我国建筑材料与构件环境条件与环境试验现状与展望

刘婷婷 蒋 荃 刘玉军

（1中国建筑材料检验认证中心有限公司，北京 100024）（2建材行业建筑构件及材料环境条件与试验标准化技术委员会，北京 100024）

1 前言

近年来，我国建材产品，尤其是新型建材产品发展迅猛。从材料分类看，几乎涉及到从无机非金属材料到金属材料、高分子材料及各种复合材料的所有领域。但是，我们也看到，在使用环境作用下，性能下降、状态改变，不仅影响材料外观，还直接影响构件和建筑物的使用寿命。材料及构件是建筑品质的重要载体。由于材料的腐蚀与老化造成的经济损失巨大，环境试验日益受到重视。环境试验是建筑环境工程的重要组成部分，是提高其环境适应性的重要手段。众多建筑物环境失效案例的经验和教训说明了开展环境条件与环境试验研究的重要性。由此可见，及时、系统和充分开展建筑材料的环境试验研究是提高建筑材料耐久性与使用寿命的必由之路。

2 我国建筑材料与构件环境条件与环境试验现状

我国的建材行业起步较晚，但发展速度很快。伴随着金属材料、有机材料、复合材料应用于建材行业，使用环境对材料的腐蚀及其使用寿命的评估和相关的测试方法方面的研究开展的相对滞后。检测技术及评估系统还处于起步阶段，要么采用国外的数据，要么采用传统建材的检测技术和指标进行评估。检测结果缺乏科学性和公正性，制约了新材料的发展。甚至出现企业在未对产品进行耐环境腐蚀性及使用寿命评价试验就提供虚假使用寿命保证书，出了问题又相互推卸责任的局面。而检测单位和质检单位由于没有系统的检测方法和评价体系无法进行仲裁。这导致市场的混乱的同时，也给国家财产和人民生命安全带来了巨大的损失。目前在许多工程项目上建筑设计师和用户倾向于选购进口材料。这给一些研发、生产高质量新型建材的国内企业和我国新型建材的发展带来负面影响。

2.1 自然环境试验现状

我国材料自然环境（大气、海水、土壤）腐蚀试验开始于本世纪50年代中期，1955年开始建立大气腐蚀试验网，后来又建立了海水与土壤腐蚀试验网。60年代中期至70年代末试验一度中断，1980年在国家科委组织和有关部门的共同支持下，全国大气、海水、土壤的腐蚀试验网全面恢复建设，开始了我国常用材料自然环境中长期、系统的腐蚀试验研究。

“六五”期间在全国腐蚀站网，投入的腐蚀试验材料主要以黑色金属、有色金属、金属涂镀/保护层和高分子材料为主，建筑材料较少。2002、2003年科技部基础性工作专项组织腐蚀试验材料补投试样后，建筑材料腐蚀投样力度同其他材料相比依然较小。

国内从事自然环境气候实验工作的有：广州电器科学研究院（汽车、电器行业）；国家建筑材料测试中心（海南）（吐鲁番）环境气候试验站（建材行业），中国兵器工业第五九研究所（军工产品）和国家材料环境腐蚀网站（28个材料环境腐蚀站和综合研究中心 ）（金属及高分子材料），目前我国建筑材料及构件的自然环境实验工作还处于起步阶段。

2.2 实验室人工加速环境条件试验现状

目前国内实验室人工加速环境条件试验局限于简单的盐雾、湿热、人工加速氙灯、紫外老化试验等，形式单一，没有达到系统化和规范化；而且仅限于小的材料部件，对于大型的建筑材料及构件还未开展实验研究。

随着建筑业的发展，大型材料及构件的老化性能（即寿命）愈来愈受到人们的关注，例如：风电产品、光伏产品等，人们所关注的已经不再是其组件的寿命，更多关注的是其整体产品性能的寿命，并期望能通过合适实验室人工加速环境条件试验结合户外环境测试对其进行评价，为产品质保及性能提供长期的支持。

2.3 标准体系研究现状

我国建筑材料行业建筑材料及构件环境条件与环境试验标准体系尚不完善，建筑材料检测标准基本都采用实验室人工加速耐候试验方法，近几年才有少量标准提到自然耐候性，如GB/T 23443-2009标准中做了一个说明：中国大气腐蚀试验站中，大气条件与国际标准规定的地点佛罗里达比较接近的是海南省琼海大气腐蚀试验站。最近由国家工业和信息化部刚刚批准成立了建材行业建筑材料及构件环境条件与环境试验标准化技术委员会，其工作刚刚开展，有待加速和加强。

3 国外建筑材料与构件环境条件与环境试验现状

工业发达国家十分重视材料老化试验数据的基础建设工作，起步早、规模大，并且建立了较为完善的材料环境条件和环境试验标准化体系。

欧美从事环境气候实验工作的有：美国材料试验协会（ASTM）、美国建筑师学会（AAMA）、美国腐蚀学会、欧洲铝型材质量标准认证组织Qualicoat、美国Atlas气候服务集团、美国Q-lab公司、美国国家标准与技术研究院（NIST）等。

