[摘 要] 本文研究的内容是混凝土早期裂缝对于混凝土保护层的影响。混凝土构件的裂缝会增加混凝土的渗透性， 因此裂缝所在区域应该做变薄处理。文章中研究的两个主要问题是保护层早期裂缝的形成及传播机理和保护层裂缝深度的计算方法， 后者主要是基于双界元法进行研究的。最后， 文章尝试了用极限状态分析方法对混凝土保护层的最小厚度进行分析。
[关键词] 混凝土保护层； 裂缝； 碳化； 耐久性； 极限状态可靠性
0 前言
混凝土保护层是混凝土构件的皮肤。对于混凝土碳化而言， 裂缝所在区域的钢筋脱钝现象通常会较早发生， 从而导致钢筋开始锈蚀。因此， 我们有必要对早期混凝土裂缝以及它对碳化现象的影响进行研究， 为暴露在恶劣环境中的混凝土构件的可靠性研究提供依据。
多数混凝土构件的表面裂缝是由于热应力， 自生收缩，干缩， 或者外部原因造成的。服务年限设计方法的可靠性在很大程度上取决于怎样对混凝土中裂缝进行模拟和评估。边界元法（BEM） 以及双边界元法（DBEM） 是对混凝土裂缝进行分析的两种被广泛应用的数字模拟方法。在Harder，Cen和Maier发表的文章中， BEM和虚拟裂缝模型被同时应用以模拟水泥材料的破裂行为； 而利用DBEM对混凝土裂缝的传播机理进行的研究， 我们可以在Portelaetal1， saleh和Aliabadi的文章中找到相关介绍。本文在估算裂缝深度的时候引入了Saleh的DBEM方法。
在保证混凝土结构的可靠性要求的诸多方法中， 评估以及控制混凝土保护层的最小厚度是最具操作性的。在本文的最后， 我们初步尝试了利用极限状态方法来确定这一指标。
1 早期收缩和裂缝
张拉应力是产生裂缝的主要原因。在混凝土的冷却阶段， 如果收缩受到限制， 则在结构内部会产生张拉应力。当张拉应力超过了正在硬化的混凝土的抗拉强度时， 裂缝就会产生。
自生收缩是造成早期裂缝的另一个主要原因。当水灰比低于某一个临界值时， 混凝土会发生明显的自生收缩。这种自生收缩会导致混凝土体积的变化， 如果这种变化收到了限制混凝土内部便会产生应力， 若此应力超过了系统局部的抗拉强度， 则会导致微小裂缝的出现。这种现象在低水胶比的高强混凝土中尤为明显。
干缩是指硬化混凝土在干燥过程中产生的收缩， 它与自生收缩类似， 所以区分自生收缩和干缩往往比较困难。在实践中， 人们常常把自生收缩作用归入干缩作用里。
收缩是一个复杂的现象， 它有许多的影响因素， 这些因素包括组分， 温度， 周围环境的相对湿度， 混凝土处于干燥环境中的龄期， 以及结构或构件的尺寸。有研究结果显示，轻混凝料会造成高收缩， 这主要是因为有此类混凝料的混凝土有较低的弹性模量， 而细混凝料比例较高的话， 同样会造成较高的收缩值， 这是由于存在较大的空隙造成的。在对硬化过程中的混凝土构件进行裂缝产生的风险的评估中， 温度标准仍然是一个实用标准， 但是在评估低水胶比的混凝土时， 此标准不再适用。另外， 材料的受限制程度实际上是影响裂缝产生的最大因素。Sule的研究结果还表明混凝土的总体变形最随着钢筋含量的增加而减少。而且， 由于混凝土变形是由水合作用导致的热应变控制的， 所以当钢筋与混凝土的热膨胀系数相近时， 钢筋对于热变形的影响相对较小。
2 混凝土保护层的最小厚度
混凝土保护层及裂缝的影响混凝土保护层为混凝土构件隔绝了有豁气体和液体的腐蚀， 所以混凝土保护层厚度对于结构耐久性的影响很大。但是， 混凝土中裂缝的存在增加了混凝土的渗透性， 促进了许多物理化学反应的发生， 造成了结构的劣化。因此， 裂缝处应当混凝土保护层的变薄处理。混凝土保护层不应该是一个常量， 而是一个考虑到裂缝效应的变量。基层上文中提到的原因， 其极限状态为保护层的完全碳化。
3 结论
（1） 本文引入了DBEM方法来计算裂缝深度。
（2） 结构的失效起始于碳化锋面与钢筋的接触。利用基于可靠性， 并考虑到裂缝深度和碳化深度影响的方法对混凝土保护层的最小厚度进行了研究。
