4、服役期間的工作環(huán)境使微裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致抗?jié)B性能劣化
前面已經(jīng)提到，對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)而言，并非是僅僅滿足了一些外加劑、摻合料及水灰比方面的要求，就能夠保證耐久性能。這是因?yàn)榛炷猎诠ぷ髦幸惺芨鞣N荷載和變形；混凝土在荷載、變形和氣候作用下，微結(jié)構(gòu)性能會(huì)逐步劣化，表面及內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋；而混凝土的開(kāi)裂通常導(dǎo)致滲流通道相互連接并且增加混凝土的滲透性，這種由于裂紋擴(kuò)張導(dǎo)致的滲透性的增加使得更多的水和有害化學(xué)成分滲入混凝土中，引起混凝土性能的進(jìn)一步劣化、開(kāi)裂。這樣一個(gè)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)： 劣化———開(kāi)裂———可滲性增加———進(jìn)一步劣化，終將導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的毀滅性破壞。Shah and Wang 根據(jù)一個(gè)目前仍在進(jìn)行的廣泛研究的初步結(jié)果，給出了混凝土微結(jié)構(gòu)、滲透性能、開(kāi)裂和耐久性之間的關(guān)系。指出在耐久混凝土配合比設(shè)計(jì)中要考慮三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：強(qiáng)度、滲透性和抗裂能力[ 24 ] .
4.1 靜載荷下微裂紋擴(kuò)展對(duì)混凝土抗?jié)B性的影響
在定性分析荷載與變形作用對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響機(jī)理方面，人們是很容易達(dá)成共識(shí)的。比較權(quán)威的觀點(diǎn)是：在外加荷載施加之前，在砂漿與骨料界面之間就存在粘結(jié)裂縫，在砂漿和骨料本身，也存在微裂紋，但這些微裂紋與粘結(jié)裂紋相比是微不足道的； Slate ， F1O1 ，and K1C1Hover1 在文獻(xiàn)[25 ]認(rèn)為：在所施加的荷載不超過(guò)極限荷載的30 %之前，粘結(jié)裂紋的增量可以忽略不計(jì)；如果荷載進(jìn)一步增加，粘結(jié)裂紋不論是在寬度還是在長(zhǎng)度方面都將隨之增加。荷載達(dá)到70 %～ 90 %極限荷載時(shí)，在砂漿內(nèi)部的微裂紋已經(jīng)發(fā)展延伸，開(kāi)始連接粘結(jié)裂紋；如果是高強(qiáng)混凝土，此時(shí)在骨料中也已經(jīng)開(kāi)始產(chǎn)生微裂紋；這樣就在混凝土內(nèi)部形成了一個(gè)復(fù)雜的裂紋網(wǎng)絡(luò)。T1Hsu 等在文獻(xiàn)[26 ]中指出，連續(xù)裂紋在混凝土內(nèi)部的散布延伸導(dǎo)致混凝土體積的增加。這意味著混凝土內(nèi)部形成了大于毛細(xì)管尺寸的內(nèi)部孔、空隙系統(tǒng)。這將為氣體、液體及可溶解固體在混凝土內(nèi)部遷移提供了潛在的通道。
如此看來(lái)，似乎受到載荷作用的混凝土的抗?jié)B性能受到極大地削弱是確定無(wú)疑的了。其實(shí)不然，定性分析是一回事，要得到為工程界承認(rèn)的定量的結(jié)論又是另一回事。目前不同的研究者根據(jù)各自試驗(yàn)結(jié)果得到的結(jié)論還不十分一致。Samaha ，H1R1 ，and K1C1Hover 在文獻(xiàn)[27 ]得出結(jié)論，砂漿裂紋發(fā)展的嚴(yán)重程度決定了混凝土對(duì)水流通過(guò)其內(nèi)部的抵抗能力。