本文是一篇关于碱-硅反应（Alkali-Silica Reaction, ASR）对混凝土力学性能及钢筋断裂影响的综述性论文，由Chunhua Lu、Senzhuang Bu、Yulong Zheng（通讯作者）和Kenji Kosa共同撰写，分别来自中国江苏大学土木工程与力学学院和日本九州工业大学土木工程系。该论文于2021年12月6日在线发表于期刊《Structures》第35卷，第893-902页。

研究背景与目的

碱-硅反应（ASR）是混凝土耐久性问题的主要原因之一，广泛存在于全球范围内的水电站和桥梁等结构中。ASR会导致混凝土内部膨胀并产生裂缝，从而降低其力学性能，甚至引发钢筋的脆性断裂。本文旨在通过整理和分析约500组实验数据，探讨ASR膨胀对混凝土力学性能（如抗压强度和弹性模量）的劣化趋势及其机制，并提出一种基于表面裂缝宽度的实际工程结构膨胀应变评估方法。此外，本文还结合现有研究，深入探讨了ASR引起的钢筋断裂机制，为相关结构的维护管理提供参考。

主要内容与研究方法

1. ASR对混凝土力学性能的影响

ASR引起的内部裂缝会导致混凝土力学性能的劣化，具体表现为抗压强度和弹性模量的下降。本文通过整合不同膨胀程度下混凝土的实验数据，分析了抗压强度和弹性模量的劣化趋势及其机制。

• 抗压强度劣化趋势：随着膨胀应变的增加，抗压强度呈现下降趋势。当膨胀应变达到0.2%时，抗压强度迅速下降约35%；之后趋于稳定，最终降至初始值的60%左右。
• 弹性模量劣化趋势：弹性模量对内部裂缝更为敏感，其下降趋势更为显著。膨胀应变为0.05%时，弹性模量急剧下降；当膨胀应变达到0.2%时，下降趋势减缓，最大损失约为60%。

2. 力学性能劣化机制

ASR裂缝在混凝土内部形成应力集中区域，导致外部荷载作用下更容易形成破坏线。本文通过实验评估了ASR裂缝与破坏线的重合率，发现膨胀应变低于0.2%时，重合率显著上升，表明ASR裂缝对混凝土内部缺陷和应力集中有重要影响。

3. 水灰比和骨料类型对力学性能劣化的影响

水灰比对混凝土抗压强度保留率的影响较小，而骨料类型对力学性能劣化有显著影响。慢反应骨料在初始反应阶段的水化效应可能优于裂缝效应，从而改善抗压强度。

4. 实际结构中力学性能的预测方法

本文提出了一种基于表面裂缝宽度的膨胀应变评估方法，通过测量特定测量线上的裂缝宽度，计算膨胀应变，从而预测混凝土内部力学性能的劣化程度。

5. ASR引起的钢筋断裂机制

ASR膨胀可能导致钢筋的脆性断裂，尤其是在弯曲部位。本文通过大规模实验和现有文献，推测了钢筋初始裂纹的产生及其在混凝土膨胀作用下的扩展机制。实验结果表明，角部箍筋的角向开口是导致钢筋断裂的关键因素。

主要结论

1. 力学性能与膨胀的关系：抗压强度和弹性模量随膨胀应变的增加而下降，弹性模量对裂缝更为敏感。
2. ASR裂缝与破坏线的重合率：重合率的变化趋势与力学性能劣化趋势相反，部分解释了ASR内部裂缝对力学性能劣化的影响机制。
3. 骨料类型的影响：骨料反应速率对力学性能劣化有显著影响，慢反应骨料在初始阶段可能改善抗压强度。
4. 实际工程中的预测方法：通过测量表面裂缝宽度，可以估算膨胀应变，从而预测混凝土力学性能的劣化程度。
5. 钢筋断裂机制：ASR膨胀引起的角部箍筋角向开口是导致钢筋断裂的主要原因。

研究亮点

• 本文通过大量实验数据，系统总结了ASR对混凝土力学性能的影响及其机制。
• 提出了一种基于表面裂缝宽度的实际工程结构膨胀应变评估方法，为ASR影响结构的维护管理提供了简单有效的工具。
• 通过大规模实验，揭示了ASR引起的钢筋断裂机制，为相关研究提供了重要参考。

未来研究方向

未来的研究应考虑更多试验参数和环境因素，以获取更符合实际结构的力学性能劣化趋势。此外，还需进一步研究钢筋材料和横肋形状对初始裂纹形成的影响，以及不同膨胀程度对裂纹扩展和钢筋断裂的影响。

研究价值

本文为ASR引起的混凝土力学性能劣化和钢筋断裂机制提供了系统的理论分析和实验支持，对实际工程结构的维护管理具有重要的指导意义。同时，本文提出的膨胀应变评估方法为工程实践提供了简便有效的工具，具有广泛的应用前景。