【正文】 裂縫的成因作了很多工作，得到了一些研究成果 ， 下面簡單總結幾種典型裂縫的成因。溫控措施一般包括：采用低熱水泥、控制澆筑溫度、采用水管冷卻、合理組織施工、改善結構分縫以及加強早期養(yǎng)護與表面保護等。另外，對于常態(tài)混凝土壩，其實際庫水溫度一般比設計溫度低，在運行過程中，壩體受拉應力作用，易產生裂縫；而對于碾壓混凝土壩，其水化熱散發(fā)較慢，一般要經過 5— 10年時間，受水化熟和外界溫降作用，易產生裂縫。 (3)基巖高差引起的裂縫澆筑在高低相差較大的基巖面上的大體積水工混凝土結構易發(fā)生這種裂 5 縫，主要是由于在混凝土澆筑后，內部溫度較高，在外界溫度降低過程中，混凝土結構受基巖約束作用，在基巖表面突變處產生應力集中而開裂。 2． 3． 1． 2水壓、地震等外部荷載 水工混凝土建筑物在運行期間長期受到水壓、風浪等外部荷載作用，偶然也會受 到地 震荷載的作用，這些外部荷載都會對裂縫的產生有不同程度的影響。 2． 3． 2非荷載原因 2． 3． 2． I混凝土結構設計方面 (1)混凝土構件的約束條件就混凝土結構而言，它是由鋼筋和混凝 土共同構成的復合整體，設計人員往往從承載能力方面考慮結構的配筋情況，更注重的是鋼筋的配筋率、直徑和間距等等。當變形處于一種無約束下的自由變形時，對于混凝土本身而言，開裂問題顯然是不會發(fā)生的。當鋼筋配筋率與混凝土的收縮率相協(xié)調時，約束作用不會造成開裂，當混凝土收縮率一定，約束過大時 ，混凝土極易開裂。即就每一具體構件的設計計算時，將鋼筋約束力對混凝土開裂的影響作為因素予以重視，以便保證混凝土內不會因過大約束而增加混凝土的拉應力。至于混凝土開裂與否，還要看混凝土構件中收縮應力的大小，以及混凝土抗拉強度的高低。因此，當混凝土構件受到很強的約束時，構件將產生大的收縮應力，從而使混凝土構件開裂。任何沒有荷載作用的混凝土，它的組成材料包括水泥、水、砂、石、外加劑及摻合料 6 等組分，它們通過相互物理化學作用硬化成為一種多孔隙復合材料，由于初始收縮應力作用而 形成內部許多微觀裂縫，這種裂縫在外力作用下不斷擴展，成為宏觀裂縫，繼續(xù)擴展導致素混凝土迅速破壞。因此，構造配筋顯得十分重要，它可以有效地控制裂縫的出現(xiàn)及分散裂縫，即用許多微細無害裂縫取代少量粗大的有害裂縫。這是因為在配筋率較低的條件下，混凝土收縮，鋼筋不收縮，其產生的收縮應力值是微小的，一般可以忽略不計；但當在混凝土構件中配筋率較高時，收縮應力值就比較可觀了。每 100 克水泥水化后的化學減縮值為 7～ 9m1；因此，水泥用量愈高，減縮值愈大。當毛細孔中的水逸出時產生毛細壓力，使水泥產生 “毛細收縮 ’，水泥愈多，毛細收縮愈大，故易引起干縮裂縫。配制同一強度的高強混凝土，若選用低強度等級水泥則比用高強度等級水泥所需的灰水比大，所以水泥用量增加。近年來試驗研究和工程實踐都表明隨著水泥活性和強度等級的增加，混凝土的收縮量顯著增加，并且拖延時間較長。試驗表明，水泥顆粒越細，活性越大，其收縮也越大。 (3)混凝土的用水量混凝土中的水主要有兩個作用。由于混凝土硬化后，多余的水分蒸發(fā)或殘存在混凝土中形成毛細孔或水泡，大大減少了混凝土抵抗荷載的實際有效斷面，而且可能在空隙周圍產生應力集中，使混凝土強度下降，進而造成 對混凝土抗裂性的影響。研究表明，用水量的影響程度顯著大于水泥用量和水灰比的影響程度，混凝土中較大的用水量使毛細孔數(shù)量顯著 7 增加，孔徑顯著變大，從而混凝土的強度降低，混凝土易開裂。