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混凝土开裂现象研究进展与宏观分析 广州大学 结构工程 丁明浩 大纲 一、前言 二、国内外对混凝土开裂及其性能的研究 三、混凝土开裂类型 四、混凝土开裂原因 五、混凝土结构裂缝的调查、诊断与修补 六、预防混凝土结构开裂的对策 七、结语 一、前言 混凝土在使用过程中，受土壤中、水中及空气中有害介质的侵蚀，或混凝土材料本身有害成分的物理、化学作用，会出现开裂、剥落等，也会进一步加剧其他病害的发生与发展。如何减缓、减少混凝土的开裂现象，对混凝土结构的安全性、适用性、耐久性非常重要。混凝土结构的过早劣化开裂与破坏，也是资源和能源的巨大浪费。因此，国内外众多专家、学者、工程技术人员都非常重视 。 二、混凝土开裂及其性能的研究 1、国外 加拿大戴尔豪斯大学John Newhook ，Amin Ghali等（2002）采用纤维增强复合材料（玻璃钢）作为钢筋混凝土的受弯部分，有效的限制了裂缝宽度，使其在拉应力的范围内有一定的抗拉强度。研究表明，当使用玻璃钢加固的梁具有一定的容许应变范围，相对于矩形和T形截面来说是一个很大的突破 。 英属哥伦比亚大学N. Banthia和R. Gupta（2006）对塑性收缩开裂进行了有价值的研究，塑性收缩试验使用聚丙烯完全封闭覆盖技术，这种技术在干燥的环境下进行，并且充分考虑了开裂的覆盖监测时间和特点。结果表明，聚丙烯有效的控制了混凝土塑性收缩裂缝。 法国巴黎东方大学C. Boulay，S. Dal Pont和P. Belin（2009）提出饱和混凝土一个实时之间的关系演变，即电阻和裂缝宽度。经过分裂试验的加强和调整，使监测单裂纹状态和电阻的关系成为可能。实验结果表明，只有当电阻达到负荷峰值时裂纹才开始出现，电导模拟的同时，也会考虑到（简体）形态的裂纹和假设恒定值的电解质电导率。电导模型和实验已被证明电阻和裂缝存在着一定的关系 。 美国特拉华大学Paolo Gardoni 和David Rosowsky（2010）对锈胀裂缝中钢筋混凝土结构刚度的退化进行研究。刚度退化的主要原因是混凝土中内部开裂（内部微裂缝），使得应力应变关系发生了变化。提出了一个刚度退化因子模型，利用计算出来的系数来估测基于能量原理的最大混凝土裂缝宽度，从而得出混凝土结构的刚度退化量 。 2、国内 陈翠红、王元等（2002）通过对大流态混凝土早期裂缝产生的原因及主要影响因素进行分析，提出了采用化学减缩剂对早期裂缝进行控制的方法，所研制的化学减缩剂可控制早期裂缝高达到80%以上 。 清华大学陆新征，江见鲸（2004）利用无网格方法来调整节点分布，通过增加裂缝节点和裂面边界的方法加以模拟，并给出了宏观裂缝产生，扩展的具体模拟方法。通过算例表明，利用提出的方法，可以较准确地分析混凝土宏观裂缝的产生、扩展以及裂缝宽度变化，得到一些传统有限元方法难以得到的计算结果。 郑州大学赵卓，曾力（2009）和湖南大学彭建新，邵旭东等（2010）结合IPCC （联合国政府间气候变化专门委员会 ）预测大气CO2浓度数据，研究气候变化( CO2浓度) 的规律及其对混凝土结构的碳化损伤影响，提出时变可靠度模型来计算混凝土结构在多种CO2排放作用下将来100年内的开始腐蚀概率和腐蚀开裂比例。研究表明：在最高CO2排放策略下的开始腐蚀概率比其在最好CO2排放策略下高720%；对于耐久性差的混凝土，在将来100年的开裂概率为0. 37；当碳化腐蚀裂缝宽度要求设置从1 mm 降低为0. 3 mm时， 碳化腐蚀开裂比例提高25% ~ 70%。这些信息能够为混凝土桥梁全寿命设计和维护提供支持。 三、混凝土开裂的类型 按裂缝的产生时间可以分为施工期间产生的裂缝和使用期间产生的裂缝。并且从各个龄期的观察来看，混凝土开裂也是一个非常复杂的过程 。 四、混凝土开裂原因 1、收缩引起的混凝土开裂 混凝土收缩分为干燥收缩和自收缩，干燥收缩是由于混凝土中毛细管孔隙在干燥过程中失水，产生毛细管张力，使混凝土产生体积收缩，体积收缩慢慢增大，混凝土会产生开裂，而自收缩是由于混凝土中水泥组成部分继续水化，吸取了毛细管孔隙中的水分，造成毛细管的自真空状态，由于负压而产生收缩。 2、温度引起的混凝土开裂 温度