【正文】 力減小，負摩阻力增加，基礎(chǔ)受荷加大。有些橋梁基礎(chǔ)埋置過淺，受洪水沖刷、淘挖，基礎(chǔ)可能位移。地面荷載條件的變化，如橋梁附近因塌方、山體滑坡等原因堆置大量廢方、砂石等，橋址范圍土層可能受壓縮再次變形 。諸如此類，橋梁使用期間原有地基條件變化均可能造成不均勻沉降。蝕裂縫由于混凝土質(zhì)量較差或保護層厚度不足，混凝土保護層受二氧化碳侵蝕碳化至鋼筋表面，使鋼筋周圍混凝土堿度降低，或由于氯化物介人，鋼筋周圍氯離子含量較高，均可引起鋼筋表面氧化膜破壞，鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應(yīng)，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長約 2～ 4 倍，從而對周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致混凝士保護層開裂、剝離，沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫，并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕，鋼筋有效斷面面積減小，鋼筋與混凝土握裹力削弱，結(jié)構(gòu)承載力下 降，并將誘發(fā)其他形式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。 要防止鋼筋銹蝕，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求控制裂縫寬度，采用足夠的保護層 厚度 。施工時應(yīng)控制混凝土的水灰比，加強振搗，保證混凝土的密實性，防止氧氣 侵人，同時嚴(yán)格控制含氯鹽的外加劑用量，沿海地區(qū)或其他存在腐蝕性強的空氣、 地下水地區(qū)尤其應(yīng)慎重 。 畢業(yè)論文 18 凍脹裂縫 氣溫低于 0℃時，吸水飽和的混凝土出現(xiàn)冰凍，游離的水轉(zhuǎn)變成冰，體積膨脹，因而混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力；同時混凝土凝膠孔中的過冷水（結(jié)冰溫度在 780℃以下）在微觀結(jié)構(gòu)中遷移和重分布引起滲透壓，使混凝 土中膨脹力加大，混凝土強度降低，并導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。尤其是混凝土初凝時受凍最嚴(yán)重，成齡后混凝土強度損失可達 30%～ 50%。冬季施工時，對預(yù)應(yīng)力孔道灌漿后若不采取保溫措施也可能發(fā)生沿管道方向的凍脹裂縫。溫度低于 0℃和混凝土吸水飽和是發(fā)生凍脹破壞的必要條件?；炷林屑峡障抖?、吸水性強，集料中含泥土等雜質(zhì)過多，混凝土水灰比偏大、振搗不密實，養(yǎng)護不力使混凝土早期受凍等，均可能導(dǎo)致混凝土凍脹裂縫。冬季施工時，采用電氣加熱法、暖棚法、地下蓄熱法、蒸汽加熱法養(yǎng)護以及在混凝土拌和水中摻人防凍劑 (但氯鹽不宜使用 )，可保證混凝 土在低溫或負溫條件下硬化。 按裂縫的力學(xué)特性分類 從裂縫產(chǎn)生的力學(xué)特性進行分類是最本質(zhì)的 。 基本分類內(nèi)容 應(yīng)該說，從裂縫產(chǎn)生的力學(xué)特性進行分類是最本質(zhì)的，在設(shè)計時，也是采用 混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性作為指標(biāo)進行分類的。 