我國建筑材料與構件環境條件與環境試驗現狀與展望

劉婷婷 蔣 荃 劉玉軍

（1中國建筑材料檢驗認證中心有限公司，北京 100024）（2建材行業建筑構件及材料環境條件與試驗標準化技術委員會，北京 100024）

1 前言

近年來，我國建材產品，尤其是新型建材產品發展迅猛。從材料分類看，幾乎涉及到從無機非金屬材料到金屬材料、高分子材料及各種復合材料的所有領域。但是，我們也看到，在使用環境作用下，性能下降、狀態改變，不僅影響材料外觀，還直接影響構件和建筑物的使用壽命。材料及構件是建筑品質的重要載體。由于材料的腐蝕與老化造成的經濟損失巨大，環境試驗日益受到重視。環境試驗是建筑環境工程的重要組成部分，是提高其環境適應性的重要手段。眾多建筑物環境失效案例的經驗和教訓說明了開展環境條件與環境試驗研究的重要性。由此可見，及時、系統和充分開展建筑材料的環境試驗研究是提高建筑材料耐久性與使用壽命的必由之路。

2 我國建筑材料與構件環境條件與環境試驗現狀

我國的建材行業起步較晚，但發展速度很快。伴隨著金屬材料、有機材料、復合材料應用于建材行業，使用環境對材料的腐蝕及其使用壽命的評估和相關的測試方法方面的研究開展的相對滯后。檢測技術及評估系統還處于起步階段，要么采用國外的數據，要么采用傳統建材的檢測技術和指標進行評估。檢測結果缺乏科學性和公正性，制約了新材料的發展。甚至出現企業在未對產品進行耐環境腐蝕性及使用壽命評價試驗就提供虛假使用壽命保證書，出了問題又相互推卸責任的局面。而檢測單位和質檢單位由于沒有系統的檢測方法和評價體系無法進行仲裁。這導致市場的混亂的同時，也給國家財產和人民生命安全帶來了巨大的損失。目前在許多工程項目上建筑設計師和用戶傾向于選購進口材料。這給一些研發、生產高質量新型建材的國內企業和我國新型建材的發展帶來負面影響。

2.1 自然環境試驗現狀

我國材料自然環境（大氣、海水、土壤）腐蝕試驗開始于本世紀50年代中期，1955年開始建立大氣腐蝕試驗網，后來又建立了海水與土壤腐蝕試驗網。60年代中期至70年代末試驗一度中斷，1980年在國家科委組織和有關部門的共同支持下，全國大氣、海水、土壤的腐蝕試驗網全面恢復建設，開始了我國常用材料自然環境中長期、系統的腐蝕試驗研究。

“六五”期間在全國腐蝕站網，投入的腐蝕試驗材料主要以黑色金屬、有色金屬、金屬涂鍍/保護層和高分子材料為主，建筑材料較少。2002、2003年科技部基礎性工作專項組織腐蝕試驗材料補投試樣后，建筑材料腐蝕投樣力度同其他材料相比依然較小。

國內從事自然環境氣候實驗工作的有：廣州電器科學研究院（汽車、電器行業）；國家建筑材料測試中心（海南）（吐魯番）環境氣候試驗站（建材行業），中國兵器工業第五九研究所（軍工產品）和國家材料環境腐蝕網站（28個材料環境腐蝕站和綜合研究中心 ）（金屬及高分子材料），目前我國建筑材料及構件的自然環境實驗工作還處于起步階段。

2.2 實驗室人工加速環境條件試驗現狀

目前國內實驗室人工加速環境條件試驗局限于簡單的鹽霧、濕熱、人工加速氙燈、紫外老化試驗等，形式單一，沒有達到系統化和規范化；而且僅限于小的材料部件，對于大型的建筑材料及構件還未開展實驗研究。

隨著建筑業的發展，大型材料及構件的老化性能（即壽命）愈來愈受到人們的關注，例如：風電產品、光伏產品等，人們所關注的已經不再是其組件的壽命，更多關注的是其整體產品性能的壽命，并期望能通過合適實驗室人工加速環境條件試驗結合戶外環境測試對其進行評價，為產品質保及性能提供長期的支持。

