摘要：2008年5月12日四川省汶川8級特大地震，強度超過1976年的唐山大地震，損失十分巨大。從媒體報導可以看出房屋坍塌是造成人員傷亡的重要因素。提高建筑物的抗震能力，至少可以減輕地震災害. 建筑結構標準應起主導作用, 但提高建材性能、改進施工措施以減輕損失也是不可忽視的重要措施。
關鍵詞：地震, 高強材料, 養(yǎng)護，現(xiàn)場控制，復合材料
一、大力發(fā)展高強輕質(zhì)材料
在這次地震災害中，電視中頻頻出現(xiàn)鋼筋混凝土構件損壞，沉重壓在傷員身上，這是傷亡的重要因素。若能提高構件強度，特別是抗拉強度和減輕構件重量，減少傷亡是完全可能的。由于缺少木材和鋼材價格較貴，我國使用的鋼筋混凝土構件較其他國家普遍，這從表1的數(shù)據(jù)可以看出，我國水泥產(chǎn)量在世界上是遙遙領先，不僅我國全國水泥產(chǎn)量居世界首位，僅山東省2006年的水泥產(chǎn)量（1.66億t）也居全球之冠。
輕質(zhì)高強永遠是發(fā)展的方向，而對于應對地震災害也將做出重要貢獻。本文僅介紹近廿年發(fā)展起來的CRC(Compact reinforced composite，壓實加筋的復合材料)和Ductal[1]，這是以水泥為基礎加特種纖維壓實而得到的構件，抗壓強度可達150～400MPa，其特殊性能為：
*抗壓強度為普通混凝土的6～8倍；
*抗拉強度為普通混凝土的10倍；
*具有很高的韌性，在重荷下可變形但不斷裂；
*表面美觀；
*耐久性和壽命是普通混凝土構件的10～100倍。
對這種材料也從保護環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的角度就如下諸方面進行過評估：
*非再生能源（石油、天然氣、煤）的消耗
*可再生組分（石灰、粘土）
*水消耗
*溫室氣體排放
*酸排放
*海洋綠藻的生成
*產(chǎn)生的固體廢渣。
通過對比研究，與通常的橋梁相比（鋼柱以及30MPa的標準混凝土路面），采用Ductal僅需65%的原材料，51%的初級能耗以及產(chǎn)生47%的CO2排放，同時使用壽命顯著大于通常的建筑結構。
這種材料已經(jīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。圖1及圖2顯示其工程應用。僅從直觀看來這種材料做成的樓梯和樓板，即使坍塌也可顯著減少人員傷亡。
從基本原理講，這種材料主要是采用特制纖維，增大混凝土中纖維含量再采用加壓成型，盡可能減少制品中的孔隙率。我國完全有能力開發(fā)這種輕質(zhì)特高強的材料。
二、加強養(yǎng)護（Improved curing procedure）
作為材料，水泥基材料與木材、塑料、陶瓷、磚瓦等最大的不同，在于使用過程中若能得到良好的養(yǎng)護，其強度可以成倍增長。因此國外稱之為活性材料（Living material）。正因為如此若欲獲得良好性能，對水泥基材料就應該象呵護嬰兒一樣的加強養(yǎng)護，不同的養(yǎng)護條件，性能將有顯著差異。為此Bentur[2]進行了很好的總結，其結果如圖3、圖4所示。共有四種養(yǎng)護條件：a.池中養(yǎng)護6天；b.噴灑養(yǎng)護3天；c. 噴灑養(yǎng)護6天；d. 池中養(yǎng)護28天；e.空氣中養(yǎng)護。圖中蘭色示出不同養(yǎng)護條件下強度的對比，可以看出池中養(yǎng)護28天強度最大，而噴灑養(yǎng)護的強度降低10～20%。但從耐久性而言，可以看出，28天水中養(yǎng)護可以“延年益壽”，否則壽命將縮短30～60%。 這是因為加強水中養(yǎng)護后，表面層得到很好的保護，使其在有水的條件下繼續(xù)水化，水化產(chǎn)物填充孔隙之后，密實度大大增加，從而使CO2和氯離子的滲透能力顯著降低，這對保護鋼筋是特別有利的。
在這里必須強調(diào)的是摻有混和材（礦渣、粉煤灰、火山灰質(zhì)混和材）的水泥特別需要很好的養(yǎng)護，國外一再倡導的高摻量粉煤灰水泥（high volume fly ash cement），其強度11年后甚至超過純硅酸鹽水泥。但必須記著其條件是水中養(yǎng)護或濕空氣中養(yǎng)護。必須再三強調(diào)的是這些混和材要能發(fā)揮作用，一定要為其創(chuàng)造水化的條件。若施工2～3天就脫模，不能保持必要的濕度，由于混和材發(fā)生化學反應的速度是很慢的，特別是粉煤灰往往要在長期養(yǎng)護中才能水化，因此對于摻有混和材的水泥，養(yǎng)護更特別重要。圖5示出土耳其科學家最近的研究結果[3]，從圖中可以看出，空氣中養(yǎng)護和水中養(yǎng)護強度的差異，對摻有凝灰?guī)r粉的水泥水中養(yǎng)護強度要大得多。
