荷载裂缝对钢筋混凝土结构耐久性的影响.pdf

第 3 0卷第 1 期 2 0 1 3年 3月 土木工程与管理学报 J o u r n a l o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d Ma n a g e me n t Vo 1 3 0 No 1 Ma r 2 01 3 荷载裂缝对钢筋混凝土结构耐久性的影响 池邦云 ， 高明赞 ( 1 同济大学土木工程学院， 上海2 0 0 0 9 2； 2 宁波工程学院混凝土结构耐久性研究所，浙江宁波3 1 5 0 1 6 ； 3 瑞安市交通工程设计管理室， 浙江瑞安3 2 5 2 0 0 ) 摘要： 阐述了钢筋混凝土结构在荷载作用下裂缝产生的机理和理论以及我国现行设计规范中关于裂缝宽度 的计算， 分析了影响荷载裂缝宽度的主要因素和裂缝对结构耐久性的影响。结果表明： 钢筋混凝土结构表观横 向荷载裂缝宽度理论计算值虽随受拉区钢筋的直径和混凝土保护层厚度的增大及配筋率的减小而增大 ， 但该 种裂缝对结构耐久性的影响却较小， 通过适当增大混凝土保护层厚度更有利于提高结构的耐久性。 关键词： 混凝土结构； 耐久性 ； 荷载裂缝； 混凝土保护层； 设计规范 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 2 0 9 5 - 0 9 8 5 ( 2 0 1 3 ) 0 1 - 0 0 1 0 -06 I n flu e nc e o f Lo a d Cr a c k o n Dur a b i l i t y o f Re i nf o r c e d Co n c r e t e St r u c t ur e C HI Ba n g y u n ， f G AO M i n g z a n ， 。 ( 1 C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， T o n g j i U n i v e r s i t y ， S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2， C h i n a ； 2 I n s t i t ut e o f Co n c r e t e S t r u c t ur e Du r a b i l i t y，Ni n g b o Un i v e r s i t y o f Te c hn o l o g y，Ni ng b o 31 5 01 6，Ch i na； 3 R u i a n T r a f f i c E n g i n e e r i n g D e s i g n O ffic e ， R u i a n 3 2 5 2 0 0 ， C h i n a ) Abs t r a c t：T 0 e l a bo r a t e t h e c r a c k p r o d u c e d me c ha ni s m a n d t he o r y o f t h e r e i n f o r c e d c o n c r e t e s t ruc t u r e u n d e r l o a d c r a c k a s we l l a s t h e c u r r e n t d e s i g n c o d e s o f o u r c o u n t r y o n t h e c r a c k wi d t h c a l c u l a t i o n， a n d t o a na l y z e o f t h e i n flu e nc e o f c r a c k o n t h e d u r a bi l i t y a n d t h e ma i n f a c t o r o f t h e i n flu e n c e o n l o a d c r a c k wi d t h T he r e s u l t s h o ws t h a t t h e t h e o r e t i