當(dāng)壓縮靜荷載值小于75 %極限荷載時(shí)，荷載引起的微裂紋對(duì)混凝土的輸送性能（ transportproperty） 的影響不大。當(dāng)荷載超出此值后，混凝土對(duì)水流及離子運(yùn)動(dòng)的抵抗能力減小20 %左右。Ludirdja ，D1 ， R1L1Berger ， and J1F1Young 在文獻(xiàn)[28 ]進(jìn)行了加載及滲透性試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)外荷載造成的混凝土內(nèi)部損傷。在對(duì)試件進(jìn)行水滲透性試驗(yàn)之前，試件受到90 %極限荷載作用；結(jié)果表明：雖然此時(shí)已經(jīng)在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生了顯著的微裂紋，但水滲透性的增加值卻不高。Abdy Kermanit[ 29 ] 對(duì)三種配合比的圓柱體試件在應(yīng)力水平S = 0 、0.3 、0.4 、0.5 、0.6 、017 的情況下進(jìn)行了壓縮試驗(yàn)，施壓時(shí)持荷五分鐘，然后對(duì)試件進(jìn)行壓力水滲透試驗(yàn)；結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在應(yīng)力水平為0.4 時(shí)， 混凝土的滲透性最小，應(yīng)力水平超過(guò)014 ，混凝土滲透性急劇增加，當(dāng)應(yīng)力水平從0.4 變化到0.7 時(shí)，滲透系數(shù)從小于4 × 10 - 13變化到大于5 ×10 - 11ms - 1 .
筆者認(rèn)為，上述研究結(jié)論之所以相差如此懸殊，試驗(yàn)條件的不同是一個(gè)重要原因。不同的荷載形式對(duì)抗?jié)B性能的影響是不同的。舉例說(shuō)，圓柱形試件在徑向受壓力的情況下，其縱軸方向的抗?jié)B性能將由于上述荷載的存在而提高，因?yàn)閺较蚝奢d使得材料內(nèi)部縱向的毛細(xì)孔受到壓縮，水流通過(guò)縱向毛細(xì)孔變得更困難了。由此不難想象，同樣研究壓縮荷載對(duì)抗?jié)B性能的影響，實(shí)驗(yàn)機(jī)壓頭對(duì)試件橫向變形的約束程度不同，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響會(huì)很大。
前面已經(jīng)提到，對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)而言，并非是僅僅滿足了一些外加劑、摻合料及水灰比方面的要求，就能夠保證耐久性能。這是因?yàn)榛炷猎诠ぷ髦幸惺芨鞣N荷載和變形；混凝土在荷載、變形和氣候作用下，微結(jié)構(gòu)性能會(huì)逐步劣化，表面及內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋；而混凝土的開(kāi)裂通常導(dǎo)致滲流通道相互連接并且增加混凝土的滲透性，這種由于裂紋擴(kuò)張導(dǎo)致的滲透性的增加使得更多的水和有害化學(xué)成分滲入混凝土中，引起混凝土性能的進(jìn)一步劣化、開(kāi)裂。這樣一個(gè)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)： 劣化———開(kāi)裂———可滲性增加———進(jìn)一步劣化，終將導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的毀滅性破壞。Shah and Wang 根據(jù)一個(gè)目前仍在進(jìn)行的廣泛研究的初步結(jié)果，給出了混凝土微結(jié)構(gòu)、滲透性能、開(kāi)裂和耐久性之間的關(guān)系。指出在耐久混凝土配合比設(shè)計(jì)中要考慮三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：強(qiáng)度、滲透性和抗裂能力[ 24 ] .
