混凝土干缩开裂机理宏、细观力学分析研究进展.pdf

水 力 发 电 第 3 9 卷第4期 2 0 1 3年4月 混 凝 土 干 缩 开 裂 机 理 宏 细 观 力 学 分 析 研 究 进 展 刘有 志 ，张 国新 ( 中国水利水 电科学研 究院 ，北京1 0 0 0 3 8 ) 摘要：系统 回顾与 阐述 了混凝土微观结构与干缩开裂机理 ，混凝土湿度场 、干缩变形宏 观计算方 法与理论 ，混 凝 土湿度场 、干缩应力及裂缝模拟 的细观力学模型与本构关系研究进展等 ，指出了混凝土这种复合材料宏 、细观湿度 特性 及干缩开裂机理研究领域仍存在关键瓶颈 问题 ，提 出了解决 问题 的思路与方法 ，并对未来干缩开裂问题解决所 带来的影 响进行 了展望。 关键词 ：混凝 土湿度场 ；干缩应力 ；干缩开裂 ；细观力学 Re s e a r c h Adva nc e s o n M a c r os c o pi c and M e s os c o pi c M e c ha ni c s Ana l ys i s i n Co n c r e t e Dr y i n g S h r i nk a g e Cr a c k i n g M e c h a n i s m U U Yo u z h i Z HANG Gu o x i n ( C h i n a I n s t i t u t e o f Wa t e r R e s o u r c e s a n d H y d r o p o w e r R e s e a r c h ， B e ij i n g 1 0 0 0 3 8 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： S y s t e ma t i c r e v i e ws h a v e b e e n f o c u s e d o n t h e r e s e a r c h a d v a n c e s o f c o n c r e t e mi c r o s t r u c t u r e a n d d r y i n g s h ri n k a g e c r a c k i n g me c h a n i s m，ma c r o c a l c u l a t i o n me t h o d a n d t h e o ry o f c o n c r e t e mo i s t u r e fi e l d a n d d r y i n g s h r i n k a g e d e for ma t i o n ， a n d c o n s t i t u t i v e r e l a t i o n a n d me s o s c o p i c me c h a n i c s mo d e l o f c o n c r e t e mo i s t u r e fi e l d ， d r y i n g s h r i n k a g e s t r e s s a n d c r a c k i n g S o me b o t t l e n e c k p r o b l e ms i n ma c r o s c o p i c mo i s t u r e c h a r a c t e r i s t i c s a n d me s o s c o p i c d r y i n g s h r i n k a g e c r a c k i n g me c h a n i s m o f c o n c r e t e a r e p o i n t e d o u t ， a n d s o me i d e a s a n d me t h o d s f o r s o l v i n g t h e s e p r o b l e ms a r e p r o p o s e d h e r e i n T h e i n fl u e n c e s o f t h e s o l u t i o n o f d r y i n g s h r i n k a g e c r a c k i n g a r e a l s o p r e v i e we d Ke y W o r d s ： c o n c r e t e mo i s t