我國是自然災(zāi)害頻發(fā)的國家，開展重大工程安全和耐久性研究，為保障軍用和民用工程的安全建設(shè)和運(yùn)營提供科學(xué)支撐，對緩解和解決目前國內(nèi)重大工程安全和質(zhì)量事故頻發(fā)的現(xiàn)狀，具有十分重要的意義。
混凝土結(jié)構(gòu)在使用期限內(nèi)的破壞往往是氣候因素與侵蝕環(huán)境、正常使用時(shí)的力學(xué)環(huán)境等長期效應(yīng)與風(fēng)荷載、地震作用等瞬時(shí)效應(yīng)綜合作用的結(jié)果，由于所建造的時(shí)間和所處的環(huán)境不同，其安全性能也不相同。因此，需要綜合考慮長期效應(yīng)與瞬時(shí)效應(yīng)作用下結(jié)構(gòu)的安全問題，并在運(yùn)營階段對結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康檢測和監(jiān)測，進(jìn)行健康狀況耐久性評估和加固，確保結(jié)構(gòu)在使用期限內(nèi)的安全。
混凝土結(jié)構(gòu)根據(jù)所處環(huán)境的不同可以劃分為大氣環(huán)境、土壤環(huán)境、海洋環(huán)境和工業(yè)環(huán)境等。環(huán)境中的侵蝕性介質(zhì)通過各種途徑進(jìn)入混凝土內(nèi)部，使鋼筋和混凝土的性能劣化、粘結(jié)性能降低，使得混凝土結(jié)構(gòu)的承載力，適用性和安全性降低，終會影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)可能沒有達(dá)到設(shè)計(jì)壽命就提前發(fā)生破壞?；炷两Y(jié)構(gòu)根據(jù)引起耐久性損傷的原因，又可以將環(huán)境劃分為一般環(huán)境、特殊環(huán)境和災(zāi)害環(huán)境。一般環(huán)境中的二氧化碳、酸雨、濕度與溫度等能使混凝土中性化，并使混凝土中的鋼筋產(chǎn)生銹蝕，而環(huán)境濕度與溫度則是影響鋼筋銹蝕的主要因素；特殊環(huán)境中的鹽、酸、堿是導(dǎo)致鋼筋銹蝕破壞與混凝土腐蝕破壞的主要原因，如寒冷地區(qū)的凍害、沿海地區(qū)的鹽害、腐蝕性土壤及工業(yè)環(huán)境中的酸堿腐蝕等；災(zāi)害環(huán)境主要指火災(zāi)、地震等對結(jié)構(gòu)造成的偶發(fā)損傷，這些損傷與環(huán)境損傷造成的因素共同作用，將使結(jié)構(gòu)性能隨時(shí)間劣化。如果說結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)解決的是構(gòu)件或結(jié)構(gòu)承載能力問題，那么結(jié)構(gòu)耐久性研究則解決的是混凝土抵抗環(huán)境作用能力問題。
混凝土結(jié)構(gòu)大量應(yīng)用于海洋、鹽漬土、凍融、工業(yè)腐蝕等嚴(yán)酷環(huán)境的建筑、碼頭、橋梁、隧道、公路、機(jī)場等重要工程，因而混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題已經(jīng)成為學(xué)術(shù)界和工程界的重要前沿研究方向之一。
混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性、早期開裂及裂縫控制不僅與材料內(nèi)在特性有關(guān)，更受控于各種環(huán)境參數(shù)的變化，如溫度、濕度、陽光輻照、冰、雨、雪凍融、腐蝕等。隨著工業(yè)化的快速推進(jìn)特別是從上個(gè)世紀(jì)后期以來，各種工業(yè)廢水、廢氣、廢渣的大量排放使環(huán)境條件在不斷地加劇惡化。
大氣自然環(huán)境中各種酸雨的出現(xiàn)與水源的污染加重以及各種有害氣體浸蝕等化學(xué)性侵害也給混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性等帶來嚴(yán)重影響。而現(xiàn)場進(jìn)行土木工程結(jié)構(gòu)的耐久性試驗(yàn)，周期長、費(fèi)用高，再現(xiàn)或者重復(fù)各種條件非常困難甚至不可能。因此需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)室內(nèi)模擬環(huán)境進(jìn)行長期的、穩(wěn)定的或加速的土木工程結(jié)構(gòu)耐久性機(jī)理的仿真研究——人工環(huán)境模擬試驗(yàn)。
