孔區域的腐蝕。尤其是對鈍化膜遭到破壞,導致鋼筋開始銹蝕。
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三種相互作用過程中產生的風化破壞
(1)物理風化
物理風化表現方式主要為:
a、風沙擊打混凝土的表面,使得混凝土表面粗糙,失去光澤,嚴重者破壞混凝土,尤其是文物類的造型輪廓,使得文物面目全非。
b、溫度變化也是物理風化的另一重要條件,自然狀態下的混凝土受溫度冷熱交替變化的影響,會產生熱脹冷縮,造成表面崩裂瓦解。
c、凍融風化是混凝土內部的水分受低溫影響,結冰后產生膨脹力,造成巖石結構松散,逐漸發展到表層粒狀脫落。
物理風化是一種機械風化,混凝土的化學成分沒有得到改變,也沒有形成新的礦物。紫外線對混凝土的顏色直接影響是使混凝土褪色,顏色鮮艷的混凝土會變得暗淡或者失去原有顏色。紫外線對混凝土的影響還沒有系統的文獻記載,我們將紫外線對混凝土的老化作用也歸類到物理風化范疇。(2)生物風化
生物風化作用是指生物活動對混凝土的破壞作用,一方面引起混凝土的機械破壞,如樹根生長對于混凝土的壓力可達10kg/cm2~15kg/cm2,這能使根深入混凝土裂縫,劈開混凝土;另一方面植物根分泌出的有機酸,也可以使混凝土分解破壞。這一現象多發生在露天大型的文物上。此外,植物、藻類的生活和死亡分解可以形成腐殖酸,這種酸分解混凝土的能力也很強。
(3)化學風化
化學風化是指自然界發生的使得混凝土化學成分發生改變的作用。表現方式有氧化作用、溶解作用、水解作用、水化作用。化學風化來自于混凝土以外的物質如氧氣、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等,以空氣或水作為介質,與混凝土中的活躍化學成分發生反應,生成新的礦物成分。
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