u r e ； d r y i n g s h rin k a g e s t r e s s ； d r y i n g s h r i n k a g e c r a c k i n g ； me s o s c o p i c me c h a n i c s 中图分类号： T V 4 3 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 0 5 5 9 9 3 4 2 ( 2 0 1 3 ) 0 4 0 0 2 4 0 5 0 前言 随 着 我 国 水 利 水 电 工 程 建 设 的 蓬 勃 发 展 ， 南 水 北 调 等 超 长 调 水 工 程 中 兴 建 了 一 大 批 混 凝 土 工 程 ， 如 水 闸 、渡 槽 、 立 交 地 涵 及 泵 站 等 。 这 些 工 程 大 都 属 于薄 壁结 构 ，除 了会 产 生温 度 导致 的裂 缝外 ，干 缩 导 致 的 表 面 开 裂 问 题 也 日益 严 重 。 长 江 以 北 地 区 ，常年 气候 干 燥 ，更 易 出现 干缩 裂 缝 ；西 南 云 贵 高 原 地 区空气 相 对 湿 度小 、风 沙大 、太 阳辐 射 热较 强 修建 的混凝 土 坝 及一 些 附 属混 凝 土 结构 也 常会 有 表 面 干裂 现象 的 出现 。裂 缝 的存 在 和 发展 ，除 了 影 响这些 建 筑 物 的外 观 、使 相 应部 位 构 件 的 承载 力 受 到一 定程 度 的 削 弱外 ，还 可 能 带来 渗 漏 、钢 筋 锈 蚀 、保 护层 剥 落 、混 凝 土碳 化 加 快 、耐 久性 强 度 降 I 翌 墨 e r P o e r V o 1 3 9 N n 4 低 等 一 系 列 问 题 ，严 重 者 甚 至 会 危 及 建 筑 物 的 正 常 使用 或 缩短 使 用 寿命 。因此 ，干缩 裂 缝 的成 冈 、机 理 以 及 如 何 防 止 此 类 结 构 裂 缝 的 形 成 和 发 展 成 为 多 年 来 学 术 界 和 工 程 界 研 究 的 热 点 及 难 点 问 题 之 一 。 目前 ，在 实验 方 法 、材 料 特性 、计 算 模 型 、开 裂 机 理及 预 防 和治 理 措施 研 究 等 多个 方 面取 得 了一 系 列 的进 展 - 7 ，但 长 期 以来 ，受 人 们 对 混 凝 土 材 料 特 收稿 日期：2 0 1 2 0 8 2 1 基金项 目：国家 自然科 学基金 项 目( 5 0 9 0 9 1 0 5 ) ：水利部 公益性 行业科 研专项 ( 2 0 1 2 0 1 0 5 0 ) ；中 国水科 院科研 专项 ( 材集 1 2 0 8 ， 材集 1 3 5 3 ， 材集 1 3 6 1 ， 材集 1 3 0 9 ) 作者 简介 ：刘有 志( 1 9 7 7 一 ) ，男 ，江 西高 安人 ，高级 工程 师 ， 博士 主要从 事结构材料方 面的研究 身弓j 奄 身弓斗 胡 U T = J - ， ：雩 手： ) 瓦靴 上 t - 白 ； r I- j 1 ：J b 、 砌 J_亏 7 3 l ，九 辰 性及 干缩 导 致 开裂 的物理 力 学背 景 和 深层 机 理 ，尤 其 是 细 观 层 面 的认 识 所 限 ， 干 缩 开 裂 问 题 一 直 没 有 得 到 很 好 地 解 决 。 本 文 旨 在 对 以 往 干 缩 应 力 及 干 缩 开 裂所 涉 及 的机 理 、模 型 及本 构 关 系 、计 算 方 法 等 方 面 的研 究现 状 和存 在 的问题 进 行 系 统 的归 纳 与 总 结 并 对 干 缩 应 力 及 干 缩 开 裂 仿 真 与 模 拟 等 方 面 未 来 的研究 方 向进行 分析 与展 望 。 1 混凝土的微观结构与干缩机理研究进展 混凝 土干 缩 机理 的复 杂性 源 白于 其 复杂 的微 观 结构 早 在 2 0世 纪 3 0、4 0年 代 ，以 T C P o w e r等 为 代 表 的 一 些 专 家 就 展 开 了对 水 泥 浆 体 微 观 结 构 的 研究 ，到 5 0、6 0年 代 ，对 于混凝 土微 观结 构有 一个 相对 比较 清 晰的看 法 ，较 为有 代 表 意 义 的微 观 结构 模 型 主 要 包 括 2 1 ：Mu n i c h模 型f Wi t t ma n n， 1 9 7 3年 ) 、 P o w e r s a n d B r u n a u e r模 型(1 9 6 4年 )、 F e l d ma n S e r e d n模 型f 1 9 6 8年 ， 1 9 7 0年 )和 T o k y o模 型 。 