[摘 要] 本文研究的內容是混凝土早期裂縫對于混凝土保護層的影響。混凝土構件的裂縫會增加混凝土的滲透性， 因此裂縫所在區域應該做變薄處理。文章中研究的兩個主要問題是保護層早期裂縫的形成及傳播機理和保護層裂縫深度的計算方法， 后者主要是基于雙界元法進行研究的。最后， 文章嘗試了用極限狀態分析方法對混凝土保護層的最小厚度進行分析。
[關鍵詞] 混凝土保護層； 裂縫； 碳化； 耐久性； 極限狀態可靠性
0 前言
混凝土保護層是混凝土構件的皮膚。對于混凝土碳化而言， 裂縫所在區域的鋼筋脫鈍現象通常會較早發生， 從而導致鋼筋開始銹蝕。因此， 我們有必要對早期混凝土裂縫以及它對碳化現象的影響進行研究， 為暴露在惡劣環境中的混凝土構件的可靠性研究提供依據。
多數混凝土構件的表面裂縫是由于熱應力， 自生收縮，干縮， 或者外部原因造成的。服務年限設計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行模擬和評估。邊界元法（BEM） 以及雙邊界元法（DBEM） 是對混凝土裂縫進行分析的兩種被廣泛應用的數字模擬方法。在Harder，Cen和Maier發表的文章中， BEM和虛擬裂縫模型被同時應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理進行的研究， 我們可以在Portelaetal1， saleh和Aliabadi的文章中找到相關介紹。本文在估算裂縫深度的時候引入了Saleh的DBEM方法。
在保證混凝土結構的可靠性要求的諸多方法中， 評估以及控制混凝土保護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方法來確定這一指標。
1 早期收縮和裂縫
張拉應力是產生裂縫的主要原因。在混凝土的冷卻階段， 如果收縮受到限制， 則在結構內部會產生張拉應力。當張拉應力超過了正在硬化的混凝土的抗拉強度時， 裂縫就會產生。
自生收縮是造成早期裂縫的另一個主要原因。當水灰比低于某一個臨界值時， 混凝土會發生明顯的自生收縮。這種自生收縮會導致混凝土體積的變化， 如果這種變化收到了限制混凝土內部便會產生應力， 若此應力超過了系統局部的抗拉強度， 則會導致微小裂縫的出現。這種現象在低水膠比的高強混凝土中尤為明顯。
干縮是指硬化混凝土在干燥過程中產生的收縮， 它與自生收縮類似， 所以區分自生收縮和干縮往往比較困難。在實踐中， 人們常常把自生收縮作用歸入干縮作用里。
收縮是一個復雜的現象， 它有許多的影響因素， 這些因素包括組分， 溫度， 周圍環境的相對濕度， 混凝土處于干燥環境中的齡期， 以及結構或構件的尺寸。有研究結果顯示，輕混凝料會造成高收縮， 這主要是因為有此類混凝料的混凝土有較低的彈性模量， 而細混凝料比例較高的話， 同樣會造成較高的收縮值， 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件進行裂縫產生的風險的評估中， 溫度標準仍然是一個實用標準， 但是在評估低水膠比的混凝土時， 此標準不再適用。另外， 材料的受限制程度實際上是影響裂縫產生的最大因素。Sule的研究結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致的熱應變控制的， 所以當鋼筋與混凝土的熱膨脹系數相近時， 鋼筋對于熱變形的影響相對較小。
2 混凝土保護層的最小厚度
混凝土保護層及裂縫的影響混凝土保護層為混凝土構件隔絕了有豁氣體和液體的腐蝕， 所以混凝土保護層厚度對于結構耐久性的影響很大。但是， 混凝土中裂縫的存在增加了混凝土的滲透性， 促進了許多物理化學反應的發生， 造成了結構的劣化。因此， 裂縫處應當混凝土保護層的變薄處理。混凝土保護層不應該是一個常量， 而是一個考慮到裂縫效應的變量。基層上文中提到的原因， 其極限狀態為保護層的完全碳化。
3 結論
（1） 本文引入了DBEM方法來計算裂縫深度。
（2） 結構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層的最小厚度進行了研究。
