初始微裂縫(féng)的形(xíng)成與種類,產生混凝土初始微裂縫(féng)(initial microcrack)的原因可用材料(liào)組分的構(gòu)造理(lǐ)論(lùn)加以解釋,即視混凝土為集料、硬化水泥漿、氣體、水分等所組(zǔ)成的非勻質材料。在(zài)水泥漿硬化過程中,伴隨溫度、濕度條件(jiàn)的(de)變化(huà),同時產生體積變形。這種變形是不均勻的,水泥漿收縮較大,集料收縮很小;水泥漿(jiāng)的熱膨脹(zhàng)係(xì)數大,而集料較小(xiǎo),它們之間的變(biàn)形不是自由(yóu)的,產生相互約束應力。在構造理論中通過建立簡(jiǎn)單的計算模型,可以模擬裂縫的萌生。這就是說,結構混凝土在承(chéng)受載荷以前,內部就存在初始微裂(liè)縫(寬度(dù)大約(yuē)在103mm量級,長度(dù)在1-2mm)。
從分布位置看,主(zhǔ)要有三種。(1)界麵微裂縫:發生在集料與水泥(ní)石的黏結麵(miàn)上,主要沿集料周圍出現;(2)水泥漿微裂縫:產生於(yú)硬化水泥漿中的裂縫,分(fèn)布在集料(liào)之間;(3)集料裂縫:是指集料自身具有的裂縫。在這三種裂縫中,界麵微裂縫和水泥漿微裂縫較多,集料裂縫較少。由於微裂縫的分布是不規則的與非貫穿的,故具有微裂縫的混凝土(tǔ)仍可以(yǐ)承受拉力,但(dàn)在拉力作用下(xià)微裂縫容易擴展,並且混凝土材料的非均勻性,對混凝土抗拉能力甚為(wéi)敏感,故抗(kàng)拉強度的離散程度遠(yuǎn)較抗壓強度離散性大。實際工(gōng)程結構中的裂縫,絕大多數由抗拉強度或拉伸應變不足而引起。以上討論的(de)是初(chū)始微裂縫形成的一般機理,下麵結合荷載作用和環境作用,進一步探討裂縫的發展特征(zhēng)。
結(jié)構性裂縫(féng)與非結構性裂縫,廣義地說,橋梁結構不外乎承受兩種作用(yòng):一是荷載作用,二是非荷載作用。這(zhè)裏將由(yóu)荷(hé)載作用產生的裂縫稱為(wéi)“結構(gòu)性裂(liè)縫”,由非荷載因素作用產生的裂(liè)縫稱(chēng)為“非結構性裂縫”。
結構性裂(liè)縫起因於荷載作用,包括直(zhí)接荷載作用和間接荷載作用。直接荷(hé)載是(shì)指恒載、活載(zǎi)、預應力、風等;間接(jiē)荷載(zǎi)來(lái)源於溫度、徐變、收縮、基礎沉降、鬆(sōng)弛等(děng)。也有人將間接荷載稱為(wéi)“變形荷載”或(huò)“第(dì)二類(lèi)荷載”。
對於直接荷載(zǎi)引起的裂縫(féng),一般可以按照結構力學方(fāng)法來分析內力,依據材料力學理論來(lái)計算應力,再根據混凝土結構設計原理由應力推算裂縫寬度及間距。用這種(zhǒng)方法計算的裂(liè)縫,似乎是在一瞬時發(fā)生並一次完成(chéng)的,是個(gè)“一次過程”。
目前,對直(zhí)接荷載所引起裂縫的試驗研究已比較成(chéng)熟,包括在拉、壓、彎、剪、扭(niǔ)情況下的開裂條件與裂縫形態。以單軸受壓為例,一(yī)般可以將混凝(níng)土的破(pò)壞過程分為三個階段。
①當混凝土的壓應力低於30%-50%的(de)極限應力,界麵微裂縫因應力集中而(ér)略有發(fā)展,處於相對穩定期;卸(xiè)載後的殘餘變形很小,認為此時材料處於線彈性狀態。
②當混凝土壓(yā)應力增大到50%-75%極限應力時,原有的界麵微裂縫逐漸延伸和加寬,並(bìng)逐漸進入水泥砂漿,新的裂縫也不斷出現。但是當荷載停止增長時,裂縫的發展亦將停滯。此(cǐ)時,裂縫處於穩定擴展階(jiē)段。
③隨(suí)著(zhe)混凝土壓(yā)應力的進一步增大,界麵裂縫以及水泥(ní)砂漿中的(de)裂縫都迅速地延展和加寬,形成連續裂縫;在這(zhè)一階段,即使(shǐ)應力保持不(bú)變,裂縫仍然發展,處於不穩定狀態。混凝土被貫通的裂縫分割,逐漸喪失承載力。
非結構性裂縫,這(zhè)裏所(suǒ)講的非(fēi)結構(gòu)性裂縫,是指非荷載因素產生的裂縫(féng),諸如:混凝(níng)土早期收縮裂縫、水化熱裂縫,以及施工期混凝土澆築(zhù)時的模板支架沉降引起(qǐ)的裂縫;使用後期由環境侵蝕等引起的裂縫,如鋼筋鏽蝕、凍融循環、碳化(huà)、堿—集料反應等引起的裂縫。
按照混凝土橋梁的施工期和使用(yòng)期。使(shǐ)用期裂縫雖是各種直接和間接荷載作用的結果,但也是混凝土形成期(qī)與施工期微裂縫的顯化;同樣,在橋梁使用後期,車輛活載、環境溫度的疲勞作(zuò)用(yòng)累積和日(rì)積月累的環境侵蝕,也(yě)會使裂(liè)縫擴(kuò)展(zhǎn)到危險的境地。
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