在 早期 的几 种水 泥浆 微观 结构 模 型的基 础上 研究 发现 ， 在一 个 较 大相 对 湿度 范 围 内进 行 的干缩 实 验 结 果表 明 干 缩 的 大 小 可 视 为 一 个 与 重 量 损 失 变 化 相 关 的 函数I 3 1 混凝 土干 缩在 不 同湿度 状态 下显 示 出几个 不 同的相 关机 理 。 目前 通 常 认 为与 水 泥浆 体 的可 逆 干 缩相 关 的 机理 主 要有 4个 ：毛细 管 应 力理 论 、拆 散 应 力 理 论 、表 面 自 由 能 的 变 化 理 论( 又 称 表 面 张 力 理论 或 吸 附水 变 化机 理 )及 内层 水 的移 动理 论 。围 绕 着 上 述 的 几 个 机 理 ，研 究 工 作 者 对 各 项 机 理 的 相 对重 要 性作 了大量 论 述 ，得 到 的能 普 遍认 可 的观 点 是 ，混凝 土 的 干 缩 机 理并 不 是 由单 个 的 机 理 组 成 ， 而 是 随 着 混 凝 土 内 部 湿 度 的 变 化 由 不 同 的 机 理 起 主 导作 用 。 混 凝 土 内 部 湿 度 的 变 化 源 自于 内 在 水 分 的 损 失 ， 在 内 外 湿 度 梯 度 的 作 用 下 ，混 凝 土 将 产 生 干 缩 现 象 ， 内外 干 缩 变形 的不 一致 将 导 致应 力 的产 生 。 多年 来 很 多 混 凝 土 湿 度 场 、 干 缩 应 力 和 干 缩 开 裂 机 理 的 研 究 大 都 是 基 于 这 样 一 种宏 观 的 经典 理 论 l4 。然 而 ， 实 际 工 程 中 采 用 宏 观 经 典 理 论 获 取 的 干 缩 应 力 的 分 布 规律 与 实 际 的干缩 开 裂 现 象往 往 很 难 吻合 ，这 表 明传 统 宏 观经 典 理论 并 不 能 真实 反 映 混凝 土 的干 缩 特 性及 开 裂 机理 。笔 者分 析 认 为 ，基 于宏 观经 典 理 论 的 干缩 变形 和 干缩 应 力 研 究是 以“ 干缩 均 化 ” 为 前 提获 取 的 宏 观模 型 的 固有特 性 决 定 了它 在 本 质 上 没有 能 力 去捕 捉 混凝 土 这类 脆 性 不 均 质材 料 的非 弹性 变 形 特性 以及 骨料 分 布 随机 性 产 生 的影 响 ， 因 而并 不 能 真 实反 映 混凝 土 作 为 多相 复 合 材料 的真 实 特性 也 就 无法 对 实 际工 程 中的 表面“ 龟 裂 ”等 现 象 进 行 解 释 _圳 。 因此 ，仅从 宏 观 的 角度 来 分 析 混凝 土 干 缩 机 理 并 不 足 以 彻 底 弄 清 混 凝 土 的 干 缩 特 性 。 尚需 从 细 观 的 角 度 出 发 研 究 混 凝 土 细 观 层 面 的 干 缩 特 性 ， 才 有 可能 掌握 混凝 土干 缩开 裂 的深层机 理 。 2 混凝土湿度场、干缩应力宏观计算方法与 理论进展 关 于 昆凝 土湿 度 场 、干缩 变 形 和 干缩 应 力 的计 算模 型等 ，国内外 学者做 了大量研 究 。 初始 时 出于对 混 凝 土 湿度 及 湿 度场 、干 缩 应 力 性质 的认识 以及 技 术条 件 的限制 在 考虑 干 缩应 力 时 ，把 在 特 定 条 件 下 或 者 忽 略 某 些 次 要 因 素 ， 实 测 得 到 的混 凝 土试 件 变形 曲线 作 为 已知 计算 量 ，进 而 求得 相应 的应力 。一些学 者 提 出了一 系列经 验公 式 ， 但 这些 经 验公 式 大 多 以最 终 收缩 应 变 值 或名 义 收缩 量乘 以一个 时 间 函数来 表 示 ，一 般 通 过实 测 试 验数 据 回归 得 出 在 运 用 到实 际工程 时 均 有其 各 自的局 限性 ，无 法从 时空 的角度 反 映 空 间湿 度及 干 缩 应力 梯 度 分 布 。 近年 来 ，随着 研 究 的深 入 ，特别 是 在 实 验 成果 的 基 础 上 国 外 不 少 学 者 也 提 出 了 一 些 新 的 研 究 成 果 。