c a l v a l u e o f a p p a r e n t t r a ns v e r s e c r a c k wi d t h o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e s t ruc t u r e i n c r e a s e s wh e n t h e d i a me t e r o f r e i n f o r c e me n t o f t e ns i l e r e g i o n a n d t he t h i c k ne s s o f c o n c r e t e c o v e r i n c r e a s e o r r e i nf o r c e me n t r a t i o d e c r e a s e s ，b u t t h e i n flue n c e o f t h i s c r a c k a b o ut d u r a bi l i t y o f s t ru c t u r e i s s ma l l e r Th e pr o pe r i n c r e a s e o f t h e t hi c k n e s s o f c o n c r e t e c o v e r wi l l b e b e t t e r t o t h e d u r a b i l i t y o f s t ruc t u r e Ke y wo r d s：c o nc r e t e s t ruc t u r e；d u r a b i l i t y；l o a d c r a c k s；c o n c r e t e c o v e r ；d e s i g n c o d e 钢筋锈蚀是引起混凝土结构耐久性下降的主 要原因之一 。钢筋开始锈蚀并达到一定程度后会 使保护钢筋免于锈蚀或延缓锈蚀的混凝土保护层 开裂和剥落 ， 引起钢筋和混凝土之 间的握裹 力和 钢筋抗拉强度降低， 致使结构承载力降低。 混凝土开裂后外环境中腐蚀介质的侵入是引 起混凝土内部钢筋提前锈蚀的原因之一， 而引起 钢筋混凝土结构开裂的原因有很多， 最常见的裂 缝有荷载裂缝、 温度裂缝、 干缩裂缝、 腐蚀裂缝和 沉降裂缝等。为了保证结构有足够的耐久性， 避免或延缓钢筋锈蚀 ， 各 国设计规范 中都对结 构 正常使用荷载作用下允许 出现的最大裂缝宽度作 了限制 。如 J T G D 6 2 2 0 0 4 ( 公路钢筋混凝土及 预 应力混凝土桥涵设计规范 中根据构件所处环境 的不同对裂缝宽度提出不同的限值， I 类和 类 环境下的钢筋混凝土为 0 2 0 m m， m类和类环 境下的钢筋混凝土为 o 1 5 mm，I 类和 类环境 下的钢绞线预应力 昆 凝土为 0 1 0 m m ； 新西兰 规范对干燥环境下的允许裂缝为 0 4 m m； 美国 A C I 2 2 4 委员会规定干燥空气为0 4 m m， 潮湿空 气或土中为0 3 m m等 。 虽然， ? 昆 凝土开裂会加速和提早使混凝土 内 收稿 日期 ： 2 0 1 2 - 0 7 - 2 7 修回 日期 ： 2 0 1 2 - 1 1 - 0 5 作者简介： 池邦云( 1 9 8 0 ) ， 男， 浙江瑞安人， 高级工程师， 硕士研究生， 研究方向为结构设计与工程管( E m a i l ： 1 0 3 7 7 2 0 4 8 q q c o m ) 通讯作者 ：高明赞( 1 9 8 7 一) ， 男 ， 浙江瑞安人 ， 助理工程师 ，研究方向为混凝 土结构耐久性 ( E ma i l ： g fl j 0 2 0 8 1 2 6 c o n) 基金项 目：浙江省重点科技计 划项 目( 2 0 0 6 C 2 4 0 0 8 ) 第 1 期 池邦云等： 荷载裂缝对钢筋混凝土结构耐久性的影响 。1 l 钢筋锈蚀 ， 仅从裂缝对钢筋锈蚀方面考虑 ， 限制结 构裂缝宽度对提高混凝 土结构 的耐久 性是有利 的。