現(xiàn)代混凝土結(jié)構(gòu)人工模擬環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)包括環(huán)境模擬試驗(yàn)的設(shè)計(jì)、多種耦合環(huán)境的實(shí)現(xiàn)、加速試驗(yàn)與自然環(huán)境試驗(yàn)的相關(guān)性以及檢測設(shè)備、儀器的應(yīng)用等諸多關(guān)鍵環(huán)節(jié)。利用環(huán)境模擬技術(shù)，建設(shè)大型混凝土耐久性試驗(yàn)室即人工氣候試驗(yàn)室，可從時(shí)間到空間模擬所需要的各種環(huán)境現(xiàn)象或者條件，如自然氣候環(huán)境、工業(yè)環(huán)境、海洋環(huán)境、鹽漬土環(huán)境、凍融環(huán)境等，并實(shí)現(xiàn)多種環(huán)境因素的耦合作用，同時(shí)能夠與加載裝置聯(lián)合運(yùn)用，模擬真實(shí)的荷載效應(yīng)。在模擬的實(shí)際環(huán)境中進(jìn)行各種工程材料與構(gòu)件、結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)，可對環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行定性、定量、全面、系統(tǒng)的仿真分析，對土木工程結(jié)構(gòu)尤其是混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性、裂縫控制、各種早期特性的研究實(shí)現(xiàn)從源頭創(chuàng)新，有積極的推動(dòng)作用。
我公司和國內(nèi)各大院校合作研發(fā)的混凝土（結(jié)構(gòu)）耐久性試驗(yàn)室即ZHS系列多功能氣候擬試驗(yàn)室，可在一定范圍內(nèi)模擬自然環(huán)境中的溫度、濕度、日照、淋雨、鹽霧、霜凍、大氣酸雨(CO2、SO2氣體)等環(huán)境。該試驗(yàn)室環(huán)境模擬采用了制冷、加熱、除濕、加濕和紫外線輻射等設(shè)備，同時(shí)在室內(nèi)布置噴液管、噴氣管，用以噴入鹽霧、酸雨、低濃度的CO2和SO2氣體等。
環(huán)境模擬試驗(yàn)室分為2部分，一部分為高低溫濕熱交變日照雨淋實(shí)驗(yàn)區(qū)，另一部分為鹽霧、腐蝕氣體環(huán)境、海洋環(huán)境實(shí)驗(yàn)區(qū)。兩部分可獨(dú)立運(yùn)行，單獨(dú)進(jìn)行有關(guān)試驗(yàn)，也可交替進(jìn)行同批次結(jié)構(gòu)模型試件的試驗(yàn)，即實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)環(huán)境的綜合性。實(shí)驗(yàn)室為30m3，60m3，120m3（具體尺寸可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)定制）
試驗(yàn)室各分系統(tǒng)主要有：主室體、空氣循環(huán)系統(tǒng)、新風(fēng)系統(tǒng)、日照系統(tǒng)、淋雨系統(tǒng)、加濕系統(tǒng)、除濕系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。研究各分系統(tǒng)的技術(shù)及設(shè)備配套，在保證各分系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制的基礎(chǔ)上，進(jìn)行智能化操作控制。試驗(yàn)室設(shè)備應(yīng)使用防腐材料，以適應(yīng)所模擬的腐蝕環(huán)境，保證試驗(yàn)系統(tǒng)的可靠性和長期運(yùn)行。