溫差收縮產生的原因是，水泥水化是放熱過程，其水化熱一般可達 165～ 250 焦爾／克，隨混凝土水泥 用量提高，其絕熱溫升可達 50～ 80。研究表明，當混凝土內外溫差為 10。 AT ／ Ⅱ =10／ 1X10—5=0． 01％，如溫差為 20～ 30℃ 時，其冷縮值為 O． 02～O． 03％，當由于溫差在混凝土中產生的變形值大于冷縮值時，易引起混凝土開裂。荷載對水工混凝土結構 裂縫成因的影響研究 (5)混凝土中化學外加劑的摻量人們發(fā)現(xiàn)，自八十年代中期推廣商品混凝土以來，結構裂縫普遍增多，這是為什么呢 ?除了與混凝土的水泥用量和砂率提高有關外，人們忽視了減水劑引起的負面影響?；炷镣饧觿┠芊駥炷粮煽s性產生影響或其程度如何，隨其品種、特性、用量等而有不同，有的可能無何影響，有的可能影響較大。 (6)混凝土中礦物摻合料的摻量混凝土常用礦物摻合料有粒化高爐礦渣、粉煤灰、 硅粉和天然沸石粉。普通混凝土對礦物摻合料的品質要求，重點在于活性。礦物摻合料對新拌高性能混凝土工作度的影響可分為兩類：有些礦物摻合料具有 “分 散減水 ”作用，有些則相反，起 “增水增稠 ”作用。因此，在實際工程中，確定礦物摻合料對混凝土抗裂性的影響時，要根據摻合料的品種、質量和摻量而定。水泥砂漿在混凝土拌合物中起潤滑作用，可以減少粗骨料顆粒之間的摩擦阻力，所以在一定砂率范圍內，隨著砂率的增加，水泥砂漿潤滑作用也明顯增加，提高了混凝土拌合物的流動性，但砂率過大，即砂子用量過多，此時骨料的總表面積過大，在水泥漿量不變的情況下，水泥漿量相對減少了，減弱 了水泥漿的潤滑作用，導致混凝土拌合物流動性降低。如果砂率過 8 小，即石子用量過多，砂子用量過少時，水泥砂漿的數(shù)量不足以包裹石子表面，在石子之間沒足夠的砂漿層，減弱了水泥砂漿的潤滑作用，不但會降低混凝土拌合物的流動性，而且會嚴重影響其粘聚性和保水性，容易產生離析現(xiàn)象。由此可知，砂率過大和過小都對防止混凝土的開裂是不利的。對于同一性質的粗骨料來說，混凝土中粗骨料用量的增加有利于減少拌合需水量以及水泥量，從而減少混凝土的干縮以及發(fā)熱量，這對混凝土的抗裂 性是有利的。熱膨脹系數(shù)小的混凝土，在同樣的溫差條件下溫度應力較小，在混凝土強度相同時，低彈性模量有利于減少溫度應力，對混凝土的抗裂有利。 (9)混凝土中緩慢水化成分的含量混凝土中緩慢水化成 分主要是指水泥中的過燒 CaO、過燒 MgO等緩慢反應物質和水泥中過量石膏。當石膏摻量過多時，在水泥硬化后，殘余石膏與故態(tài)水化鋁酸鈣繼續(xù)反應生成高硫型水化硫鋁酸鈣 (鈣礬石 )，體積增大約 1． 5倍，從而導致混凝土開裂。一是混凝土中的水化產物只有在一定的堿濃度時，才能穩(wěn)定存在，如果混凝土中堿含量降 1 氐了，水化產物也隨之分解，則水泥石受到破壞，從而混凝土開裂。堿骨料反應的直接后果是混凝土發(fā)生開裂破壞。 (11)混凝土的密實度混凝土的密實程度對于其抗裂性影響是十分顯著的。混凝土的密實性的一個主要體現(xiàn)是其影響混凝土的滲透性及抗侵蝕性，即外界侵蝕性物質侵入混凝土內部的速度。 (12)混凝土所處環(huán)境中有害介質的濃度由于環(huán)境中侵蝕介質的作用而使混凝土產生裂縫的土要原因是，混凝土中形成了膨脹性的產物，導致混凝土開裂，這樣的侵蝕介質包 括硫酸鹽和某些鹽類。 無論是強度的降低還是較大的碳化收縮，都是對混凝土抗裂不利的，因此，混凝土所處環(huán)境中的c02 濃度，對混凝土裂縫發(fā)生與發(fā)展是有～定影響 的。碳化又叫中性化。