1） 彎曲裂縫 ： 彎曲裂縫一般是垂直裂縫，是混凝土構(gòu)件受彎矩作用產(chǎn)生的裂縫。彎曲裂縫 首先出現(xiàn)在彎矩最大截面的混凝土受拉區(qū)。梁、板結(jié)構(gòu)的正彎矩裂縫一般位于跨 上發(fā)展；負彎矩裂縫位于連續(xù)梁的支點或懸臂梁的根部上緣，自上而下發(fā)展。這種裂縫隨著荷載的增大，裂縫寬度增大、長度加長、條數(shù) 增多，開裂區(qū)域逐漸向兩側(cè)發(fā)展。 2） 剪切裂縫 ： 剪切裂縫又稱為斜裂縫，首先發(fā)生在剪應(yīng)力最大的部位。剪切裂縫一般發(fā)生 在支點附近，由主拉應(yīng)力引起，沿中性軸呈 25 度～ 45 度開裂。隨著荷載的增加，裂縫長度不斷向受壓區(qū)發(fā)展，裂縫數(shù)量不斷增加并分岔，裂縫區(qū)也逐漸向跨中方向發(fā)展。剪切裂縫一旦出現(xiàn)，應(yīng)引起高度重視，注意觀察。如果裂縫不斷發(fā)展或接近受壓區(qū)，則不論其寬度如何都應(yīng)及時采取加固措施。 3） 扭曲裂縫 ： 混凝土構(gòu)件受扭轉(zhuǎn)與彎曲共同作用而產(chǎn)生的裂縫稱為扭曲裂縫。此類裂縫一 般呈 45 度傾斜，并有多條。這種裂縫出 現(xiàn)后，混凝土保護層往往會出現(xiàn)剝落。扭曲產(chǎn)生的彎矩由鋼筋承擔(dān)，直到鋼筋滑動時，構(gòu)件完全破壞。 4） 斷開裂縫 ： 混凝土構(gòu)件受拉時截面上產(chǎn)生的裂縫稱斷開裂縫。這類裂縫是受拉構(gòu)件在荷 載作用下產(chǎn)生的，并沿正截面開展。荷載小時，混凝土和鋼筋共同受拉，構(gòu)件處 于未開裂狀態(tài) 。荷載增大，混凝土達到抗拉強度而開裂，混凝土退出工作，全部拉 力由鋼筋承擔(dān)，這是允許出現(xiàn)裂縫的工作狀態(tài)；荷載繼續(xù)增大，鋼筋應(yīng)力達到流 畢業(yè)論文 19 限，鋼筋延伸率增大，裂縫寬度超過允許值，這時構(gòu)件處于臨界破壞的狀態(tài)。 5） 局部應(yīng)力裂縫 ： 局部應(yīng)力裂縫指由局部應(yīng)力引起 的裂縫，主要出現(xiàn)在支座、錨頭受局部應(yīng)力 較大的部位或受突然撞擊的部位。在上述多種力學(xué)破壞模式中，剪切破壞的危害最大，也最突然，尤其要引起重視。下面對剪切破壞作進一步探討。 剪切破壞 在豎向荷載作用下，混凝土梁式結(jié)構(gòu)主要產(chǎn)生彎矩和剪力，彎矩產(chǎn)生法向應(yīng) 力，剪力產(chǎn)生剪應(yīng)力。對普通鋼筋混凝土梁式構(gòu)件而言，當(dāng)法向拉應(yīng)力超過混凝 土的抗拉設(shè)計強度時就要出現(xiàn)豎向裂縫。隨著荷載的增大，豎向裂縫不斷發(fā)展， 受拉鋼筋達到屈曲強度后，受壓區(qū)混凝土的壓應(yīng)變也達到極限，壓應(yīng)力達到抗壓 極限強度而遭破壞，此即為梁式構(gòu)件的 正截面強度問題。關(guān)于鋼筋混凝土受彎構(gòu) 件的正截面強度問題的研究已相當(dāng)成熟，理論值與試驗值非常接近。 另外，鋼筋混凝土梁式構(gòu)件還會因剪應(yīng)力和法向應(yīng)力的復(fù)合作用而產(chǎn)生主應(yīng)力破壞。在以往的容許應(yīng)力設(shè)計法中，是以控制主拉應(yīng)力裂縫的出現(xiàn)作為設(shè)計準(zhǔn) 年來的試驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)主拉應(yīng)力裂縫出現(xiàn)時，鋼筋混凝土梁還具有相當(dāng)大的抗剪承載力。