卓越结构大奖2025｜基于钢筋早期锈蚀的矿物掺合料混凝土结构碳化寿命模型
发布时间：01:00 2025-04-25 HKT
香港城市发展历史悠久，不少楼宇楼龄已超过30年或以上。随著时间推移，日积月累的风化和雨水自然侵蚀，致使这些楼宇在设备和结构上都出现不同程度的老化问题，直接对居民构成安全隐患和威胁。针对这一问题，香港大学土木工程系苏启亮教授工程师与陈礼杰博士，基于钢筋早期锈蚀，研开矿物掺合料混凝土结构碳化寿命模型，期望将楼宇寿命由现时50年左右延长至75年，甚至更长。其研究成果获得「卓越结构大奖」中的「研发及应用大奖」。
苏启亮首先通过分析并指出传统混凝土的隐含碳在全球温室气体排放中占有较高比例，指出这项研究一个目的是降低混凝土碳排放，并提出加入矿渣（GGBS）、粉煤灰（PFA）、矽灰（SF）等矿物掺合料（Supplementary Cementitious Materials，SCMs），从而降低传统混凝土的隐含碳，长远达致可持续发展和碳中和目标。
重新定义混凝土结构寿命模式
虽然加入矿渣、粉煤灰、矽灰等矿物掺合料的混凝土的减碳效果显著，但它的缺点就是使混凝土抗碳化能力下降，对于钢筋的耐久性有所影响。苏启亮解释︰「采用SCM混凝土取代传统OPC混凝土的好处是可以减少碳排放，但传统OPC混凝土的碱性数值达13，而SCM混凝土为12左右，所以会较早出现锈蚀的情况。」当二氧化碳进入英泥后，碱性值下降导致钢筋出现生锈情况，而研究人员多以此作为其50年的寿命终结点（End of Service Life），然这是一个相对保守和容易处理的方法。苏启亮续指，「我们提出更改End of Service Life的做法，从以往二氧化碳到钢筋表面，延伸至钢筋生锈而导致混凝土开裂，直至裂缝宽度达0.5mm时，而0.5mm绝对是一个可接受的检测水平，故此将整个End of Service Life，换言之就是将整个研究推向一个全新和标志性的方向。」
苏启亮表示︰「我们在整个研究中也考虑到矿渣、粉煤灰、矽灰等SCMs材料，加上考虑钢筋生锈膨胀导致混凝土开裂，将这个模型结合起来才可以创制出一个全新的模型，以及了解整个混凝土碳化的过程。」他续指，「透过我们实验测试的图表可以发现，越多水量的石屎表现又会差一点，因为水量和洞口数目会成正比，二氧化碳更容易侵蚀至钢筋，而考虑钢筋早期锈蚀就可延长这些混凝土的寿命至75年，甚至更长。」
低碳低成本 提升结构耐久性
苏启亮强调，透过变更SCM混凝土的End of Service Life, 除了可以延长楼宇设计寿命至75年或更长，其对比传统OPC混凝土减碳效能更多，将可成就绿色建筑和可持续发展的理念，有效实现碳中和目标。「我们早前曾与市区重建局合作，评估发现用上这些SCM混凝土等各项加强楼宇结构措施，所涉及的整体建筑成本仅为1%左右或以下，但楼宇寿命就可延长约50%，也不需过于担忧楼宇在30至40年后会出现钢筋松脱或石屎剥落等，继而付出庞大的维修开支。换言之，这个崭新研究方案可有效提升楼宇的结构水平，降低未来可能出现的各种维修成本，绝对是物超所值。」
（资料由客户提供）