亚洲从事环境气候实验工作的有：韩国建材试验研究院、日本丰田通商株式会社等。

以美国为例，早在上世纪初，美国就通过材料在本土自然环境中的长期暴露试验（大气25～35年、海水20～25年、土壤40～45年）和系统的研究，积累了大量的环境腐蚀数据，美国ATLAS公司的两大曝晒场占地几十万平方米，规模最大，试验设备与测试技术先进、试验标准规范齐全，并且配备室内模拟各种自然环境的加速腐蚀试验装置。另外，美国军方也建有规模很大的环境腐蚀试验站网。经过多年大量的环境试验研究，制定了大量的环境试验标准，形成了环境试验标准体系，做到了自然环境试验的曝晒框架。试验按ASTM、SAE等标准来进行操作，如AAMA 2603～AAMA 2605标准中均规定在美国佛罗里达进行自然暴晒试验。弗罗里达环境试验场各类环境涉及的标准达850多个，通过有效的环境试验可评价材料的环境适应性。由于有科学、系统的运作及各类标准体系的建立和运行，其试验数据和结果具有权威性，同时在该领域，培养了大量的专业人才，并且为工程防腐设计、发展各种耐蚀材料、延长设备和工程使用寿命，为制定材料防护的规范和标准提供科学依据，保证安全生产，减少腐蚀经济损失。在美国，大公司及服务商的新材料、新工艺均需有自然环境腐蚀数据，才能在企业间推广应用。

同时国外早已开始对大型构件进行环境试验综合研究。例如：国外某公司建立了一套大型构件耐久性综合测试系统：可对大型建筑构件进行实验室测试：紫外预处理测试——盐雾腐蚀测试——冷凝和湿度测试——光照/高温/高湿循环测试——光照/高温/湿度/冷冻循环测试——日照跟踪测试（1年），这套系统模拟组件长期暴露在环境中的影响，对组件施以各种环境应力，模拟温/湿度、冻融、光照、腐蚀及冷凝环境的影响、模拟长期或短期季节变化所带来的影响、真实模拟最终使用条件下的气候老化效应以及以长期耐久性和可靠性评估补充短期测试的不足，为产品质保及性能提供长期的支持，降低因产品售后质保而产生成本的浪费。

目前国外建筑材料环境条件与环境试验工作有三个趋势：

1、试验环境全球化（ATLAS公司除了在美国本土有6个大气暴晒场以外，在全球其它8个国家还设立了11个特殊环境的暴晒场）；

2、试验方法标准化（为了提高材料对环境的适应性，以及环境腐蚀性的可比性，以积累材料腐蚀数据为主要目的试验研究工作从暴露方法到检测手段都采用统一的规范和标准。）；

3、试验服务市场化（世界各国的环境腐蚀数据中心服务于社会，也得益于社会）。

4 我国开展建筑材料及构件环境条件与环境试验工作的任务与展望

4.1 对我国环境条件进行系统分类并定级

我国地域辽阔，气候多样，不同地区对建筑材料及构件的环境适应性要求是各不相同的，将我国环境条件进行系统分类分级不可或缺。自然环境条件是指由地理或气候因素形成的环境参数值的组合，应根据其对产品影响特点确定其标准参数值或划分气候分区，供设计者选择应用环境条件等级时参考。例如：电工电子行业将环境因素按温度和湿度、降雨和风、压力、太阳辐射和温度、盐雾、风、地震引起的振动和冲击、生物条件（霉菌、白蚁……）、化学活性物质（海盐、路盐、二氧化硫、硫化氢、氮氧化物、臭氧……）、机械活性物质（沙、尘……）、污染性液体（发动机油、齿轮箱油……）、电和电磁干扰、机械条件等种类组合分别进行标准定值和分区[1]。（部分分类示例见表1和表2）建材行业可参考以上分类方式，结合自己的特点建立针对建材行业产品环境条件分类体系。

表2 我国生物环境条件分区[3]

4.2 环境试验方法的研究及环境条件与环境试验标准体系的建立

环境试验方法包括自然环境暴露试验、人工模拟试验方法，即将建筑材料及构件暴露到自然或人工模拟的相应使用地区气候特征的环境条件中，从而对他们实际使用中可能遇到的条件下的性能进行评价。

以此为目的，首先应建立分别对应我国不同环境级别的建材行业建筑材料、构件典型自然环境暴露试验站网、建材行业建筑材料及构件环境条件与环境试验人工加速实验室，目前我国现有环境腐蚀网站共有13个大气环境试验站、8个土壤环境试验站、4个海水和3个淡水环境试验站，但在建材领域还未完全开展工作，应在此基础上根据我国环境条件分级建立综合、系统，覆盖全部环境条件的试验站网，为我国建材行业环境条件与环境试验工作的开展奠定坚实的基础。在站网的基础上，开展材料环境试验评价方法与标准研究、材料环境腐蚀行为规律研究、腐蚀失效机理研究、模拟加速试验相关性研究，深入进行各类建筑材料在不同自然环境中腐蚀规律的研究，自然环境中主要因素对建筑材料腐蚀的影响与作用机理的研究，实验室加速腐蚀试验与长期自然暴露试验相关关系的研究，以及建筑材料——自然环境腐蚀系统数据处理方法和现场快速综合测试方法的研究，以通过自然环境腐蚀性的评价和从短期的加速腐蚀试验结果预测建筑材料在自然环境中长期的腐蚀行为和使用寿命。

环境试验方法另外一个重要的发展方向即是开展对大型建筑材料及构件的自然环境及人工模拟环境试验方法的研究及配套试验设备的研发工作。与此同时，应该在上述研究基础上，建立与国际先进标准管理体系接轨的，较为系统、完善的，符合我国实际情况的建筑材料环境条件和环境试验标准体系，为自然环境下建筑材料的合理选择、腐蚀控制和寿命延长提供里理论依据和技术支持。

建筑材料及构件环境条件与环境试验研究是一项任重而道远的工作，需要一代人甚至几代人坚持不懈的努力，这将会为提高建筑材料、构件及整个建筑的寿命奠定坚实的基础。

[1]电工电子产品环境条件分类 第1部分：环境参数及其严酷程度.GB/T 4796-2008.2008-10-01

[2]电工电子产品自然环境条件 温度和湿度.GB/T 4797.1-2005.2005.8.1.

[3]电工电子产品自然环境条件 生物.GB/T 4797.3-2005.1987-10-01.