2.3 標準體系研究現狀

我國建筑材料行業建筑材料及構件環境條件與環境試驗標準體系尚不完善，建筑材料檢測標準基本都采用實驗室人工加速耐候試驗方法，近幾年才有少量標準提到自然耐候性，如GB/T 23443-2009標準中做了一個說明：中國大氣腐蝕試驗站中，大氣條件與國際標準規定的地點佛羅里達比較接近的是海南省瓊海大氣腐蝕試驗站。最近由國家工業和信息化部剛剛批準成立了建材行業建筑材料及構件環境條件與環境試驗標準化技術委員會，其工作剛剛開展，有待加速和加強。

3 國外建筑材料與構件環境條件與環境試驗現狀

工業發達國家十分重視材料老化試驗數據的基礎建設工作，起步早、規模大，并且建立了較為完善的材料環境條件和環境試驗標準化體系。

歐美從事環境氣候實驗工作的有：美國材料試驗協會（ASTM）、美國建筑師學會（AAMA）、美國腐蝕學會、歐洲鋁型材質量標準認證組織Qualicoat、美國Atlas氣候服務集團、美國Q-lab公司、美國國家標準與技術研究院（NIST）等。

亞洲從事環境氣候實驗工作的有：韓國建材試驗研究院、日本豐田通商株式會社等。

以美國為例，早在上世紀初，美國就通過材料在本土自然環境中的長期暴露試驗（大氣25～35年、海水20～25年、土壤40～45年）和系統的研究，積累了大量的環境腐蝕數據，美國ATLAS公司的兩大曝曬場占地幾十萬平方米，規模最大，試驗設備與測試技術先進、試驗標準規范齊全，并且配備室內模擬各種自然環境的加速腐蝕試驗裝置。另外，美國軍方也建有規模很大的環境腐蝕試驗站網。經過多年大量的環境試驗研究，制定了大量的環境試驗標準，形成了環境試驗標準體系，做到了自然環境試驗的曝曬框架。試驗按ASTM、SAE等標準來進行操作，如AAMA 2603～AAMA 2605標準中均規定在美國佛羅里達進行自然暴曬試驗。弗羅里達環境試驗場各類環境涉及的標準達850多個，通過有效的環境試驗可評價材料的環境適應性。由于有科學、系統的運作及各類標準體系的建立和運行，其試驗數據和結果具有權威性，同時在該領域，培養了大量的專業人才，并且為工程防腐設計、發展各種耐蝕材料、延長設備和工程使用壽命，為制定材料防護的規范和標準提供科學依據，保證安全生產，減少腐蝕經濟損失。在美國，大公司及服務商的新材料、新工藝均需有自然環境腐蝕數據，才能在企業間推廣應用。

同時國外早已開始對大型構件進行環境試驗綜合研究。例如：國外某公司建立了一套大型構件耐久性綜合測試系統：可對大型建筑構件進行實驗室測試：紫外預處理測試——鹽霧腐蝕測試——冷凝和濕度測試——光照/高溫/高濕循環測試——光照/高溫/濕度/冷凍循環測試——日照跟蹤測試（1年），這套系統模擬組件長期暴露在環境中的影響，對組件施以各種環境應力，模擬溫/濕度、凍融、光照、腐蝕及冷凝環境的影響、模擬長期或短期季節變化所帶來的影響、真實模擬最終使用條件下的氣候老化效應以及以長期耐久性和可靠性評估補充短期測試的不足，為產品質保及性能提供長期的支持，降低因產品售后質保而產生成本的浪費。