為此，原橋規(guī) JTJ 02385 采用極限狀態(tài)設(shè)計法時，假定主拉應(yīng)力裂縫的發(fā)展使構(gòu)件的抗剪強度耗盡，即認(rèn)為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗剪能力不足以抵抗荷載剪切效應(yīng)時就為構(gòu)件的破壞，常稱為斜截面抗剪強度的破壞。 試 驗表明，鋼筋混凝土梁的剪切破壞形態(tài)大致可以歸納為三種： 1） 斜拉破壞。斜拉破壞通常發(fā)生在剪跨比較大 (一般 m =M/Q0h 3)的無腹筋梁或配筋較弱的梁式構(gòu)件中。當(dāng)斜裂縫一出現(xiàn)或出現(xiàn)不久，構(gòu)件不能產(chǎn)生應(yīng)力重分配，腹筋立即屈服，裂縫迅速延長到受壓區(qū)而使整個梁遭到破壞。這種破壞從梁出現(xiàn)斜裂縫到破壞，荷載幾乎沒有什么增長，是一種無預(yù)兆的燮巡 T，因此在設(shè)計中首先要避免這種情況發(fā)生。 2） 剪壓破壞。當(dāng)腹筋配置適量或無腹筋梁剪跨比 m 在 1～ 3 的情況下，斜裂縫出現(xiàn)后，腹筋和受壓區(qū)的混凝土均能繼續(xù)承擔(dān)剪力，甚至在腹筋 屈服以后外荷載還能繼續(xù)增加，所增加的荷載由受壓區(qū)混凝土承擔(dān)，最后當(dāng)受壓區(qū)混凝土在剪應(yīng)力和法向應(yīng)力的共同作用下達到其極限強度即遭破壞。這種破壞不是突然發(fā)生的，是設(shè)計普遍預(yù)防和控制的破壞形式。 3） 斜壓破壞 (或稱劈裂破壞 )。斜壓破壞一般發(fā)生在剪跨比較小 (mI)的情況下，無論在無腹筋梁或有腹筋梁中都會發(fā)生。斜壓破壞的特征是隨著荷載的增加，梁腹被數(shù)道斜向裂縫分割成傾斜的棱柱體，最后被斜向壓力所壓壞或被劈裂力劈裂破壞。這種破壞的抗剪能力很高，無明顯的預(yù)兆，但比斜拉破壞要好一些。JTJ02385 的斜截面抗剪強度主要 是針對“避免構(gòu)件剪壓破壞”作為設(shè)計計算的依據(jù)，它是一種常見的破壞形態(tài)，且抗剪能力的變化幅度也較大。剪壓破壞的試驗證實，當(dāng)梁出現(xiàn)斜裂縫以后，剪力鋼筋才發(fā)揮作用，且當(dāng)鋼筋屈服后，剪壓區(qū)的混凝土還能繼續(xù)承受荷載，因此，可考慮剪力鋼筋和混凝土共同抗剪，即混凝土、箍筋和彎起鋼筋的抗剪能力相疊加。斜壓破壞可以通過規(guī)定抗剪上限值，即規(guī)定梁的最小尺寸來保證 。斜拉破壞則可以通過規(guī)定抗剪下限值，即規(guī)定構(gòu)件不允許出現(xiàn)斜裂縫的最小容許拉應(yīng)力值來保證。并且，在這一范圍內(nèi)可規(guī)定最小配箍率，以保證構(gòu)件必要的延性，從而即使在偶然出現(xiàn)斜裂縫 以后，仍可保證抗剪能 畢業(yè)論文 20 力的再分配。 影響剪切破壞的主要因素 普通鋼筋混凝土 ： 大量的試驗表明，影響鋼筋混凝土受彎構(gòu)件抗剪強度的因素很多，具有普遍 意義的有如下主要因素 ： 剪跨比。幾乎所有的試驗資料表明，剪跨比對梁的抗剪能力有著重要的影響，即彎矩與剪力比值的大小決定著梁的抗剪能力。從無腹筋梁的試驗分析得知，由于預(yù)應(yīng)力混凝土梁斜截面開裂荷載的增大，則使箍筋的微量拉應(yīng)變階段變長，從而增強了構(gòu)件的抗剪能力。對于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，其斜截面上所能承受的剪力由未開裂的混凝土 (處于斜裂縫的上端 )以及與斜裂縫相交的 箍筋和彎起鋼筋三者共同承擔(dān)。 