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中心，北京 101300)

1 建設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，其結構往往作為土木工程結構設計中的首選形式之一，廣泛應用于工業(yè)與民用建筑、道路、橋梁、水利工程等建筑和構筑物，而且越來越多地應用于海洋、嚴寒地區(qū)、遭受化學腐蝕等復雜工業(yè)環(huán)境的特殊建筑中。惡劣的環(huán)境使混凝土結構的耐久性受到嚴重影響，在施工建設和服役過程也暴露出許多值得關注的新問題，混凝土早期開裂導致結構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外也是屢見不鮮，并有愈演愈烈之勢。很多混凝土結構往往達不到預期的使用壽命，就受惡劣環(huán)境的影響而過早破壞以致拆除，或因混凝土結構的耐久性不足導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，由此造成很大的經濟損失及資源浪費，與當今國家大力提倡的低碳經濟背道而馳，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。耐久性技術體系不完善，測試方法單一，測試技術落后，評定及設計規(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設計往往只停留在滿足荷載等基本力學性能要求上，沒有或很難提出耐久性方面要求。工程技術人員缺乏必要的實施手段和依據，對耐久性技術的應用往往只停留在紙面上，難以對實際工程起到指導性的作用，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《混凝土結構耐久性設計規(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等技術標準，混凝土耐久性技術體系得到不斷完善。大量重點工程建設面臨混凝土結構耐久性設計咨詢、耐久性設計的可行性研究等實際需求，國家迫切需要建設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以及科研工作的需要。通過科學嚴謹的實驗室規(guī)劃，建設國內一流的混凝土專業(yè)重點實驗室，對本學科領域及學科建設和社會經濟發(fā)展將起到重要作用，對培養(yǎng)高水平、高質量的復合型的人才，大力提升本行業(yè)在國際的核心技術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首先要立足于滿足國家重點工程建設的需要，主要承擔和解決大中型建筑工程設計、施工和運行中提出的結構與材料應用基礎理論和應用技術問題，以及國家相關科技攻關課題項目的實施，為工程設計與施工及國家宏觀決策提供科學依據。在滿足現(xiàn)有科研項目的基礎上，實驗室規(guī)劃要充分考慮到未來30年試驗技術及混凝土技術發(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規(guī)模、基礎設施的投資規(guī)模、試驗設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發(fā)展需要給予預留，以后再做。根據試驗工作的目的和規(guī)模、功能、服務對象的主體及研究方向確定實驗室的規(guī)劃，主要內容包括實驗室功能分區(qū)、試驗設備配置、水電供應、采暖通風及空氣凈化、廢棄物處理及環(huán)境保護等基礎設施和基本條件。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、混凝土結構兩類，以測試混凝土試件為主，隨著耐久性測試技術及測試設備不斷地發(fā)展及完善，對混凝土結構的耐久性試驗研究及評估技術也有一定程度的深入。如混凝土結構環(huán)境模擬實驗室技術、結構混凝土耐久性無損檢測技術、耐久性評估方法等［4－6］，耐久性測試技術應用的工作場所已從傳統(tǒng)的室內試驗逐步擴展到室外檢測，對實驗室的技術要求各不相同。本文以某試驗基地建設為例，結合混凝土耐久性實驗室的特點，重點圍繞實驗室平面布局、實驗室設備配置、配套的試驗設施及試驗環(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;另一方面又要根據儀器設備類別，試驗工作流程，綜合考慮符合各項規(guī)范、標準要求、設備安裝及檢修要求、實驗室技術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備，避免不同的實驗室相互交叉影響，每個實驗室不同的設備之間不會造成相互干擾，對試驗結果產生不必要的影響，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)性能實驗室基礎上的延伸，通常都分別布置在成型室周圍;耐久性試驗設備及混凝土試件體積、重量較大，設備及試件搬運非常不便;部分設備如徐變儀還有設備基礎安裝要求，盡量考慮放置在一樓;如果一層實驗室規(guī)劃面積不夠，不需基礎安裝的設備也可放置在二樓，但要考慮設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。結合以下混凝土試驗工作流程來科學布置試驗儀器設備，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 內部布局

混凝土耐久性室內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、化學分析試驗等項目，以大型箱體式設備為主，要求較大的使用面積;室外檢測主要是結構混凝土耐久性檢測，多為便攜式無損檢測設備，設備體積小，沒有土建方面的安裝要求，放置設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備布置區(qū)域，把這些同類別的儀器設備相對集中放在一個或幾個實驗室。有些試驗儀器或設備，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，在保證其他試驗能正常進行的前提下，通常把有這類設備的試驗室布置在臨外墻處，以便安裝設備，如收縮室、徐變室、凍融室等。結合以上原則，按基地地塊形狀，可對混凝土耐久性實驗室進行相應的整體及內部布局，分別如圖2、圖3所示。

圖2 混凝土耐久性實驗室內部布局(一樓)圖

圖3 混凝土耐久性實驗室內部布局(二樓)圖

圖4 混凝土徐變儀

4 實驗室設備配置及相關要求

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備及工作環(huán)境，按照實驗室建設目標和科研及檢測任務確定實驗室設備配置?？筛鶕F(xiàn)有檢測標準或參考文獻推薦的較成熟的試驗方法，對試驗設備進行充分調研，以便因地制宜地根據實驗室規(guī)模，完成實驗室基本設備配置，做好實驗室的設備選型及論證工作。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、堿骨料反應性能等耐久性能測試技術，實體工程耐久性能測試技術、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備型號，確定試驗設備配置要求。在進行設備選型及配置的過程中需遵循選擇技術先進、功能使用、經濟合理的原則，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備，做一個先進性、實用性、可靠性、經濟性相結合的儀器設備配置計劃。

其次，根據設備配置計劃選擇相關設備型號，確定儀器設備具體尺寸、自重、試驗操作要求，對每一個實驗室的所需基礎設施進行更深層次的規(guī)劃，如確定每個實驗室主要儀器設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，把空間預留出來;確定每個實驗室的設備構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);設備安裝要求等，需要開挖設備基礎且設立減震溝等措施對基礎作減震處理的，如徐變儀(見圖4)，需提前對設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備基礎及布置圖，并安裝恒溫恒濕控制系統(tǒng);安裝、運輸需要很大的空間的，如部分大型儀器設備，需要安裝大尺寸的門、較寬大的運輸通道、設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設施建設，是一項非常繁瑣卻又十分重要的工作，都需要設備技術性能逐一確認以后，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，涉及大量的試驗數據存儲、傳遞、相關設備測試軟件使用、升級、實驗室平臺管理等一系列工作，對網絡信息技術有著巨大的需求。在未來實驗室建設中應充分考慮信息化建設規(guī)劃，借助現(xiàn)代信息技術和仿真技術優(yōu)勢，實現(xiàn)優(yōu)質實驗資源共享、提高實驗質量、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和發(fā)展。規(guī)劃建設的重點是將各種儀器設備資料、原始試驗資料、檢測軟件及實驗室現(xiàn)有質量管理體系的應用與先進的計算機技術、多媒體技術、網絡技術和科學的模擬仿真技術相結合，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)范的引導下發(fā)生質的演變，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置專門的網絡接口，配置數據采集器、數據存儲器等主要設備，使大中型試驗設備實現(xiàn)數據實時采集、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。

6 結束語

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，涉及實驗室建設的方方面面，需要綜合考慮實驗室合理布局及平面設計，試驗設備合理配置、實驗室信息化以及供電、供水、供氣、通風等基礎設施和基本條件。只有科學嚴謹地對實驗室進行整體規(guī)劃，用先進的科學儀器設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、科研、工程項目服務。

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