但是 ， 许多学者通过研究认为 ， 设计规范中对 结构的横向荷载裂缝宽度 限制要求过于严格 ， 不 是过 大 的 结 构 荷 载 裂 缝 对 耐 久 性 的 影 响 不 大 。同时 ， 从钢筋混凝土结构腐蚀状况 的调 查结果来看 ， 横向裂缝引起的钢筋锈蚀程度要 比 纵 向裂缝引起 的轻得多。 1 荷载裂缝产生的机理及理论 对于一般 的受弯或受拉钢筋混凝土构件 ， 在 荷载作用下 ， 构件的一侧受拉另一侧受压 ， 或全截 面受拉 ， 由于混凝 土的抗拉强度 比抗压强度小得 多( 约为 1 1 0 ) ， 当受拉 区混凝土受到的主拉应力 大于其抗拉强度或主拉应变大于其极限拉伸应变 时， 会导致受拉区混凝土被拉开 ， 结构产生裂缝 。 目前 ， 钢筋混凝土结构的裂缝理论主要有 4种 ， 即 粘结滑移理论 、 无滑移理论 、 综合理论和数理统计 理论 。 1 1 粘结滑移理论 粘结滑移理论是 R S a l i g a r 在钢筋 混凝土单 轴拉伸试验和分析的基础上提 出来 的， 认为裂缝 的开展是 由于钢筋与混凝土之 间变形不协调 ， 出 现相对滑移而产生 的。裂缝宽度等于裂缝间距范 围内钢筋和混凝土的变形差 。裂缝的间距取决于 钢筋与混凝土间粘结应力的大小与分布。粘结应 力越大 ， 混凝土拉应力沿构件纵向从零增大到其 极限抗拉强度所需的粘结传递长度会越短 ， 裂缝 的间距也就越短， 裂缝 宽度越小 。该理论 的裂缝 计算宽度公式为 ： L = k 1 + k 2 d p ( 1 ) O J = ( o r E ) L ( 2 ) 式 中： 为平 均裂缝 间距 ； 为平 均裂缝 宽 度 ； d为钢筋直径 ； p 为混凝土有效受拉面积上 的 钢筋配筋率 ； or 为钢筋应力 ； E 为钢筋弹性模量 ； 、k 、 k 为系数 和常数。按粘 结滑移理论 计算 ， 裂缝宽度与钢筋直径成正 比， 与混凝 土有效受拉 面积上的钢筋配筋率成反 比 ， 。 1 2 无滑移理论 无滑移理论是 G D B a s e 等人通过树脂灌人 受载后开裂的混凝土裂缝中和单根钢筋配筋的单 轴拉伸试验的试验结果得出的。该理论认为， 在 通常允许的裂缝宽度范围内， 钢筋变形均匀， 可缓 和混凝土的应力集中， 钢筋与混凝土之间的粘结 力并不破坏 ， 相对滑移很小可以忽略不计 ， 钢筋表 面处裂缝宽度要 比构件表面裂缝宽度小得多 ， 裂 缝宽度随着离钢筋距离的增大而增大。该理论的 裂缝计算宽度公式为- s J ： L 。 = 2 t ( 3 ) =4 t s ( 4 ) 式中： 为平 均裂缝 间距 ； 为最 大裂缝宽 度； t 为裂缝发生点到最近钢筋中心的距离； 为 平均应变。按无滑移理论计算 ， 裂缝宽度与受拉 区混凝土表面至最近钢筋中心的距离成正 比。 1 3 综合理论 综合理论是粘结滑移理论和无滑移理论的综 合 ， 它既考虑了混凝土保护层对裂缝宽度的影响 ， 也考虑 了钢筋和混凝土之间可能出现的滑移。该 理论被 日本学者 Y G o t o通过试验给予证 明。该 理论的裂缝计算宽度公式为 J ： L = O L ( 2 7 c + 0 1 d p 。 ) ( 5 ) = ( o r E ) ( 2 7 c + 0 1 d p ) y ( 6 ) 式 中： 为平均裂缝 间距 ； 为最大 裂缝宽 度 ； c 为混凝 土保护层厚度 ； 为钢筋表面特征系 数 。按该理论计算 ， 裂缝宽度随混凝土保护层和 钢筋直径的增大而增大 ， 随配筋率的增大而减小。 1 4 数理统计理论 通过研究分析 ， 影响裂缝 宽度 的主要因素有 钢筋应力 、 钢筋直径 、 配筋率、 混凝土保护层厚度、 钢筋外形、 荷载作用性质和构件受力性质等。其 中， 裂缝宽度随混凝土保护层和钢筋直径 的增大 而增大 ， 随配筋率增大而减小。 2 现行规范中对裂缝宽度的计算 我 国现行的 G B 5 0 0 1 0 2 0 1 0 混凝土结构设 计规范 、 J T G D 6 2 - 2 0 0 4 ( 公路钢筋混凝土及预应 力混凝土桥涵设计规范 、 J T J 2 6 7 - 9 8 港 口工程 混凝土结构设计规范 、 T B 1 0 0 0 2 3 - 2 0 0 5 铁路桥 涵钢 筋 混凝 土及 预应 力 混 凝 土 设 计 规 范 和 S L 1 9 1 2 0 0 8 ( 水工混凝土结构设计规范 中均要求 对混凝土结构受拉区进行裂缝宽度验算。