國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀33836

1、高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋在懸臂施工中墩頂0號(hào)塊的的混凝土澆筑量較大，且多采用高強(qiáng)混凝土，發(fā)熱量較大基本符合大體積混凝土的相關(guān)規(guī)定，產(chǎn)生的水化熱并有可能由此產(chǎn)生溫度作用的裂縫。溫度裂縫引起的大量工程質(zhì)量問(wèn)題造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，已引起了各方面的關(guān)注。近年來(lái)，許多研究者致力于早期約束應(yīng)力的計(jì)算，以確定出現(xiàn)開(kāi)裂的危險(xiǎn)性。依據(jù)材料的性質(zhì)水化熱的發(fā)展。剛度的增大與松弛能力的減小、抗拉強(qiáng)度的增長(zhǎng)、熱膨脹系數(shù)與化學(xué)反應(yīng)對(duì)變形的影響建立了許多計(jì)算機(jī)程序。所有這些參數(shù)主要取決于齡期、溫度、水泥類(lèi)型和混凝土拌合物的組成實(shí)際上只有可能大致估算這些參數(shù)的影響。然而，在建立近似材料性質(zhì)模型方面，已經(jīng)有了很大進(jìn)展。這樣的模型需要假

2、設(shè)現(xiàn)場(chǎng)的溫度和約束條件。日本和法國(guó)開(kāi)發(fā)出在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定約束應(yīng)力的新方法，實(shí)驗(yàn)室與現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算結(jié)果比較，使該領(lǐng)域獲得了顯著進(jìn)展。1989年,RILEM成立了混凝土早期溫度裂縫委員會(huì)，并于1998年出版了避免混凝土早期熱裂縫的論文集 。2002年又創(chuàng)建了關(guān)于早期混凝土溫度變形和開(kāi)裂的技術(shù)委員會(huì)（RILEM-DTD）。各國(guó)學(xué)者對(duì)溫度裂縫與控制進(jìn)行了積極的研究。（來(lái)自中國(guó)范文網(wǎng)轉(zhuǎn)載請(qǐng)保留）Michael Staffzur 在90年代初對(duì)基礎(chǔ)底板上墻體與底板交接處由于混凝土水化熱而產(chǎn)生的裂縫進(jìn)行了分析。其論文探討了如何防止這些裂縫，他提出了對(duì)底板進(jìn)行預(yù)冷卻，同時(shí)對(duì)墻板采取預(yù)加熱的技術(shù)措施，應(yīng)用建議的

3、理論方法進(jìn)行計(jì)算，論文最后通過(guò)一個(gè)實(shí)際工程隊(duì)實(shí)測(cè)的結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。Gerd Thielen,Horst Grube在1990年發(fā)表文章介紹了幾種防止裂縫的方法，其中包括了由于荷載產(chǎn)生的裂縫，文中介紹了試驗(yàn)設(shè)備和幾個(gè)試驗(yàn)，其中試驗(yàn)包括溫度對(duì)混凝土彈性模量的影響，開(kāi)裂框架的溫度和拉力受時(shí)間的影響、溫度引起的拉力試驗(yàn)等。Rupert Springgenschmid,Rolf Breitenbucher等在1990年針對(duì)早期混凝土，用裂縫溫度關(guān)系來(lái)對(duì)混凝土框架開(kāi)裂趨勢(shì)進(jìn)行估計(jì)，并給出了一個(gè)近似的公式，在公式中考慮了攪拌混凝土、水泥、外加劑等對(duì)溫度的影響。Enrique Miraambel

4、l,Antonoi Agudo提出了一個(gè)分析模型，來(lái)對(duì)箱梁大橋的溫度和應(yīng)力分布進(jìn)行預(yù)測(cè)。模型考慮了環(huán)境影響、物理和材料性質(zhì)、橋的地點(diǎn)和橋的截面幾何形狀的影響，他將該分析模型推導(dǎo)的結(jié)果與其他作者試驗(yàn)所得結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。瑞典律勒歐理工大學(xué)的Mats Embong,Stig Bemander等幾位學(xué)者對(duì)早期混凝土的熱應(yīng)力和熱裂縫作了很多試驗(yàn)，試驗(yàn)包括徐變?cè)囼?yàn)、自由熱體積變化試驗(yàn)、松弛試驗(yàn)等，通過(guò)試驗(yàn)提出了理論模型，該模型編為計(jì)算機(jī)程序，能進(jìn)行混凝土不同情況的分析。從幾個(gè)列子得出結(jié)論，即為了控制結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂，僅僅考慮早期溫度場(chǎng)的分布是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)不同構(gòu)件中的不同軸向和環(huán)向約束、早期混凝土的短

5、時(shí)力學(xué)性能的影響等。上世紀(jì)40年代至70年代，美國(guó)墾務(wù)局，前蘇聯(lián)水工研究院，日本京都大學(xué)森忠次教授等對(duì)大體積和內(nèi)容的實(shí)際設(shè)計(jì)和施工技術(shù)、溫度控制標(biāo)準(zhǔn)、溫度控制措施等都做了深入研究，如澆筑塊的合理分縫分層，適當(dāng)減少水泥用量，選擇低熱水泥，各種骨料預(yù)冷方法（由各種單獨(dú)冷源冷卻到水冷、真空氣化法、風(fēng)冷的幾種方法的綜合冷卻方法）和對(duì)溫度場(chǎng)、溫度應(yīng)力和溫度裂縫發(fā)生的設(shè)計(jì)計(jì)算等。其重點(diǎn)在于防止大體積混凝土出現(xiàn)裂縫，即抗裂。同時(shí)也探求對(duì)已出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行有效地補(bǔ)救和加固等各項(xiàng)措施。在溫度應(yīng)力計(jì)算方面，首先是Frit Leonhardt對(duì)德國(guó)幾座預(yù)應(yīng)力的混凝土箱梁發(fā)生嚴(yán)重裂縫的情況進(jìn)行分析，提出了橫向溫度應(yīng)力估