Ma n Yo p Ha n等( 0 给 出 了混 凝 土 内含 水 量 与 干 缩 变形 关 系 的数 学 表达 式 ，指 出干 缩 变形 曲线 变化 与 大小 都 与 水泥 成 分 、集 料 含量 、结 构 的孔 隙 率有 关 。T o r r e n t i t ” 】 经 过 长 年 的观 察 ，得 出 了干 缩 变 形 随 环 境 条 件 变 化 的 表 达 式 ，认 为 混 凝 土 干 缩 变 形 与 材 料 的相对 湿度 成正 比。Ma j o r a n a t 2 提 出 了考 虑混 凝 土 相 对湿 度 与 温度 耦 合 变化 的结构 徐 变 与 干缩 应 力 的 计 算 式 ，采用 P r o n y Di r i c h l e t级 数表 示 应 力 松 弛 函 数 ，可 不用 记 忆应 变历 史 。Wi t t ma n n 4 】 等 则 采 用 非 线 性有 限元 求解 扩 散 问题 ，在 进行 应 力计 算 时 ，当 应 力低 于抗 拉 强度 时假 定成 弹性 ，当应 力达 到 抗拉 强 度 时 就 采 用 虚 拟 裂 缝 模 型 的 分 散 裂 缝 公 式 来 描 述 开裂 ，较 好 地 模 拟 了 干缩 开 裂 现 象 。Ra h ma n t 3 1 、 A s a d t 4 等在 混 凝 土 修 复 工程 中计 算 干 缩 与徐 变应 力 时 考 虑 湿 度 场扩 散 系 数 随湿 度变 化 的非线 性 扩 散 方 程 ，采 用 Ga l e r k i n加 权余 量 法( Ga l e r k i n we i g h t e d r e s i d u a l me t h o d )求 解 ，并 进 一 步考 虑 干 缩变 形 与 湿 度 的 非线 性 关 系 。Ki m a n d L e e I 7 J 在 室 内实 验 的基 础 上 ，通 过 同步 监测 混凝 土 内部 湿度 变 化 与应 变 变化 来 建立 干 缩 与湿 度 变 化 之 间 的相对 关 系 ，提 出 了考 虑 徐 变影 响 的 混凝 土 干 缩应 变 预测 方 法 。具 有 较 好 的工 程应 用价 值 。 混凝 土 湿 度 场 、干 缩 变形 和 干 缩应 力 计 算 的 最 大 争 议 在 于 相 对 湿 度 与 干 缩 变 形 、干 缩 变 形 与 干 缩 应力 的之 间相互 关 系参数 的界 定 。A M Al v a r e d o和 W o t e r P o w e r V o 1 3 9 N o 4园 水 力 发 电 2 0 1 3年 4月 F H Wi t t ma n n 等 进 行 实 验 的 结 果 认 为 ， 当 计 算 单 元 无 限小 时 ，单 元 的 收缩 应 变增 量 与 局部 相 对 湿度 增 量 成 正 比 ；而 M As a d和 M H B a l u c h 习 则 认 为 两 者 是 一 种 非 线 性 关 系 。 对 湿 度 扩 散 系 数 的 认 识 也 有 这 样 一 个 过 程 ，最 开 始 扩 散 系 数 被 视 为 一 常 量 ， 现 在 我们 得知 混 凝 土 的扩 散 系数 应 该是 一 个 随着 湿 度 变 化而 发生 时空 变化 的参 数 ，两 者是 一 种 高度 非 线 性 关 系 。在 这 样 的研 究 体 系 内 ，国 内学 者 也 展开 了 一 些 干缩 应 力计 算及 参 数 取值 方 面 的讨 论 ，但并 无 突 破 性 进 展 大 部 分 仍 处 于 宏 观 层 面 的研 究 。 总 体 而 言 ，宏 观层 面 的研 究 就算 法 而 言 目前 已 相 对 较 为 成 熟 ，其 中最 大 的 问 题 是 导 湿 系 数 、 湿 度 扩 展 系 数 ， 湿 度 变 化 、 十 缩 应 变 与 干 缩 应 力 之 间 的 相互 转换 参 数 仍未 取 得 统一 的认 识 ，尚需在 更 多 实 验 的基 础上 进 行 界定 究其 根 源仍 是 由于混 凝 土 的 干 缩 变 形 特 性 及 机 理 是 一 个 由 细 观 层 次 向宏 观 机 理 转 化 的过程 ，因此 ，只 有 在研 究解 决 了细 观层 面 与 宏 观 机 理 相 互 转 化 的 算 法 后 ，才 有 可 能 在 混 凝 土 十 缩 变 形 及 开 裂 机 理 研 究 方 面 获 得 重 大 突 破 。 