但以上 规范采用 的裂缝 计 算 理 论 有所 差 异 ， 规 范 G B 5 0 0 1 0 - 2 0 1 0 、 J T J 2 6 7 - 9 8和 S L 1 9 1 2 0 0 8采用 的是 综合理论， 规 范 J T G D 6 2 - 2 0 0 4和 T B 1 0 0 0 2 3 2 0 0 5 采用的是数理统计理论。 规范 G B 5 0 0 1 0 - 2 0 1 0中对矩形、 T形、 倒 T形 和 I 形截面的钢筋混凝土受拉、 受弯和偏心受压 构件在荷载长期作用下的最大裂缝宽度按下 式 。 计算 ： 1 2 土木工程与管理学报 2 0 1 3年 = 。 暑 ( 1 _ 9 c + 0 0 8 dp e q ) ( 7 ) 式 中： 为构件受力特征系数 ； 为裂缝间纵 向受 拉钢筋应变不均匀系数 ；o r 为受拉 区纵 向钢筋 应力 ； E 为钢筋的弹性模量 ； c 为受拉钢筋的混 凝土保护层厚度 ； d o q 为受拉区纵向钢筋的等效直 径 ； P 为有效受拉混凝土截面面积计算的纵 向受 拉钢筋的配筋率。 规范 J T G D 6 2 - 2 0 0 4中对矩形 、 T形和 I 形截 面的钢筋混凝土构件及 B类预应力混凝 土受 弯 构件的最大裂缝宽度按下式 计算 ： - c J C C 。 ( ) ( 8 ) 式 中： C 为钢筋表面形状系数； C 为作用长期效 应影响系数 ； C ， 为与构件受力性质系数 ； 为钢 筋应力 ； d为纵 向受拉区钢筋直径 ； p为纵向受拉 钢筋的配筋率。 规范 J T J 2 6 7 - 9 8中对矩形 、 T形 、 倒 T形 和 I 形截面的钢筋混凝土受拉 、 受 弯和偏心受压构件 的最大裂缝宽度按下式_ l u 计算 ： W m z ， ( ) ( 9 ) 式 中： 为构件受力性 质系数 ； 为钢筋表面形 状系数 ； ， 为荷载长期效应组合影 响系数 ； or 为 钢筋应力。 规范 T B 1 0 0 0 2 3 - 2 0 0 5中对矩形 、 T形和 I 形 截面的受弯构件最大裂缝宽度按下式 计算： W r = K r + ) ， 式中： 为钢筋表面形状系数 ； K 2 为荷载特征影 响系数；r 为 中性 轴至受拉边缘的距离和 中性轴 至受拉钢筋重心的距离之 比； 为纵 向受拉钢筋 的有效配筋率 。 规范 S L 1 9 1 - 2 0 0 8中对矩形 、 T形和 I 形 截面 的受拉、 受弯和偏心受压钢筋混凝土构件而言， 最大裂缝宽度按下式 计算 ： = ( 3 0 + c + 0 0 7 P ro ) ) 式中： 为综合系数； c 为受拉钢筋的混凝土保护 层厚度， 当c 6 5时， 取 c = 6 5 ； P te 为纵向受拉钢 筋的有效配筋率。 3 裂缝理论下结构耐久性分析 正常情况下， 钢筋在混凝土的包裹下处于高 碱性 的环境 中， 钢筋表面会形 成一层钝化膜 ( y - F e O ， ) 使钢筋免于锈蚀。当结构产生的裂缝到达 钢筋表面并达到一定宽度后 ， 外界腐蚀介 质会沿 着裂缝侵入到钢筋表面 ， 破坏钢筋表面的钝化膜 ， 使得裂缝处 的钢筋 最先 由钝化状 态转入活化 状 态， 在有水分和氧气的条件下， 钢筋就开始腐 蚀 。 我国现行的混凝土结构设计规范 以及 国外 的 混凝土结构设计规范( 如美国混凝土学会 A C I 3 1 8 规范 、 欧洲 E u r o c o d e 2、 德 国工业标准 D I N 1 0 4 5 1 等 ) 中关于结构的裂缝宽度计算绝大部分都采用 的是综合理论和数理统计理论 。在综合理论和数 理统计理论下 ， 某一具 体结构 ( 作用荷 载和结构 尺寸等已知) 的裂缝宽度主要是由受拉钢筋决定 的， 其影 响因素有钢筋 的弹性模量 、 钢筋 直径 d 、 有效配筋率 P 、 钢筋应力 or 、 钢筋表面形状和钢 筋离混凝土 表面 的距离 ( 即混凝 土保护 层厚 度 c ) 。