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廉慧珍丨他山之石 可以攻玉


[ 关闭本页 ] 2018年06月21日

“从前有座山,山里有座庙。”童年的歌谣一直这样传唱着。随着年龄和阅历的增长,小编发现,山里不只有座庙,还可以有个大会,有场新书首发式。

《混凝土早期热裂缝的预防》新书首发在即。本书由赵筠、谢永江主译,清华大学廉慧珍教授和覃维祖教授担任主审。这是一本引进版权的图书,为了便于大家阅读到原汁原味的英文,本书采用中英文对照的形式排版。审稿期间,廉慧珍教授为了弄清楚一句话、一个词的含义,翻阅大量英文原版资料,反复推敲。为了准确把握相关专业术语,廉教授还与力学、机械、水利、电力方面的专家进行交流探讨。小编在被她那求真务实、治学严谨的精神感动之余,也深受鼓舞和启发。

那么,这是一本什么样的书?我们为什么要翻译成中文与行业同仁分享?这本书应该怎么读?书中有哪些值得思考的问题?我们可以从廉慧珍教授为新书所作之序中找到答案。

廉慧珍 

2000年得到这本书后,我和覃维祖十几年来对这本书一直在关注和学习,每读一次都会有进一步的体会和认识。我们很希望把这本书中所述经验和研究成果介绍给国人,因囿于版权问题,只能多次在技术报告和培训授课中引用。感谢李克非教授联系RILEM,解决了版权问题。由赵筠主持,经过众多同仁的热情支持和无私帮助,中国铁道科学研究院谢永江带领各位年轻学者翻译成中文,终于和国人见面了。这本书的内容是RILEM TC-119TCE技术委员会8年研究的成果。尽管时过约20年,而从内容可见当时研究的思路清晰,考虑得全面周到,工作细致入微,其中的基本观念和技术措施至今仍然先进而可操作。

在美国混凝土学会(ACI)《混凝土手册》(Manual of Concrete Practice)中,207委员会(ACI Committee 207)关于“大体积混凝土”报告说到:一个结构或其部分的混凝土,如果需要采取措施控制热行为来减轻开裂,就可以看作“大体积混凝土”。这是对“预防混凝土早期热裂缝”的对象最恰当的诠释:“大体积混凝土”只是一种本质的形容,而不是体量。由于水泥的变化、工程条件的影响、对混凝土强度要求的提高等多方面因素,现代混凝土浇注后的发热量所引起的早期开裂并非只发生于大坝混凝土,亦非“最小断面尺寸大于1m(后来又被改为 0.8m) ”的混凝土。那些中等尺寸(例如厚度为30cm)构件的混凝土往往也需要控制因早期发热引起的开裂;尤其是散热条件差的地下连续墙、顶板、隧道衬砌与支护、基础等构件的混凝土,一般裂缝很难避免。本书所述研究和工程实例表明,水泥的水化热以及混凝土温度变化已经成为引起混凝土与钢筋混凝土早期开裂的主导原因。书中对水泥水化热、混凝土的热应力和开裂倾向、混凝土硬化过程温度以及力学行为发展等的试验方法、计算分析和预测方法详尽的阐述,都可为我们观念的转变、结合我国国情的继续研究和在工程中采取的对策提供借鉴。其中按结构构件或部件构造计算预测开裂的风险和对约束力的分析,更对我国的混凝土耐久性设计方面的研究有重要参考价值。例如书中推荐的用温度应力试验机进行混凝土开裂敏感性预测的技术,在我国已有屈指可数的单位使用(因为价格昂贵),验证了书中所述“已成功地确认最高开裂温度,对结构混凝土为10℃,对大体积混凝土为7℃。新拌混凝土的温度每升高10K,开裂温度升高1315K”。