3 混凝土湿度场、干缩应力细观力学模型与 本构进展 基 于 宏 观 力 学 的 混 凝 土 湿 度 场 、 干 缩 变 形 与 干 缩 应 力 分 析 模 型 反 映 的 是 宏 观 响 应 并 不 能 真 实 反 映混 凝 土作 为 一种 由骨 料 、砂 浆胶 凝 体 以及 两 者 间 界 面 粘 结 面 所 组 成 的 三 相 非 均 质 复 合 材 料 湿 学 、 力 学 特 性 。 随 着 计 算 机 技 术 与 有 限 元 算 法 的进 一 步 发 展 ， “ 数 值 混 凝 土 ” 这 一 建 立 在 微 细 观 多 层 次 结 构 模 型 基 础 上 的 提 法 得 到 逐 渐 认 可 ， 细 观 开 裂 研 究 取 得 了 很 大 的进 展 】 ，国 内外 许 多 学 者 运 用 细 观 力 学 的方 法 模 拟 混 凝 土 试 件 裂 缝 扩 展 过 程 直 至 破 坏 状 态 。 由 于 骨 料 颗 粒 与 砂 浆 胶 凝 体 的 刚 度 、 强 度 等 参 数 的 不 一 致 在 混凝 土 的发展 成 熟过 程 以及后 期 的加 载 过程 中 ，骨 料颗 粒 与 砂浆 胶 凝 体 自身 的受 力 特性 与 变 形 的 不 均 匀 性 导 致 混 凝 土 在 宏 观 上 出 现 应 力 应 变 曲 线 的 非 线 性 。 研 究 成 果 在 细 观 层 次 上 、一 定 范 围 内揭 示 了混 凝 土 的损 伤破 坏机理 z 2 - l 。三 种 比较典 型 的细 观 力 学 模 型 为 ：格 构 模 型( L a t t i c e mo d e 1 ) ， 随机 骨 料模 型( Ra n d o m a g g r e g a t e mo d e 1 ) 和 随机 材 料 参 数 模 型( Ra n d o m ma t e r i a l p a r a me t e r mo d e 1 ) 。 这 些 模 型 有 一 个 共 同 的 特 点 ，那 就 是 假 设 在 细 观 层 次 上单 元 的 破坏( 损伤 )模 式 只有 拉伸( 损 伤 )一 种 。故 用 这些 模 型 模拟 以拉 伸损 伤 为 主要 破 坏机 制 的混凝 土宏 观断 裂( 例 如 ：单轴 拉伸 、三 点弯 曲等 ) 时 得 到 的结 果与 实 验结 果 较 为一 致 ；但 是 模 拟混 豳W a t e r P o w e r V o l 3 9 N o 4 凝 土 单 轴 压 缩 的 断 裂 过 程 时 ，结 果 与 实 验 结 果 偏 差 较 大 更 难 以模 拟 混 凝 土 的 双 轴 应 力 状 态 ， 尤 其 是 混 凝 土处 于 双轴 压 缩 应力 状 态 的强 度特 征 和 破坏 形 态 。 后 来 ，陆 续 有 学 者 在 这 些 模 型 的 基 础 上 ， 提 出 了改 进模 型 ，但 也 并 无 突破 性进 展 ，尤其 是 在 细观 模 型 的投 放 算 法 、骨 料 、砂 浆粘 结 面 的本 构 关 系及 裂缝 扩 展模 拟 本构 模 型 及方 法 等 方 面 的研 究 仍 是 这 一 领 域 的 瓶 颈 。 以 往 细 观 模 型 的 研 究 大 都 注 重 混 凝 强 度 、 断 裂 及 损 伤 等 方 面 而 在 混 凝 土 湿 度 场 、 干 缩 变 形 和 应 力 及 开 裂 过 程 的 模 拟 研 究 方 面 较 少 。 直 到 2 0 世 纪 9 0年 代 ，混 凝 土 干 缩 的 微 观 机 理 定 量 分 析 。 尤 其 混 凝 土 不 可 逆 干 缩 的 机 理 与 微 观 结 构 的 相 互 关 系 才 得 到 广 泛 的 研 究 ， 比较 具 有 代 表 性 的是 H_ M J e n n i n g s和 DP Be n t z 等 人 的 研 究 ，他 们 将 混 凝 土 分 为 低 密 度 区 和 高 密 度 区 来 区 别 可 逆 收 缩 和 不 可 逆 收 缩 并 将 低 密 度 区 和 高 密 度 区 的 比 值 作 为 恒 量 可 逆 收 缩 和 不 可 逆 收 缩 的 标 准 。 S h i mo mu r a等 2 9 1 1j 从 微 观 的 角 度 研 究 十 缩 应 力 建 立 了 混 凝 土 微 观 力 学 模 型 ，从 模 拟 孔 隙 中水 的 力 学 和 热 动 力 性 能 ，研 究 干 缩 随 时 间 和 空 间 的 变 化 。 