裂缝宽度随钢筋的直径 d 、 钢筋应力 o r 和混 凝土保护层厚度 c的增大而增 大 ， 随钢筋 的弹性 模量 E 和有效配筋率 P的增大而减小 ， 使用带肋 钢筋比光 圆钢筋裂缝宽度要小。结构裂缝宽度随 钢筋直径 d和钢筋截 面面积 A 的变化 曲线见 图 1 、 图 2 。 图 1 混凝土裂缝宽度随钢筋直径的变化曲线 图2 混凝土裂缝宽度随钢筋截面面积的变化曲线 3 1 钢筋材料的选择和配筋 通过对结构裂缝宽度影响因素的分析， 不难 发现， 受拉区钢筋材料的选择和配筋是最为关键 的。对于某一具体结构， 其内力值( 弯矩或轴向 力) 是已知 的， 设计人员一般选择 H R B 3 3 5或 H R B 4 0 0 钢筋作为纵向受拉主筋， 主筋选定后弹 性模量E 被确定。当根据内力值计算受拉钢筋 截面面积 A 后 ， 钢筋的有效 配筋率 P、 钢筋应力 和钢筋的直径 d也就随之被确定 了。而钢筋 第 1期 池邦云等： 荷载裂缝对钢筋混凝土结构耐久性的影响 1 3 的有效配筋率 P和应力 是根据结构受力情况 由钢筋的截面面积 A 确定 的， 为了满足结构裂缝 宽度的要求 ， 受拉 区所 配的钢筋数量 ( 截 面面积 A ) 一般要增加 3 0 7 0 左右 。 依据以上结论 ， 可以通过选取直径 d较小 、 弹 性模量 E 较大的钢筋作为纵向受拉主筋来减小 结构裂缝宽度。但是， 在相同的腐蚀环境中， 小直 径钢筋的截面损失量要 比大直径钢筋的大 J ， 结 构承载力下降速度更快。故通过降低钢筋 的直径 来控制裂缝宽度是不合适的。 此外 ， 控制结构 的裂缝 宽度还将不利于高强 度钢筋的应用。 目前 ， 发达 国家 已经普遍在普通 混凝土结构中使用高强度 钢筋 ， 其强度要高出我 国约 1 0 0 M P a ，高强度钢筋 的使用有利于减轻施 工强度， 降低配筋密度， 提高混凝土的施工质量 和减少结构用钢量， 其经济和社会效益显著 。 但使用高强度钢筋后 ， 由于钢筋 的抗拉强度有所 提高( 钢筋 应力 增大 ) ， 势必会减小受拉 钢筋 的截面面积 ， 而且高强度钢筋的弹性模量 E 比 普通钢筋要略小 ， 若仍按我国现行 的裂缝宽度计 算公式进行计算 ， 将无法满足要求 ， 势必还得增大 钢筋面积 来满足裂缝宽度要求 ， 那么使用高强 度钢筋就失去 了意义。故有必要消除现行规范在 荷载裂缝控制上的过分要求 ， 扫 除高强钢筋应用 的障碍。 3 2 混凝土的保护层厚度 无论是综合理论还是数理 统计理论 ， 结构裂 缝宽度都随混凝 土保护层厚度的增 大而增大 ， 其 变化 曲线见 图 3 ( 根据规范 G B 5 0 0 1 0 2 0 1 0的计 算结果) 。为了控制结构 的裂缝宽度 ， 许多设计 人员忌用较厚的混凝土保护层 。但 是， 设计 规范 提出的裂缝宽度计算公式一般是基于裂缝理论和 试验得到的 ， 试验 中通常只能观察和测量到构件 表面或沿钢筋水平位 置侧表 面上 的表观裂缝宽 度。在裂缝综合理论下 ， 构件表面 的裂缝宽度 的 确是随混凝土保护 层厚度 c的增大而增大的 ， 但 钢筋位置处的裂缝 宽度却基本不 变( 图 4 ) ， 而直 接影响钢筋锈蚀速率的正是该位置处的裂缝宽度。 图4受拉区混凝土裂缝 图 5中为两个保护层厚度不 同的构件 ( 其他 条件相 同) ， 其保护层厚度分别为 c 和 c ： ， c 大于 C ： ， 则在荷载作用下其钢筋位置处的横向裂缝 宽 度值 等于 ： ， 同理 ， 距钢筋 C 位置处的裂缝宽 度值 ， 等于 ， 则大于 、 ， ， 即满足保护层 厚度越大其构件表面的裂缝宽度也就越大。虽然 两构件在c 范围内裂缝宽度值是相等的， 但是， 从钢筋的腐蚀速率考虑 ， 保护层厚度为 c 的更 有 利于结构的耐久性 。文献 4 的研究结果表 明， 适当增大混凝土保护层厚度可以延长外环境 中的 二氧化碳 、 氯离子和氧气等腐蚀介 质以渗透和扩 散等方式通过混凝土的保护层进入到钢筋表面并 达到引起钢筋锈蚀的临界浓度 的时间 ， 以及降低 钢筋 的锈蚀速率和延 长保护层开裂时间， 对提 高 混凝土结构 的耐久性非常有利 。同时， 文献 3 研究认 为， 混凝土 的保护层厚度对结构早期 的塑 性沉降裂缝有影响， 当保护层过薄时 ， 塑性沉降裂 缝会伸人钢筋表面并沿着钢筋通长发展 ， 对结构 耐久性的影响很大。 