4.1 靜載荷下微裂紋擴(kuò)展對(duì)混凝土抗?jié)B性的影響
在定性分析荷載與變形作用對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響機(jī)理方面，人們是很容易達(dá)成共識(shí)的。比較權(quán)威的觀點(diǎn)是：在外加荷載施加之前，在砂漿與骨料界面之間就存在粘結(jié)裂縫，在砂漿和骨料本身，也存在微裂紋，但這些微裂紋與粘結(jié)裂紋相比是微不足道的； Slate ， F1O1 ，and K1C1Hover1 在文獻(xiàn)[25 ]認(rèn)為：在所施加的荷載不超過(guò)極限荷載的30 %之前，粘結(jié)裂紋的增量可以忽略不計(jì)；如果荷載進(jìn)一步增加，粘結(jié)裂紋不論是在寬度還是在長(zhǎng)度方面都將隨之增加。荷載達(dá)到70 %～ 90 %極限荷載時(shí)，在砂漿內(nèi)部的微裂紋已經(jīng)發(fā)展延伸，開(kāi)始連接粘結(jié)裂紋；如果是高強(qiáng)混凝土，此時(shí)在骨料中也已經(jīng)開(kāi)始產(chǎn)生微裂紋；這樣就在混凝土內(nèi)部形成了一個(gè)復(fù)雜的裂紋網(wǎng)絡(luò)。T1Hsu 等在文獻(xiàn)[26 ]中指出，連續(xù)裂紋在混凝土內(nèi)部的散布延伸導(dǎo)致混凝土體積的增加。這意味著混凝土內(nèi)部形成了大于毛細(xì)管尺寸的內(nèi)部孔、空隙系統(tǒng)。這將為氣體、液體及可溶解固體在混凝土內(nèi)部遷移提供了潛在的通道。
如此看來(lái)，似乎受到載荷作用的混凝土的抗?jié)B性能受到極大地削弱是確定無(wú)疑的了。其實(shí)不然，定性分析是一回事，要得到為工程界承認(rèn)的定量的結(jié)論又是另一回事。目前不同的研究者根據(jù)各自試驗(yàn)結(jié)果得到的結(jié)論還不十分一致。Samaha ，H1R1 ，and K1C1Hover 在文獻(xiàn)[27 ]得出結(jié)論，砂漿裂紋發(fā)展的嚴(yán)重程度決定了混凝土對(duì)水流通過(guò)其內(nèi)部的抵抗能力。當(dāng)壓縮靜荷載值小于75 %極限荷載時(shí)，荷載引起的微裂紋對(duì)混凝土的輸送性能（ transportproperty） 的影響不大。當(dāng)荷載超出此值后，混凝土對(duì)水流及離子運(yùn)動(dòng)的抵抗能力減小20 %左右。Ludirdja ，D1 ， R1L1Berger ， and J1F1Young 在文獻(xiàn)[28 ]進(jìn)行了加載及滲透性試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)外荷載造成的混凝土內(nèi)部損傷。在對(duì)試件進(jìn)行水滲透性試驗(yàn)之前，試件受到90 %極限荷載作用；結(jié)果表明：雖然此時(shí)已經(jīng)在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生了顯著的微裂紋，但水滲透性的增加值卻不高。Abdy Kermanit[ 29 ] 對(duì)三種配合比的圓柱體試件在應(yīng)力水平S = 0 、0.3 、0.4 、0.5 、0.6 、017 的情況下進(jìn)行了壓縮試驗(yàn)，施壓時(shí)持荷五分鐘，然后對(duì)試件進(jìn)行壓力水滲透試驗(yàn)；結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在應(yīng)力水平為0.4 時(shí)， 混凝土的滲透性最小，應(yīng)力水平超過(guò)014 ，混凝土滲透性急劇增加，當(dāng)應(yīng)力水平從0.4 變化到0.7 時(shí)，滲透系數(shù)從小于4 × 10 - 13變化到大于5 ×10 - 11ms - 1 .
筆者認(rèn)為，上述研究結(jié)論之所以相差如此懸殊，試驗(yàn)條件的不同是一個(gè)重要原因。不同的荷載形式對(duì)抗?jié)B性能的影響是不同的。舉例說(shuō)，圓柱形試件在徑向受壓力的情況下，其縱軸方向的抗?jié)B性能將由于上述荷載的存在而提高，因?yàn)閺较蚝奢d使得材料內(nèi)部縱向的毛細(xì)孔受到壓縮，水流通過(guò)縱向毛細(xì)孔變得更困難了。由此不難想象，同樣研究壓縮荷載對(duì)抗?jié)B性能的影響，實(shí)驗(yàn)機(jī)壓頭對(duì)試件橫向變形的約束程度不同，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響會(huì)很大。