碳化層產生的碳化收縮，使混凝土表面產生拉應力，如果拉應力超過混凝土的抗拉強度，則會產生微細裂縫，觀察碳化混凝土的切面，細裂紋的深度與碳化層的深度是一致的。 (15)混凝土中鋼筋銹蝕量鋼筋的銹蝕與混凝土的碳化有著密切的關系。碳化使混凝土內堿度降低，鋼筋表面鈍化膜破壞，導致鋼筋銹蝕。 2． 3． 2． 3 混凝土施工方面 (1)混凝土所處環(huán)境的濕度混凝土具有濕漲干縮的特性。這種干縮裂縫產生的原因是混凝土中的水由表 及里向環(huán)境中散失，當混凝土內部水遷移速率小于表面失水速率，則在混凝土表面產生毛細管收縮應力，當這種力大 的作用超過了混凝土的抗拉強度時混凝土就出現(xiàn)裂縫。另外，濕度對混凝土的碳化反應和堿 —骨料反應有重要的影響。相對濕度在 50％時碳化最快。 (2)混凝土的養(yǎng)護混凝土養(yǎng)護十分重要，養(yǎng)護時間 過短，很容易產生收縮裂縫。混凝土初凝之前出現(xiàn)泌水和水份急劇蒸發(fā)，引起失水收縮，此時骨料與水泥之間也產生不均勻的收縮變形，其收縮量可達 1％左右。某些露天構筑物盡管當?shù)貪穸群艽?，但由于風力影響，加速了混凝土水分蒸發(fā)速度，亦即增加干縮速度，容易引起早期表面裂縫。但有些混凝土 裂縫產生的原因或諸多相互關聯(lián)的因素及其理還有待進一步完善。因此，如何利用已有的小樣本信息，尋求一種科學的方法，將其與實踐結合起來，盡可能降低混凝土裂縫對工造成的危害就顯得尤為重要了。本節(jié)利用故障樹分析法分析產生裂縫的可能原因。將故障樹分析法用于水工混凝土結構裂縫成因分析中，即是通過對造成水工混荷載對水工混凝土結構裂縫成因的影響究凝土結構產生裂縫的所有原因 (包括直接的、間接的、環(huán)境的和人為的因素 )進行邏輯分析，繪制故障樹，分析裂縫產生的可能原因。對于水工混凝土結構裂縫成因分析來說，將水工混凝土結構看作一個系統(tǒng)，故障樹的頂事即為水工混凝土結構的裂縫。 (3)分析輸入事件分析每個與頂事件 (水工混凝土結構的裂縫 )相聯(lián)系的輸入事件，若該事件能進一步分解，則將其作為下一級 的輸出事件， (4)建立故障樹并將其按次級頂事件進行處理。 第三章 裂縫可能原因的數(shù)據挖掘 11 分析可知，對于水工混凝土結構，裂縫的產生往往是受多種因素影響 的綜合結果，產生的原因非常復雜。本章利用數(shù)據挖掘方法分析裂縫產生的可能原因及主要原因。數(shù)據挖掘系統(tǒng)中的輸入是數(shù)據庫的數(shù)據、 信息分析員的指導以及存儲在挖掘系統(tǒng)知識庫中的知識和規(guī)則。然后進行評價，通過與分析員交互以期發(fā)現(xiàn) 令人感興趣的模式。 3． 1． 2數(shù)據挖掘的方法 (1)神經網絡方法 神經網絡由于本身良好的自組織自適應性、并行處理、分布存儲和高度容錯等特性非 常適合解決數(shù)據挖掘 的問題，因此近年來越來越受到人們的關注。神經網絡方 法的缺點是 “黑箱 ”性，人們難以理解網絡的學習和決策過程。遺傳算法具有的隱含并行性、易于和其它模型結合等性質使得它在數(shù)據挖掘中被加 以應用。如利用遺傳算法優(yōu)化神 經網絡結構，在不增加錯誤率 的前提下，刪除多余的連接和隱層單元；用遺傳算法和 BP 算法結合訓練神經網絡，然后從網絡提取規(guī)則等。 (3)決策樹方法 決策樹是一種常用于預測模型的算法，它通過將大量數(shù)據有目的分類，從中找到一些 有價值的，潛在的信息。 (4)粗集方法 粗