4 l 1 岔 图 5 不 I司保护层厚度下结构裂缝 保护层厚度 对结构 的表 观裂缝宽度影 响较 大， 而对钢筋位置处的裂缝宽度影响却很小， 我国 现行的混凝土结构耐久性设计规范已经针对裂缝 宽度计算中的混凝土保护层厚度作出了合理的取 值。G B T 5 0 4 7 6 2 0 0 8 ( 混凝土结构耐久性设计规 范 中， 裂缝控制等级为二级或一级时， 按规范 1 4 土木工程与管理学报 2 0 1 3年 G B 5 0 0 1 0 - 2 0 0 2 ( 现行规范为 G B 5 0 0 1 0 - 2 0 1 0， 其裂 缝计算宽度公式相 同) 计算 裂缝宽度 ， 对裂 缝宽 度无特殊外观要求的， 当混凝土保护层设计厚度超 过 3 0 i n l n时， 可将厚度取为 3 0 ra i n 计算裂缝的最大 宽度。而规范 J T G D 6 2 2 O O 4 和规范T B 1 0 0 0 2 3 - 2 0 0 5 则不考虑保护层对裂缝宽度的影响。 3 3 横向裂缝宽度 由于结构的裂缝会加快钢筋锈蚀 ， 为提高结 构 的耐久性 ， 各规范根据环境作用 等级 的不 同对 混凝土构件表面的最大裂缝计算宽度提出了控制 要求 ， 规范 G B 5 0 0 1 0 2 0 1 0 、 J T G D 6 2 - 2 0 0 4 、 J T G T B 0 7 - 0 1 - 2 0 0 6 和规 范 G B T 5 0 4 7 6 - 2 0 0 8的要求 见表 1表 4 ， 其 中规范 J T G D 6 2 - 2 0 0 4对普通钢 筋混凝土结构裂缝宽度要求较严格 ， 且划分等级 较少。 表 1 规范 G B 5 0 0 1 0 2 0 1 0中最大裂缝宽度限值 环境类别 裂缝 宽度 m m a 二 b 三 a 、 三 b 0 3 0 ( 0 4 0 ) 0 2 0 0 2 0 0 2 0 钙 ， 碳酸钙与氢氧化钙结晶沉淀并积聚于裂缝 内， 这些结 晶相互交织 ， 产生力学粘结效应 ， 同时在相 邻结晶、 结晶与水泥浆体 、 结晶骨料表面之间还有 化学粘结作用， 结果使裂缝得到密封。 此外 ， 文献 1 4 通过试验表 明 ， 在氯盐 和碳 化侵蚀下 ， 裂缝宽度从 0 0 7 m m增大到 0 8 5 mm ( 增大了 1 2 1 倍 ) ， 钢筋的锈蚀速率仅提高了约 2 倍。文献 1 8 认为， 裂缝对钢筋的锈蚀影响并不 大 ， 因为裂缝 的产生仅使裂缝位置处钢筋提早开 始锈蚀 ， 锈蚀速度将取决于阴、 阳极问的电阻及阴 极处的供氧程度 ， 而氧气 的供 给是通过未开裂处 混凝土的保护层渗入 的， 腐蚀速率取决于钢筋的 保护层质量和厚度 。 由此可见 ， 不是过大宽度的横 向裂缝对其结 构耐久性 的影 响较小 ， 而我 国相关规范 中控制 的 最大裂缝宽度大多指的是混凝土表面的表观裂缝 宽度 ， 若按综合理论考虑其钢筋位置的裂缝 宽度 要小得多 ， 规范对裂缝宽度限制仍偏严格 。而对 结构耐久性影 响较 大 的是结构早期 的收缩裂缝 ( 纵向裂缝 ) ， 它会造成钢筋大范围的迅速锈蚀。 4结语 环 境类 别 裂 缝 宽 度 m m H H I类 、 类 类 、 类 0 2 0 0 1 5 表 3规范 J T G T B 0 7 - 0 1 - 2 0 0 6中裂缝宽度允许值 环境作用等级 裂缝宽度 ram 一 般环境 ， 非干湿交替0 3 一 般环境 ， 干湿 交替0 2 5 冻融 、 氯盐及 fg - NgN F o 1 表4 规范 G B T 5 0 4 7 6 - 2 0 0 8中裂缝计算宽度限值 环境作用等级 裂缝宽度 m m A B C D E， F 0 40 0 3 0 0 2 0 0 2 0 01 5 虽然结构的裂缝宽度会影响其耐久性， 但是， 根据相关学者 的研究 ” ， 对于不超过 0 2 m m 的裂宽， 氯离子等腐蚀介质沿裂缝途径的扩散受 水泥基体 自 愈作用的限制， 钢筋锈蚀的长期发展 基本不受横向裂缝宽度大小与分布的影响。对于 不过分超过 自 愈阈值的裂宽， 在氧化物的填充效 应的作用下， 对钢筋锈蚀的影响也是有限的。