預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件由于預(yù)加應(yīng)力的存在，構(gòu)件內(nèi)的主拉應(yīng)力大為降低， 在合理布置預(yù)應(yīng)力鋼筋的情況下，可以使主拉應(yīng)力小于混凝土的抗拉強度。當(dāng)梁 的主拉應(yīng)力 bzl lσ ≤ R 時，混凝土足以承擔(dān)主拉應(yīng)力，箍筋可以按照構(gòu)造要求設(shè)置。對于基本荷載組合 — 荷載組合 I，安全系數(shù) k 可以取 ；對于荷載組合 II或組合 III，一般取 k=，即當(dāng)混凝土主拉應(yīng)力 lσ ≤ R(荷載組合 1)或 lσ ≤ R(荷載組合 II 或組合 III)時，箍筋可僅按構(gòu)造要求設(shè)置?？紤]到可能由于一些難以預(yù)見的不利因素的影響，一旦出現(xiàn)斜裂縫，構(gòu)件的承載能力將降低，甚至突然破壞，所以當(dāng) lσ R(荷載組合 1)或 lσ R(荷載組合 11 或組合 III)時，規(guī)范規(guī)定，必須按照計算設(shè)置所需的抗剪鋼筋。 本章小結(jié) 混凝土裂縫產(chǎn)生的原因很多，因此裂縫的類型也很多，本章主要介紹了由外 因產(chǎn)生的裂縫即荷載裂縫、溫度裂縫、混凝土收縮徐變裂縫、基礎(chǔ)變形裂縫、鋼 筋銹蝕裂縫及凍脹裂縫以及按力學(xué)特性分類的幾種裂縫：彎曲裂縫、剪切裂縫、 扭曲裂縫、斷開裂縫、局部應(yīng)力裂縫。 研 究裂縫的成因可以做到對癥下藥，為裂縫的預(yù)防和修復(fù)提供幫助，結(jié)合本 課題的特點，筆者主要研究空間管狀纖維骨架系統(tǒng)對由荷載作用產(chǎn)生的裂縫的修 復(fù)效果及反復(fù)修復(fù)效果，另外對混凝土的碳化收縮裂縫的修復(fù)的修復(fù)也做了初步 探索。這些裂縫中首先需要解決的是偶然的超載引起的裂縫的修復(fù)，具有重要的 經(jīng)濟和社會效應(yīng)。 畢業(yè)論文 21 第 四 章 空間管狀纖維骨架系統(tǒng) 自修復(fù)智能混凝土是模仿動物的骨組織結(jié)構(gòu)受創(chuàng)傷后的再生、恢復(fù)機理 ,采用 修復(fù)膠粘劑和混凝土材料相復(fù)合的方法 ,對材料損傷破壞具有自修復(fù)和再生的功 能 ,恢復(fù)甚至提高材料性能的 一種新型復(fù)合材料。其具有自修復(fù)行為混凝土的智能 模型為 :在混凝土基體中摻入內(nèi)含修復(fù)膠粘劑的修復(fù)纖維管 ,從而形成了智能型仿 生自修復(fù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在外界作用下 ,混凝土基體一旦開裂 ,管內(nèi)裝的修復(fù)劑流 出滲入裂縫 ,由化學(xué)作用修復(fù)劑固結(jié) ,從而抑制開裂 ,修復(fù)裂縫?，F(xiàn)已經(jīng)有幾種裂縫 仿生自修復(fù)技術(shù)，混凝土自修復(fù)技術(shù)解決兩個主要問題：其一為封閉裂縫自修復(fù)， 其二為填充裂縫自修復(fù)。 但是到目前為止，對混凝土裂縫自修復(fù)技術(shù)的研究還處于起步階段。綜合仿 生自修復(fù)混凝土材料在理論研究上和反復(fù)修復(fù)在工程實踐中存在的不足，結(jié)合當(dāng) 前 混凝土多功能和智能化的發(fā)展趨勢，對這兩種新技術(shù)的成功之處加以整合進而 提出具有多重尺度的空間管狀纖維骨架系統(tǒng)對混凝土裂縫的自修復(fù)這一新的研究課題。 