Gr a n g e r J 在 亚 微 观 一微 米 级 研 究 干 缩 ， 作 者 将 文 验 所 得 的 干 缩 曲 线 作 为 冈 十 燥 引 起 的 体 积 减 小 的 函 数 ， 结 合 选 取 的 亚 微 观 力 学 模 型 ， 揭 示 混 凝 土 结 构 的 干 缩 变 形 。J G a r b o e z i 和 D a l e P Be n t z 1 提 出 了 较 实 用 的 观 测 混 凝 土 扩 散 的 细 观 多 层 次 模 型 。 目 前 国 内 从 细 观 的 角 度 研 究 混 凝 土 湿 度 扩 展 和 干 缩 应 力 方 面 的 文 献 还 较 少 ， 其 中 ， 刘 有 志 。 ， 唐 世 斌 l 3 3 l 等 在 细 观 湿 度 扩 展 、材 料 损 伤 及 裂 缝 模 拟 方 面 做 了 一 些 初 步 的 工 作 。 DD A 或流形 元 、扩 展有 限元等 目前较 多应 用 在 非连 续介 质力 学领域 的计算 方 法3 4 - 3 9 ，为细观 层次 的 研 究 提 供 了 有 益 的 思 路 。 通 过 利 用 流 形 元 或 者 扩 展 有 限元 方 法连 续 和 不连 续 相结 合 的优 点 ，建 立合 理 的 细 观 力 学 模 型 精 确 模 拟 干 缩 开 裂 的 发 生 和 扩 展 过 程 ，可 揭 示 混 凝 土 中 干 缩 宏 观 裂 缝 出 现 以 前 材 料 中 微 缺 陷 或 裂 纹 的 形 成 和 发 展 过 程 ， 以 及 这 些 微 裂 纹 对 材 料 特 性 的 影 响 模 式 及 途 径 。 目前 混 凝 土 湿 度 、 干 缩 变 形 与 开 裂 风 险 分 析 存在 的最大 问题 是大 多数 微 细 观层 次 的 研究 仍 停 留 在理 论 研 究 、数 值模 拟 方 面 ，基 于实 验 基础 的反 映 砂 浆 、骨 料及 粘 结 面之 间本 构 关 系模 型 创 建仍 是 一 个 瓶 颈 ， 另 外 ， 在 微 细 观 干 缩 特 性 与 宏 观 特 性 的 相 互 转 化 方 面 研 究 不 够 深 入 ，尤 其 是 细 观 材 料 损 伤 与 宏 观 湿 度 扩散 方 面 的 内在 联 系 ，这就 使 得 现有 的 成 果 在 工 程 实 际 中 难 以 发 挥 现 实 的 作 用 。 因 此 ，从 旯亏j 世 牙5斗 剐 U F =| ， ， 号 子： 比赝疋 上 T 爿日 丌 戎 1 ：J b I 2 、 绷 J亏 Z l 丌 】 荭 辰 混 凝 土 微 细 观 材 料 特 性 的 角 度 出 发 建 立 混 凝 土 微 细 观 层 次 的湿 度 和 力 学 特 性 与 宏 观 湿 度 和 力 学 特 性 之 间 的 内在 联 系是 关键 所 在 ，也 是 未 来重 点发 展 方 向 。 4 结论与展望 综 上 所 述 ，有 关 于 混 凝 土 湿 度 场 、 干 缩 变 形 及 干 缩 应 力 的 研 究 已 经 取 得 较 为 明 显 的 进 展 研 究 领 域 也从 以往 的宏 观 拓 展 到 了微 细 观领 域 ，但 仍 有 很 多 重要 的基 础性 和 关 键性 的问题 没有 解 决 甚 至 还 没 有深 入 系统 地 研究 这 使 得混 凝 土 的 干缩 开 裂 问 题 在一些 实 际工程 中仍 广泛 的存 在 。 笔 者认 为 ，要 解 决 以上 问题 ，首先 要 在 实 验 的 基 础 上 ，系 统 深 入 地 研 究 混 凝 土 的 细 观 湿 度 和 干 缩 变形 特 性 ，建 立 相应 的新 的理论 、模 型及 算 法 ；并 由 细 观 模 型 理 论 出 发 ，建 立 基 于 细 观 损 伤 理 论 的 混 凝 土宏 观湿 度及 干 缩应 力仿 真计 算 模 型及 理论 ； 进 而 展 开混 凝 土 干缩 开 裂发 生 和 发展 全 过 程 的精 确 仿 真 模拟 ，真 正弄 清 细 观 干缩 开裂 的有 效模 式 和 深 层 机 理 ， 以 及 细 观 开 裂 与 宏 观 裂 缝 之 间 的 相 互 关 系 。 只 有 这 样 才 能 够 实 现 对 混 凝 土 湿 度 和 干 缩 变 形 与 干 缩 应力 特 性 的真 实模 拟 ，解 释 以往 不 能解 释 的众 多 干 缩 开裂 现象 ，彻 底解 决 长 期 以来 困扰 工程 界 的干缩 开 裂 问 题 。 