又如,第6章和第9章中对外部约束的分析和计算、第9章中关于以控制承载裂缝为目的的配筋计算,以及第7章热应力计算模型和计算方法……无论对施工人员,还是对结构设计人员,都有参考价值。除了俄罗斯,西方国家高校没有建筑材料专业,书中各章作者都是“土木工程”出身从事结构工程研究、设计和建设的学者。而我国,结构工程师大都不懂得混凝土材料,对混凝土结构耐久性的设计没有经验,离开规范就不知所措;只会进行安全性的计算,不会进行耐久性设计;混凝土材料工程师力学、数学功底又欠缺,难以进行量化的预测;建设管理中又将设计、施工、材料分设部门归口,更不利于必然涉及材料与施工的混凝土结构耐久性设计水平。因此,本书出版发行的意义不仅在于技术层面,对我国建设各方思维方法和观念转变也都会有重要的启发和促进。

    本书中对中等大体积混凝土硬化初期热裂缝预防的概念及其影响因素的分析、对约束、应力的计算分析及开裂缝倾向的预测,应当说都具有经典意义。特别值得注意的是应力计算涉及的“徐变”问题的分析。以往认为混凝土初龄期的收缩应力可因徐变而得到松弛,但受拉徐变没有数据,则认为受拉和受压徐变一样,而使用受压的徐变代替。但是实际上不仅徐变机理仍不清楚,而且拉伸徐变更加难以测准。不少人研究直接检测的应力松弛,发现受拉松弛和受压松弛并不相同。因此本书不仅建议了多种压缩徐变模型,而且指出关于应力松弛进一步直接研究的必要性。

有人对我说了一句感言:读书要读老的。我亦有同感:“老书”数量很少。能经得起反复读而流传的老书,都是经过深思熟虑的,是亲力亲为的经验提升,逻辑缜密,内容扎实,行文严谨。好书常读,反复读,就会不断发现其精华,启发思考。有一些“老书”经过修订后,反而会有所减色,往往不是原作者造成的,而是其后人增加了未经考验的某些“新内容”。这也说明原著“老书”的珍贵。但是世界上不存在完美无缺,尤其是时代久远之后,材料和客观条件变化,或者限于原作者某些局限性,任何好书也会有因时代变迁而不再适用的内容,也有和读者的知识、观念、经验相异的之处而需要分析判断的问题,因此读书最重要的是思考,深层次地思考。任何实验都是使用标准试件和标准方法,在标准条件下进行的,必要时还会有些科学假设。当条件(包括材料特性)发生变化时,就会有不同的实验结果。因此对任何书中的论断都应分析其来源──理论上的逻辑和实施的条件与方法。

正像本书前言所述,其目的是是用现代观念和方法预测混凝土早期的应力和相关影响因素,替代以前的纯粹依靠现场经验的方法。”这无疑是混凝土工程科技的进步。20年来工程建设与科学技术的发展,上述变化也是必然的。现举数例与读者讨论:

①  本书4.4.5所述“养护温度较高,一般强度较低”。这个规律是当时用纯硅酸盐水泥实验的结果,而掺入矿物掺和料以后则恰好相反。工程实体构件中的混凝土尤其在夏季内部温度都会较高,当使用纯硅酸盐水泥时,初期(七天前)强度比同期标养强度高,七天以后,开始相反;初期强度越高,后期比同期标养强度低得越多。掺入粉煤灰或其他活性矿物掺和料的混凝土强度则始终高于同期标养强度,水胶比越低,高得越多。标准养护试件因尺寸较小,内部温度同于养护温度,故与此规律一致。

②  书中有几处提到用完全水化的混凝土试样”进行标定。但是并没有说明制备的方法。标定什么?怎样标定?水泥完全水化只能用高水灰比(例如1:1)的稀桨,不停地搅拌或震荡23天。但是因为多余水太多,硬化的试件完全不同于标准成型的试件。如果不这样做,正常成型的混凝土试件是不可能完全水化的。