本章主要介紹空間管狀纖維骨架系統(tǒng)的自修復(fù)機理；空間管狀纖維骨架的材 料、修復(fù)模式；空間管狀纖維骨架內(nèi)含修復(fù)材料的類型等。 空間管狀纖維骨架系統(tǒng)自修復(fù)機理的提出 事實上，混凝土本身也是一種復(fù)合材料。在混凝土復(fù)雜組分材料中，添加一 些特殊的組分材料所組成的水泥基智能復(fù)合材料，可待混凝土產(chǎn)生裂紋后，在一 定條件下自行愈合，稱之為自愈合特性，也稱為自修復(fù)。 目前 混凝土裂縫自修復(fù)機理主要一下幾種： 1） 結(jié)晶沉淀自修復(fù)機理 主要是利用水泥基種 25%的未水化的水泥，當(dāng)混凝土開裂時，在裂縫處產(chǎn)生 一系列的物理、化學(xué)反應(yīng)，這些物理、化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致了混凝土裂縫的自愈合。這 些反應(yīng)包括：①水泥漿體的水化：混凝土種未水化的水泥顆粒（如 C3S、 C3A 等） 隨滲透水一起流出來并生成水泥水化產(chǎn)物，從而對裂縫自愈合做出貢獻。同時， 在對裂縫周圍產(chǎn)物分析時發(fā)現(xiàn)有水化硫鋁酸鈣和水化氯酸鈣生生，這可能是水化 產(chǎn)物和硫酸鹽污染所致。②碳酸鈣晶體的先形成：首先，混凝土硬化體重的微溶 于水的水化 產(chǎn)物 Ca(OH)2。隨滲透水一起流出；其次 Ca(OH)2在有水存在的條件下雨空氣中的 CO2發(fā)生反應(yīng)生成 CaCO3，碳酸鈣在裂縫周圍的結(jié)晶使裂縫愈合。③水滲透導(dǎo)致的裂縫愈合：由于水災(zāi)裂縫周圍的滯留，空氣中的污染物如灰塵等沉落到滲透水中產(chǎn)生的裂縫愈合。④混凝土內(nèi)部例子分解導(dǎo)致的裂縫愈合：由于水滲透導(dǎo)致混凝土內(nèi)部 Ca(OH)2 濃度降低，從而使與 Ca(OH)2 相平衡的水泥水化產(chǎn) 物分解，并隨滲透 水一起流出來，附著在裂縫周圍，從而導(dǎo)致裂縫愈合。 2） 滲透結(jié)晶自修復(fù)機理 利用在混凝土中摻入活性外加劑或在外部涂 敷一層含有活性外加劑涂層，在 一定的養(yǎng)護條件下，以水為載體，通過滲透作用，使其特殊的活性化學(xué)物質(zhì)在混 凝土的微孔及毛細孔中傳輸，填充并催化混凝土中未完全水化的水泥顆粒繼續(xù)發(fā) 生水化作用，形成不溶性的晶體。混凝土干燥時，該活性化學(xué)物質(zhì)處于休眠狀態(tài)； 當(dāng)混凝土開裂，有水滲入時，該物質(zhì)繼續(xù)水化生成新的結(jié)晶，對裂縫進行自動填 充，實現(xiàn)自修復(fù)。 畢業(yè)論文 22 3） 聚合物固化仿生自修復(fù)機理 聚合物固化技術(shù)是充分模仿動物的骨組織結(jié)構(gòu)受傷后的再生、恢復(fù)機理，采 用聚合物和混凝土材料相復(fù)合的方法，使材料損傷破壞具有自行修復(fù)和再生功能，恢復(fù) 甚至提高材料性能的新型修補技術(shù)。根據(jù)所采用的聚合物的不同，所提出的裂縫自修復(fù)原理主要包括空氣固化和單體熱聚合。 ① 空氣固化修復(fù)。聚合物空氣固化自修復(fù)原理主要在于，當(dāng)基體產(chǎn)生微裂縫的同時，基體中空心纖維或空心膠囊斷裂釋放出修復(fù)裂縫的聚合物，該聚合物在裂縫中空氣硬化，修復(fù)裂縫，恢復(fù)甚至提高基體未開裂時的力學(xué)性能。當(dāng)脆性的混凝土過載時，產(chǎn)生基體的初始