裂 缝自愈合的机理 是硬化水泥浆体中的氢氧化 钙与周围空气或水分中的二氧化碳结合生成碳酸 荷载作用引起的钢筋混凝土结构横 向裂缝理 论有粘结滑移理论 、 无滑移理论 、 综合理论和数理 统计理论 ， 大部分设计规范 中采用 了综合 理论 和 数理统计理论。 依据裂缝理论 和现行设 计规范 ， 影响结构表 观横向荷载裂缝宽度的主要 因素有受拉区钢筋的 品种 、 直径 、 截面面积和混凝土的保护层厚度 ， 裂 缝宽度随钢筋直径和保护层厚度 的增大而增大 ， 随钢筋总截面面积的增大而减小。但是 ， 对结构 耐久性起主要影响 的是钢筋位 置处 的裂缝宽度 ， 保护层厚度对钢筋位置处的裂缝 宽度影响很小 ， 适当增大保护层厚度对提高结构的耐久性是十分 有利的， 设计人员不应过分控制结构表观的裂缝 宽度值而忌用较厚的保护层。 根据相关学者 的研究结果 显示 ， 宽度较 小的 裂缝具有一定的 自愈合能力 ， 不是过大宽度的横 向裂缝对结构 的耐久性影响较小 。部分规范对裂 缝宽度的控制要求偏高， 同时不利于高强度钢筋 的应用 ， 有必要消除现行设计规范在荷载裂缝 宽 度上的过分要求， 扫除高强度钢筋的应用障碍。 通过对混凝土原材料的选择、 合理的配合比和适 当的施工养护进行控制收缩裂缝等纵缝 ， 将更有 利于提高混凝土结构的耐久性。 第 1 期 池邦云等：荷载裂缝对钢筋混凝土结构耐久性的影响 l 5 参考文献 李美娟钢筋混凝土结构裂缝的产生原 因及维修 方法 J 安徽建筑工业学院学报( 自然科学版) ， 2 0 0 4， 1 2 ( 3 ) ： 3 0 - 3 2 J T G D 6 2 2 0 04 ， 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥 涵设计规范 S 陈肇元， 崔京浩 ， 朱金铨， 等钢筋混凝土裂缝机理 与控制措施 J 工程力学，2 0 0 6 ， 2 3( s 1 ) ：8 6 - 1 0 7 高明赞， 干伟忠钢筋保护层对混凝土结构耐久性 的影响 J 混凝土， 2 0 1 0 ， 3 2 ( 6 ) ：1 6 - 2 0 陈肇元钢筋 的混凝土保 护层设计要求 急待改 善混凝土结构设计规范的问题讨论之一 J 建筑结构， 2 0 0 7 ， 3 7 ( 6 ) ：1 0 8 1 1 4 G B T 5 047 6 - 2 0 0 8 ，混凝土结构耐久性设计规范 s 邵剑萍，高明赞，干伟忠保护层厚度对钢筋混凝 土结构裂缝宽度的影 响 J 混凝土，2 0 1 0 ，3 2 ( 1 1 ) ： 2 1 2 4 张曙光，王晓鹏， 李久阳钢筋混凝土结构裂缝控 制刍议 J 长春工程学 院学报 (自然科学版 ) ， 2 0 0 2，3 ( 4)：3 8 - 4 0 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 开永旺， 海洋环境下混凝土结构保护层厚度问题 的研究 J 公路工程， 2 0 0 8 ， 3 3 ( 5 ) ： 1 7 6 - 1 8 0 G B 5 0 0 1 0 - 2 0 1 0 ， 混凝土结构设计规范 S J T J 2 6 7 - 9 8 ， 港口工程混凝土结构设计规范 s T B 1 0 0 0 2 3 - 2 0 0 5 ，铁路桥涵钢筋混凝土和预应力 混凝土结构设计规范 S S L 1 9 1 2 0 0 8 ， 水工混凝土结构设计规范 s 蒋德稳 ， 李果，袁迎曙混凝土横向裂缝对钢筋 腐蚀速度影 响的试验研究 J 四川建筑科学研 究 ， 2 0 0 5 ， 3 1 ( 4 ) ： 5 5 - 5 8 1 5 J T G T B 0 7 - 0 1 - 2 0 0 6 ，公路工程混凝土结构防腐蚀 技术规范 s 1 6 Ra u p a c h MC h l o r i d e i n d u c e d ma c r o c e l l c o r r o s i o n o f s t e e l i n c o n c r e t e _ _。 