③ 本书多处混凝土水化热”的提法是不确切的。水泥的水化热指的是“单位质量的水泥水化释放的热量”,度量单位是J/g,或kJ/kg。水化热的大小是水泥的本征特性,与水泥用量无关。混凝土的“发热”为因所用水泥水化放热导致的温升,度量单位是摄氏度(或华氏度(℉),或本书所用热力学温度开尔文(即绝对温度K),则与所用水泥用量有关。

④  9.9通过配筋防止裂缝,主要是从结构设计角度考虑的,目的是限制钢筋的混凝土保护层因荷载作用而产生裂缝的宽度,这与非承载后发生的裂缝不同。文中所述附加钢筋可类似于表面裂缝情况地限制结构开裂的倾向”,这里所述附加钢筋如果指的是构造配筋(又称架立筋),例如墙体的水平筋,应当设在主筋外面,而且应当细而密才有效。因为“保护层是保护钢筋免于锈蚀的,保护层厚度应当从最外层钢筋表面算起。而目前某些管理人员规定“保护层厚度从主筋中心算起”,有的结构设计为了“减小保护层厚度”,将构造筋设在主筋里面,这都是一种低级的错误,但却不是个例;还有的施工单位(或许有设计单位的支持)为了“防止表面裂缝”而在保护层附设一层钢丝网,这也是错误的,因为一旦该钢丝网锈蚀,就会立即威胁到里面的钢筋。

    关于翻译,我们意图尽量做到准确,但功夫不够,未免有所忽视,希望读者一起挖掘问题。在此现举一例说明之。第五章引用Bazant提出的正在水化的混凝土一种正在凝固的多孔材料徐变并联模型”,用以说明为什么在正在水化中的混凝土加载所得徐变值会比在水化终止后加载的徐变值较低。其中并联的原文是parallel coupling, 原译者译成“并联耦合”。借此解释一下修改的理由:现在不少人在研究多个因素对混凝土物理力学性质影响时,喜欢用“耦合”这个词,诸如“碳化-冻融耦合作用”之类。耦合是从英文的“coupling译过来的实际上该词就是连接的意思。Wiktionary(维基词典)的解释:在机械上是A system of forces with a resultant moment but no resultant force(只合成力矩而不合成力的一种体系);指的是连接器,例如轴承、火车车厢之间的挂钩;在电学上是The transfer of a signal from one medium or circuit block to another(信号从一个介质或电路到另一个介质或电路的传输), 的是两个或两个以上的电路元件或电网络的输入与输出之间通过相互影响、相互作用从一侧向另一侧传输能量的现象,用于电气、通信、软件等工程中时,我国译成耦合。在混凝土工程中多种因素对耐久性的影响,可能是相互促进,也可能是一定程度上的相互抵消,并且一般不会同时发生。应当是交互(交叉而相互影响)作用,而不是“耦合”。例如冻融循环破坏的条件是饱水,碳化的条件则是相对湿度为50%左右。既非 “耦合”,亦非coupling。

    以上只是略举数例说明读书重在思考。限于篇幅,不宜冗述,一己之见,供读者参考,不当之处,万望指正。

    早期裂缝的控制是提高混凝土结构耐久性把门的环节,本书为混凝土结构设计、混凝土制备与施工的全体人员提供了重要的启示和参考。我国工程结构耐久性设计与施工任重而道远,但时不我待,混凝土结构耐久性是我们基础设施建设最重要的绿色行动。与大家共勉!

番外篇:CCPA预拌混凝土分会主办的“第五届‘井冈山论坛’——建筑垃圾及固废协同处置利用与混凝土可持续发展技术交流会”将于6月27—29日在江西上饶三清山举行。29日下午举行《混凝土早期热裂缝的预防》(主译:赵筠 谢永江,主审:廉慧珍 覃维祖)《矿渣基生态水泥》(林宗寿 著)2本新书首发式,廉慧珍教授将在首发式期间做《混凝土早期热裂缝的预防——为什么要读?怎么读?》报告,欢迎行业砼仁参会交流。

(本文作者:杨娜)