同 时 一 旦 混 凝 土 干 缩 开 裂 机 理 和 防 裂 问题 真 正得 到 了解 决 ，将 进一 步 有 助 于其 他 相 类 似 问题 的解 决 ，比如 掺 Mg O混凝 土 的细 观微 膨胀 补偿 收 缩 机 理 与 宏 观 膨 胀 变 形 之 间 相 互 关 系 的 认 识 ，温 度 、徐 变 和 自生 体积 收缩 变形 等 因素 导致 的开 裂 机 理 的认 识 等 。 参考文献 ： 1 蔡正咏 混凝土性能 M 北京 ：中国建筑工业 出版社 1 9 9 4 2 B A Z A NT Z P Ma t h e ma t i c a l m o d e l s f o r c r e e p a n d s h r i n k a g e o f c o n c r e t e C B A Z A N T Z P ， WI 3 3 MAN F H， e d s C r e e p a n d s h ri n k a g e i n c o n c r e t e s t r u c t u r e Ne w Yo r k：J o h n Wi l e y S o n s 1 9 8 2： 1 6 3 2 2 6 3 H E L MU T H R A ， T U RK D H T h e r e v e r s i b l e a n d i r r e v e r s i b l e d r y i n g s h r i n k a g e o f h a r de n e d P o rtl a n d c e me n t a n d t r i c alc i u m s i l i c a t e p a s t e s J J P o r t l a n d C e me n t 1 9 6 7 ( 1 2 ) ： 8 2 1 4 马怀发 ，陈厚群 ，等 混凝 土细观力学研 究进展及 评述 J 中 国水利水 电研究 院学报 ：2 0 0 4，2 ( 6 ) ： 1 2 4 1 3 0 5 B A Z A NT Z P ，N MJ A R L J N o n l i n e a r w a t e r d i f f u s i o n i n n o n s a t u r a t e d c o n c r e t e J Ma t e r i a l s S t r u c t u r e ( P a r i s ) ， 1 9 7 2 ( 5 ) ： 1 1 8 6 B A Z A N T Z P ，K I M J KC o n s e q u e n c e s o f d i f f u s i o n t h e o ry for s h ri n k a g e o f c o n c r e t e J Ma t e r i a l s a n d s t ruc t u r e s ，1 9 9 1 ，2 4( 2) ： 2 3 2 3 26 7 王瑞骏 ，李九红 ，等 堆石坝 混凝土面板 湿度场及 干缩应力 研 究 J 水力发电学报 ，2 0 0 4 ，2 3 ( 6 ) ： 5 0 5 4 8 9 1 0 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 马跃先 ，陈晓光 水工混凝土 的湿度场 和干缩应力研究 J 水力 发 电学报 ，2 0 0 8 ，2 7 ( 3 ) ： 3 8 4 2 刘 有志 ，张国新 ，朱岳 明 基于细 观损伤模 型的混凝土湿度 及 干缩特性研究 J 工程力学 ，2 0 0 8 ( 7 ) ： 2 0 4 2 0 8 Ma n Yo p Ha n LYT TON R L T h e o r e t i c a l p r e d i c t i o n o f d r y i n g s h r i n k a g e o f c o n c r e t e J J o u r n a l o f Ma t e r i a l s i n C i v i l E n g i n e e r i n g ， 1 9 9 8 ， 7 ( 4 ) ： 2 0 4 2 0 7 TORRENTI J M GANGER I ，e t a1Mo d e l i n g c o n c r e t e s h r i n k a g e u n d e r v a r i a b l e a mb i e n t c o n d i t i o n s J A C I Ma t e r i a l s J o u r n a l ， 2 0 0 