[摘 要] 本文研究的內(nèi)容是混凝土早期裂縫對于混凝土保護(hù)層的影響。混凝土構(gòu)件的裂縫會(huì)增加混凝土的滲透性， 因此裂縫所在區(qū)域應(yīng)該做變薄處理。文章中研究的兩個(gè)主要問題是保護(hù)層早期裂縫的形成及傳播機(jī)理和保護(hù)層裂縫深度的計(jì)算方法， 后者主要是基于雙界元法進(jìn)行研究的。最后， 文章嘗試了用極限狀態(tài)分析方法對混凝土保護(hù)層的最小厚度進(jìn)行分析。
[關(guān)鍵詞] 混凝土保護(hù)層； 裂縫； 碳化； 耐久性； 極限狀態(tài)可靠性
0 前言
混凝土保護(hù)層是混凝土構(gòu)件的皮膚。對于混凝土碳化而言， 裂縫所在區(qū)域的鋼筋脫鈍現(xiàn)象通常會(huì)較早發(fā)生， 從而導(dǎo)致鋼筋開始銹蝕。因此， 我們有必要對早期混凝土裂縫以及它對碳化現(xiàn)象的影響進(jìn)行研究， 為暴露在惡劣環(huán)境中的混凝土構(gòu)件的可靠性研究提供依據(jù)。
多數(shù)混凝土構(gòu)件的表面裂縫是由于熱應(yīng)力， 自生收縮，干縮， 或者外部原因造成的。服務(wù)年限設(shè)計(jì)方法的可靠性在很大程度上取決于怎樣對混凝土中裂縫進(jìn)行模擬和評(píng)估。邊界元法（BEM） 以及雙邊界元法（DBEM） 是對混凝土裂縫進(jìn)行分析的兩種被廣泛應(yīng)用的數(shù)字模擬方法。在Harder，Cen和Maier發(fā)表的文章中， BEM和虛擬裂縫模型被同時(shí)應(yīng)用以模擬水泥材料的破裂行為； 而利用DBEM對混凝土裂縫的傳播機(jī)理進(jìn)行的研究， 我們可以在Portelaetal1， saleh和Aliabadi的文章中找到相關(guān)介紹。本文在估算裂縫深度的時(shí)候引入了Saleh的DBEM方法。
在保證混凝土結(jié)構(gòu)的可靠性要求的諸多方法中， 評(píng)估以及控制混凝土保護(hù)層的最小厚度是最具操作性的。在本文的最后， 我們初步嘗試了利用極限狀態(tài)方法來確定這一指標(biāo)。
1 早期收縮和裂縫
張拉應(yīng)力是產(chǎn)生裂縫的主要原因。在混凝土的冷卻階段， 如果收縮受到限制， 則在結(jié)構(gòu)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生張拉應(yīng)力。當(dāng)張拉應(yīng)力超過了正在硬化的混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)， 裂縫就會(huì)產(chǎn)生。
自生收縮是造成早期裂縫的另一個(gè)主要原因。當(dāng)水灰比低于某一個(gè)臨界值時(shí)， 混凝土?xí)l(fā)生明顯的自生收縮。這種自生收縮會(huì)導(dǎo)致混凝土體積的變化， 如果這種變化收到了限制混凝土內(nèi)部便會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力， 若此應(yīng)力超過了系統(tǒng)局部的抗拉強(qiáng)度， 則會(huì)導(dǎo)致微小裂縫的出現(xiàn)。這種現(xiàn)象在低水膠比的高強(qiáng)混凝土中尤為明顯。
干縮是指硬化混凝土在干燥過程中產(chǎn)生的收縮， 它與自生收縮類似， 所以區(qū)分自生收縮和干縮往往比較困難。在實(shí)踐中， 人們常常把自生收縮作用歸入干縮作用里。
收縮是一個(gè)復(fù)雜的現(xiàn)象， 它有許多的影響因素， 這些因素包括組分， 溫度， 周圍環(huán)境的相對濕度， 混凝土處于干燥環(huán)境中的齡期， 以及結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的尺寸。有研究結(jié)果顯示，輕混凝料會(huì)造成高收縮， 這主要是因?yàn)橛写祟惢炷系幕炷劣休^低的彈性模量， 而細(xì)混凝料比例較高的話， 同樣會(huì)造成較高的收縮值， 這是由于存在較大的空隙造成的。在對硬化過程中的混凝土構(gòu)件進(jìn)行裂縫產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估中， 溫度標(biāo)準(zhǔn)仍然是一個(gè)實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)， 但是在評(píng)估低水膠比的混凝土?xí)r， 此標(biāo)準(zhǔn)不再適用。另外， 材料的受限制程度實(shí)際上是影響裂縫產(chǎn)生的最大因素。Sule的研究結(jié)果還表明混凝土的總體變形最隨著鋼筋含量的增加而減少。而且， 由于混凝土變形是由水合作用導(dǎo)致的熱應(yīng)變控制的， 所以當(dāng)鋼筋與混凝土的熱膨脹系數(shù)相近時(shí)， 鋼筋對于熱變形的影響相對較小。
2 混凝土保護(hù)層的最小厚度
混凝土保護(hù)層及裂縫的影響混凝土保護(hù)層為混凝土構(gòu)件隔絕了有豁氣體和液體的腐蝕， 所以混凝土保護(hù)層厚度對于結(jié)構(gòu)耐久性的影響很大。但是， 混凝土中裂縫的存在增加了混凝土的滲透性， 促進(jìn)了許多物理化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生， 造成了結(jié)構(gòu)的劣化。因此， 裂縫處應(yīng)當(dāng)混凝土保護(hù)層的變薄處理。混凝土保護(hù)層不應(yīng)該是一個(gè)常量， 而是一個(gè)考慮到裂縫效應(yīng)的變量?；鶎由衔闹刑岬降脑?， 其極限狀態(tài)為保護(hù)層的完全碳化。
3 結(jié)論
?。?） 本文引入了DBEM方法來計(jì)算裂縫深度。
?。?） 結(jié)構(gòu)的失效起始于碳化鋒面與鋼筋的接觸。利用基于可靠性， 并考慮到裂縫深度和碳化深度影響的方法對混凝土保護(hù)層的最小厚度進(jìn)行了研究。