目前國外建筑材料環境條件與環境試驗工作有三個趨勢：

1、試驗環境全球化（ATLAS公司除了在美國本土有6個大氣暴曬場以外，在全球其它8個國家還設立了11個特殊環境的暴曬場）；

2、試驗方法標準化（為了提高材料對環境的適應性，以及環境腐蝕性的可比性，以積累材料腐蝕數據為主要目的試驗研究工作從暴露方法到檢測手段都采用統一的規范和標準。）；

3、試驗服務市場化（世界各國的環境腐蝕數據中心服務于社會，也得益于社會）。

4 我國開展建筑材料及構件環境條件與環境試驗工作的任務與展望

4.1 對我國環境條件進行系統分類并定級

我國地域遼闊，氣候多樣，不同地區對建筑材料及構件的環境適應性要求是各不相同的，將我國環境條件進行系統分類分級不可或缺。自然環境條件是指由地理或氣候因素形成的環境參數值的組合，應根據其對產品影響特點確定其標準參數值或劃分氣候分區，供設計者選擇應用環境條件等級時參考。例如：電工電子行業將環境因素按溫度和濕度、降雨和風、壓力、太陽輻射和溫度、鹽霧、風、地震引起的振動和沖擊、生物條件（霉菌、白蟻……）、化學活性物質（海鹽、路鹽、二氧化硫、硫化氫、氮氧化物、臭氧……）、機械活性物質（沙、塵……）、污染性液體（發動機油、齒輪箱油……）、電和電磁干擾、機械條件等種類組合分別進行標準定值和分區[1]。（部分分類示例見表1和表2）建材行業可參考以上分類方式，結合自己的特點建立針對建材行業產品環境條件分類體系。

表2 我國生物環境條件分區[3]

4.2 環境試驗方法的研究及環境條件與環境試驗標準體系的建立

環境試驗方法包括自然環境暴露試驗、人工模擬試驗方法，即將建筑材料及構件暴露到自然或人工模擬的相應使用地區氣候特征的環境條件中，從而對他們實際使用中可能遇到的條件下的性能進行評價。

以此為目的，首先應建立分別對應我國不同環境級別的建材行業建筑材料、構件典型自然環境暴露試驗站網、建材行業建筑材料及構件環境條件與環境試驗人工加速實驗室，目前我國現有環境腐蝕網站共有13個大氣環境試驗站、8個土壤環境試驗站、4個海水和3個淡水環境試驗站，但在建材領域還未完全開展工作，應在此基礎上根據我國環境條件分級建立綜合、系統，覆蓋全部環境條件的試驗站網，為我國建材行業環境條件與環境試驗工作的開展奠定堅實的基礎。在站網的基礎上，開展材料環境試驗評價方法與標準研究、材料環境腐蝕行為規律研究、腐蝕失效機理研究、模擬加速試驗相關性研究，深入進行各類建筑材料在不同自然環境中腐蝕規律的研究，自然環境中主要因素對建筑材料腐蝕的影響與作用機理的研究，實驗室加速腐蝕試驗與長期自然暴露試驗相關關系的研究，以及建筑材料——自然環境腐蝕系統數據處理方法和現場快速綜合測試方法的研究，以通過自然環境腐蝕性的評價和從短期的加速腐蝕試驗結果預測建筑材料在自然環境中長期的腐蝕行為和使用壽命。

環境試驗方法另外一個重要的發展方向即是開展對大型建筑材料及構件的自然環境及人工模擬環境試驗方法的研究及配套試驗設備的研發工作。與此同時，應該在上述研究基礎上，建立與國際先進標準管理體系接軌的，較為系統、完善的，符合我國實際情況的建筑材料環境條件和環境試驗標準體系，為自然環境下建筑材料的合理選擇、腐蝕控制和壽命延長提供里理論依據和技術支持。

建筑材料及構件環境條件與環境試驗研究是一項任重而道遠的工作，需要一代人甚至幾代人堅持不懈的努力，這將會為提高建筑材料、構件及整個建筑的壽命奠定堅實的基礎。

[1]電工電子產品環境條件分類 第1部分：環境參數及其嚴酷程度.GB/T 4796-2008.2008-10-01

[2]電工電子產品自然環境條件 溫度和濕度.GB/T 4797.1-2005.2005.8.1.

[3]電工電子產品自然環境條件 生物.GB/T 4797.3-2005.1987-10-01.