建成后將為承擔(dān)土木工程領(lǐng)域的建筑、橋梁、隧道、碼頭、公路、鐵路和城市軌道交通相關(guān)的國家重大基礎(chǔ)科學(xué)項(xiàng)目和國家重點(diǎn)（重大）工程項(xiàng)目提供試驗(yàn)研究平臺。各大院校建成擁有功能全、規(guī)模大、自動(dòng)化控制的大型步入式人工環(huán)境模擬試驗(yàn)室，可以完善院校的土木工程結(jié)構(gòu)耐久性研究系統(tǒng)，取得一批*的高水平研究成果，繼續(xù)保持土木工程學(xué)科的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究方向在國內(nèi)的優(yōu)勢學(xué)術(shù)地位，進(jìn)一步提升研究水平，提高科技創(chuàng)新能力，加速人才培養(yǎng)，為今后爭取國家重點(diǎn)科研計(jì)劃項(xiàng)目和國家省部級重點(diǎn)土木工程科研項(xiàng)目提供科學(xué)研究平臺。
可以實(shí)現(xiàn)的主要功能有：
- 模擬自然條件下的氣候環(huán)境、海洋環(huán)境、工業(yè)環(huán)境；
- 人工氣候環(huán)境下各種工程材料、結(jié)構(gòu)的耐久性試驗(yàn)；
- 人工氣候環(huán)境混凝土結(jié)構(gòu)熱學(xué)性能及早期特性試驗(yàn)；
- 人工氣候環(huán)境混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制研究；
- 海洋環(huán)境下工程材料、結(jié)構(gòu)的耐久性試驗(yàn)；
- 海洋環(huán)境混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制研究；
- 工業(yè)腐蝕環(huán)境下工程材料、結(jié)構(gòu)耐久性試驗(yàn)；
- 其他有關(guān)的環(huán)境試驗(yàn)(綜合環(huán)境、可靠性試驗(yàn)等)。
目前環(huán)境模擬試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展迅速，科技成果不斷涌現(xiàn)，需要掌握環(huán)境模擬技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)和技術(shù)水平，根據(jù)土木工程結(jié)構(gòu)環(huán)境試驗(yàn)的具體要求，研究土木工程結(jié)構(gòu)環(huán)境模擬試驗(yàn)室關(guān)鍵技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)、高水平土木工程結(jié)構(gòu)的環(huán)境模擬試驗(yàn)室，為各大院校校土木工程科學(xué)的快速發(fā)展就顯得尤為必要。
因此，利用環(huán)境模擬技術(shù)，建設(shè)大型多功能自動(dòng)控制混凝土結(jié)構(gòu)環(huán)境模擬室，可以人工模擬各種大氣環(huán)境、工業(yè)環(huán)境的單一因素或綜合因素作用，開展混凝土環(huán)境試驗(yàn)及相關(guān)理論研究。在實(shí)驗(yàn)室對混凝土材料、結(jié)構(gòu)的基本熱學(xué)、力學(xué)、收縮、徐變、損傷等特性及其與各種氣候環(huán)境、海洋環(huán)境、腐蝕環(huán)境的定量關(guān)系進(jìn)行全面系統(tǒng)的仿真研究，加強(qiáng)材料與結(jié)構(gòu)的學(xué)科交叉。針對小型構(gòu)件或大型結(jié)構(gòu)仿真模型，真實(shí)再現(xiàn)工程實(shí)際環(huán)境，進(jìn)行結(jié)構(gòu)裂縫的開裂機(jī)制、開裂應(yīng)力發(fā)展變化、裂縫形成、結(jié)構(gòu)破壞的全過程跟蹤試驗(yàn)研究，達(dá)到從表觀至本質(zhì)、微觀至宏觀的規(guī)律解析，裂控研究將會有較大的突破。因此研究混凝土環(huán)境模擬試驗(yàn)室技術(shù)是非常必要的，對保證結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性有重要意義。
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