這里還必須提出需要混凝土工作者注意的是，我國從2008年6月1日起將實行新的水泥標準，新標準規(guī)定將原普通硅酸鹽水泥中混和材的最大摻量由15%放寬到20%。這就等于將德國（歐洲相同）的詳細分成十個品種的水泥，在我國統(tǒng)稱其為“普通硅酸鹽水泥”（見圖6）
德國的水泥標準，使混凝土工作者能全面了解所用水泥中摻的混和材品種及其特性，而在我國標準中把摻20%粉煤灰的水泥和摻20%礦渣等的水泥統(tǒng)稱為“普通硅酸鹽水泥”，而這些混合材很多基本性能是不相同的。而更為嚴重的是我國有些水泥廠甚至把混合材摻量為28～48%的水泥也稱為“普通硅酸鹽水泥”出售，這種混合材高摻量的水泥用于建造梁柱，施工中為求速度，很快拆模，從而得不到很好的養(yǎng)護，這種建筑物是不可能抵抗地震災害的。
水泥名稱和混和材超標問題的實質(zhì)是商業(yè)利益問題，建議有關主管部門一定要從建筑物的質(zhì)量出發(fā)，給水泥使用者以充分的知情權。從水泥名稱上標明其所用混合材品種、嚴禁混合材超標的水泥流入市場。
美國一個職業(yè)工程師(Simons)【4】一生中在國內(nèi)外搞混凝土配合比設計，而且也常摻混合材。但他始終慎重對待摻混合材帶來的影響，而且總是把混合材和水泥區(qū)別對待。計算混凝土中水用量時，既考慮水灰比(W/C)，也考慮水膠比（W/B），前者是指純水與純水泥之比，后者是指水與水泥加混合材之和的比，所以他鄭重地說：“老實說，我從未用哪怕一盎司粉煤灰去代替水泥（I can honestly say that I’ve never replacement so much as an once of cement
with fly ash）”。仔細思考這一段話，我們怎能輕易將標準中混合材量擴大？怎能在一些水泥廠中為了商業(yè)利益大量超標摻混合材呢？商品混凝土攪拌站也應慎重對待添加摻合料。
三、加強現(xiàn)場控制（Controlled in situ）
總體來說，我國建筑業(yè)尚未擺脫“粗放型”的操作方式。但由于科技進步，現(xiàn)在的情況比過去復雜得多。水泥品種眾多，混合材也多種多樣，摻量也很不相同，外加劑廣泛應用，魚目混雜，質(zhì)量相差甚遠，砂石材料的供應也不規(guī)范。因此要從“粗放”走向“精細”，材料的優(yōu)選優(yōu)配就顯得十分重要。但是僅憑實驗室確定的配合比和預期性能，并不能代表現(xiàn)場構筑物的真實情況。國外資料表明，建筑的破壞因素，施工不良占有27%，估計就我國情況而言，這個比例還要大得多。因此鑒定和測試必需包括對施工質(zhì)量的監(jiān)測。對機場道面、道路、橋梁現(xiàn)場取樣鑒定就十分必要。這包括真實混凝土的水灰比、水泥摻量、配合比以及成熟度、均勻度等的測定，特別還有現(xiàn)場混凝土的含氣量。國內(nèi)外的資料一致證明摻引氣劑是提高混凝土抗凍性和抗除冰鹽腐蝕的最有效的措施，但現(xiàn)場混凝土的含氣量不僅決定于引氣劑性能、摻量以及混凝土的配合比，而且與攪拌方式、時間、運輸過程以及現(xiàn)場的施工方法和再攪拌等因素密切相關。德國【5料表明攪拌方式不同含氣量可以相差一倍（圖7），而含氣量的對少對混凝土的力學性能有顯著影響，同時引氣劑的效果不僅與含氣量大小有關，還與引氣劑產(chǎn)生的微氣泡尺寸及尺寸分布和微氣泡的間距有關，不仔細鑒定是無法得知這些信息的。因此我們應該把對原材料、配合比的監(jiān)控延伸到施工后真實混凝土的監(jiān)控，這將顯著提高構筑物的質(zhì)量。
四、復合材料與復合技術
2005年10月8日巴基斯坦發(fā)生7.6級地震【6】造成7萬多人死亡，并稱“房屋材料和質(zhì)量存在問題是造成如此嚴重死傷的重要原因”。汶川大地震中有1500萬間房屋毀壞，災后必須重建。在龍門山這種強地震烈?guī)Ыǚ俊⒔?、建路，應考慮采用最新技術和最新科技成果，復合材料與材料與結構的復合應該是重點考慮的措施。