5 ， 9 6f 1 ) ：3 5 3 9 MAJ ORANA C E，VI T AL I ANI RNu me r i c a l mo d e l i n g o f c r e e p a n d s h ri n k a g e o f c o n c r e t e b y f i n i t e e l e me n t m e t h o d C B I C AN I C N，MANG H，e d s C o mp u t e r Ai d e d Ana l y s i s a n d De s i g n o f Co n c r e t e S t ruc t u r e ，P r o c e e d i n g s o f S CI -C S e c o n d I n t e r n a t i o n a l Co n f e r e n c e He l i n Z e l l a m Se a Au s t r i a 1 9 9 9 W I T YMANN F H，S CHW ES I NGER P Hi g h P e rfo r ma n c e Co n c r e t e Ma t e ri alP r o p e rt i e s a n dD e s i g n M 冯 乃谦 ，等译 北京 ：中同铁 道出版社 2 0 0 1 AS AD M ，BALUCH M H，AL GADHI B A H Dryi ng s h r i n k a g e s t r e s s e s i n c o n c r e t e p a t c h r e p a i r s y s t e m s J Ma g a z i n e o f C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 3 ， 4 9 ( 1 8 1 ) ： 3 0 3 3 2 2 RAHMAN M K，BAL UC H M H，AL -GADHI B A HMo d e l i n g o f s h ri n k a g e a n d c r e e p s t r e s s e s i n c o n c r e t e r e p a i r J 1 A C I Ma t e r i a l s J o u r n al ， 2 0 0 3 ， 9 6 ( 5 ) ： 5 4 2 5 4 9 KI M J K。L EE CS P r e d i c t i o n o f d i f f e r e n t i a l d ryi n g s h r i n k a g e i n c o n c r e t e J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ，1 9 9 8 ，2 8 ( 7 ) ： 9 8 5 9 9 4 AL VAREDO A MW I Tr MANN F HS hri n k a g e a s i n fl u e n c e d b y s t r a i n s o O e n i n g a n d c r a c k f o r m a t i o n C B A Z AN T Z P ， C AR O L I ， e d s T h e Fi ft h RI L EM i n t e r n a t i o n a l S y mp o s i u m： Cr e e p a n d S h ri n k a g e o f Co n c r e t e L o n d o n： EF N S PON1 9 9 3 B E N T Z D ，G A RB O C Z I E J ， QU E N A R D D A Mo d e l l i n g d ryi n g s h rin k a g e i n r e c o n s t ru c t e d p o r o u s ma t e r i a l s ：Ap p l i c a t i o n t o p o r o u s V y c o r g l a s s J 1 Ma t e r S c i E n g 2 0 0 2 ( 6 ) ： 2 1 1 - 2 3 6 马怀发 ，陈厚群 ，等 混凝土细观力学研究进展及评 述 J 中 国水利水 电研究 院学报 ，2 0 0 4