t h e o r e t i c a l b a c k g r o u n d a n d p r a c t i c a l c o n s e q u e n c e s J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 1 9 9 6 ， 1 0 ( 5 ) ： 3 2 9 3 3 8 1 7 Mo h a m me d T U， O t s u k i N， Ha ma d a H C o r r o s i o n o f s t e e l b a r s i n c r a c k e d c o n c r e t e u n d e r ma r i n e e n v i r o n m e n t J J o u r n a l o f Ma t e ri a l s i n C i v i l E n g i n e e ri n g ， 2 0 0 3 ，1 5 ( 5 ) ： 4 6 0 - 4 6 9 1 8 B e e b y A WC o r r o s i o n o f r e i n f o r c i n g s t e e l i n c o n c r e t e a n d i t s r e l a t i o n t o c r a c k i n g J S t r u c t u r al E n g i n e e r ， 1 9 7 8 ， 5 6 ( 3 ) ： 7 7 8 1 ( 上接第 9页) 4 B a c h m a n n H，A m m a n n WV i b r a t i o n s i n S t r u c t u r e s ： I n d u c e d b y Ma n a n d Ma c h i n e s( 3 e d ) M Z u ri c h ： I n t e rna t i o n a l A s s o c i a t i o n f o r B rid g e a n d S t r u c t u r a l En g i n e e r i n g( I A B S E) ，1 9 8 7 5 J i T 0 n t h e C o m b i n a t i o n o f S t r u c t u r al D y n a m i c s a n d B i o d y n a mi c Me t h o d s i n t h e S t u d y o f Hu ma n s t r u c t u r e I n t e r a c t i o n C T h e 3 5 t h U K G r o u p Me e t i n g o n H u ma n Re s p o n s e t o Vi b r a t i o n，Vo 1 1 ，I n s t i t u t e o f S o u n d a n d Vi b r a t i o n Re s e a r c h En g l a n d： Un i v e r s i t y o f S o u n t h a mp t o n ，2 0 0 0：1 8 3 1 9 4 6 S a c h s e R T h e I n f l u e n c e o f H u m a n O c c u p a n t s o n t h e D y n a m i c P r o p e r t i e s o f S l e n d e r S t r u c t u r e s D S h e f - fi e l d：Un i v e r s i t y o f S h e f fi e l d2 0 0 2 7 S t r o g a t s S H，A b r a m s D m，Mc R o b i e A，e t a 1 C r o w d s y n c h r o n y o n t h e Mi l l e n n i u m B ri d g e J N a t u r e ， 2 0 0 5 ， 4 8 3 ( 7 0 6 4) ： 4 3 _ 4 4 1 8 N a k a m u