美國9.11事件之后，其鋼鐵協(xié)會討論時稱，若世貿(mào)中心(world trade center)采用的不是全鋼結構柱子，而是用鋼筋混凝土柱子或鋼管混凝土柱子，則垮塌的時間會延長一些，死傷數(shù)目有可能降低。因鋼柱子經(jīng)不起高溫，它會軟化而失效。近年來我國鋼管混凝土技術已有長足發(fā)展，值得考慮【8】。
在混凝土中摻各種纖維：有機合成纖維、鋼纖維、無機纖維等能增加韌性已獲得廣泛應用。這方面國外比我們發(fā)展更快。北歐國家將鋼纖維摻量達50~100 kg/m3的混凝土板成功應用于柱網(wǎng)結構的地面工程【7】.各種合成纖維也正致力于提高性能，特別是通過表面處理以加強與水泥基材料的粘結。
在這里特別提出應探索應用天然纖維的可能性，這包括椰子殼、劍麻、竹、秸稈等【9，10】。在國內(nèi)外少量研究和應用中發(fā)現(xiàn)主要問題是這些纖維在高堿性水泥基材料中的耐久性問題。但隨水泥品種的改變，特別是高摻量粉煤灰和礦渣水泥，其pH已顯著降低，同時在我國西南地區(qū)今后將大力發(fā)展水力資源的利用，有豐富的電力將是發(fā)展熱壓技術的有利條件。同時,這些天然纖維是可以再生的,有利于可持續(xù)發(fā)展.
五、結論
提高抗震能力應該是一個系統(tǒng)工程.混凝土材料的優(yōu)選優(yōu)配和改進施工措施也應是重要的一個環(huán)節(jié). 特別應注意的是:
1. 混合材摻量達20% 的普通硅酸鹽水泥在新標準中應注明混合材品種, 并嚴禁水泥廠超標摻入混合材.
2. 凝土施工時加強養(yǎng)護是提高性能切實可行的措施, 特別是對于氣候干燥的地區(qū)和使用高摻混合材時尤為重要.
3. 現(xiàn)場控制是保證質(zhì)量、監(jiān)督施工的最有效的措施.
4. 發(fā)展輕質(zhì)高強新材料, 采用復合材料與材料結構復合等新技術有可能大幅度提高建筑物的抗震性能
參考文獻：
1. J.S. Damtoft, J. Lukasik, D. Herfort. D. Sorrentino and E.M. Gartner, Sustainable
development and climate change initiatives, Cement and Concrete Research, 38(2008) 115-127. www.crc-tech.com; www.ductal-lafage.com.
2. Aron Beutur and Denis Mitchell, Materials performance lessons, Cement and
Concrete Research, 38(2008) 259-272.
3. Baris Ozer, M. Hulusi Ozkul, The influence of initial water curing on the strength
development of ordinary and pozzolanic cement concrete, Cement and Concrete Research, no.1,vol.34(2004)13-18
4. Bryoe Simons, Fly ash: replacement or mineral admixture? Concrete International, October 2007, pp60-62.
5. Janis Oslejs, New frontiers for steel fiber- reinforced concrete, Concrete
International, May 2008, 45-50
6. VDZ, Activity Reports, 2005-2006，p111
7. 揚子晚報，2008.5.28，第七版，“國外災后多種措施助民重建”
8. 胡曙光，丁慶軍，鋼管混凝土， 人民交通出版社， 2007
9. V. Agopyan a,*, H. Savastano Jr. b, V.M. John a, M.A. Cincotto a, Developments
on vegetable fibre–cement based materials in Sa˜o Paulo, Brazil: an overview,
Cement and Concrete Composites, 27（2005）527-536
10. 賈哲，姜波，程光旭，楊曉冰, 纖維增強水泥基復合材料的研究進展,混凝土,no.8 (2007)65-68