6、算值，定量的討論的厚壁箱梁的溫度應(yīng)力問(wèn)題，認(rèn)為溫度應(yīng)力是預(yù)應(yīng)力箱梁發(fā)生裂縫的主要原因。河海大學(xué)張子明教授對(duì)不同養(yǎng)護(hù)條件下混凝土的絕熱升溫進(jìn)行的研究，采用化學(xué)反應(yīng)速率描述時(shí)間和溫度對(duì)混凝土絕熱升溫的影響，探討化學(xué)反應(yīng)速率與養(yǎng)護(hù)溫度之間的關(guān)系；丁寶瑛等在溫度應(yīng)力計(jì)算中考慮材料參數(shù)變化的影響。上世紀(jì)50年代以后，隨著我國(guó)筑壩工程的開(kāi)展，我國(guó)對(duì)大體積混凝土溫度應(yīng)力和溫度控制問(wèn)題也作了大量的研究工作，取得了很大成就。潘家錚、朱伯芳等提出了大體積混凝土溫度控制的整套設(shè)計(jì)理論，解決了澆筑溫度計(jì)算，結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)的差分解和有限元解法，提出各種邊界和初始條件下的板梁、圓管、澆筑塊、拱壩、支墩壩、重力壩等溫度應(yīng)力分析

7、方法。這些研究工作的主要目的在于控制大體積混凝土的結(jié)構(gòu)溫度以防止其開(kāi)裂，過(guò)去，水利水電工程由于施工工期長(zhǎng)、施工環(huán)節(jié)多、影響因素復(fù)雜，尤其是缺乏有效的工程管理和控制手段，特別是當(dāng)各種不利因素發(fā)生時(shí)，很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)這些因素對(duì)工程的影響程度，更難于進(jìn)行科學(xué)的決策，造成工程拖期和建造費(fèi)用的大幅提高，而計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)模擬混凝土澆筑施工的過(guò)程，計(jì)算出混凝土溫度場(chǎng)及溫度應(yīng)力，不僅可以全面、周密的反映各種影響混凝土施工的因素，而且比較容易改變施工參數(shù)、修改方案和進(jìn)行多方案的比較及敏感性分析，可完全彌補(bǔ)傳統(tǒng)工程類(lèi)比法的缺點(diǎn)。因而采用計(jì)算機(jī)模擬施工，不僅可減少技術(shù)人員的計(jì)算強(qiáng)度、難度和縮短施工方案的制定時(shí)間，同時(shí)也

8、能提高施工方案和機(jī)械利用率等定量指標(biāo)的準(zhǔn)確性，指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)和施工管理。在現(xiàn)澆混凝土早期裂縫控制問(wèn)題上12，朱伯芳（1976）、王鐵夢(mèng)（1987）等人就開(kāi)始了大量的溫度應(yīng)力和溫度裂縫控制的實(shí)驗(yàn)研究。從理論計(jì)算的基礎(chǔ)上得出了很多控制溫度裂縫和防止裂縫的技術(shù)措施。王鐵夢(mèng)（1987）對(duì)各種工程裂縫進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，提出了溫度計(jì)算理論和收縮預(yù)測(cè)的公式，提出取消伸縮縫的理論與實(shí)踐依據(jù)，并在工程中的應(yīng)用。根據(jù)有關(guān)工程，陳志明等對(duì)不同厚度的大體積鋼筋混凝土在高溫下混凝土內(nèi)部溫度進(jìn)行了施工全過(guò)程的跟蹤和實(shí)測(cè)，統(tǒng)計(jì)整理出混凝土的中心部位的溫度升降變化的全部曲線(xiàn)。在大量的工程實(shí)際的整理和統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上，考慮各種施工因素

9、，提出了大體積混凝土在高溫情況下的最高溫度值得經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式。天津大學(xué)研究了大體積混凝土二維溫度場(chǎng)的機(jī)理，建立了大體積混凝土的二維溫度場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型，并使之程序化。YanZhoNuiu(1995)對(duì)早期混凝土熱力學(xué)進(jìn)行了有限元分析，并考慮了大體積混凝土中的水化熱分布和環(huán)境溫度變化。溫度變化是熱應(yīng)力和溫度裂縫的起因。每克水泥水化約釋放500J的熱量，混凝土的熱傳導(dǎo)性能低，使得熱量難以擴(kuò)散到環(huán)境中去。導(dǎo)致了大體積的混凝土構(gòu)件早期溫度升高?；炷吝€會(huì)與環(huán)境發(fā)生熱交換，如從太陽(yáng)輻射或者熱養(yǎng)護(hù)中得到熱量，溫度的變化必然導(dǎo)致應(yīng)力和變形，甚至引起結(jié)構(gòu)的破壞。靜定結(jié)構(gòu)的溫度變化不會(huì)產(chǎn)生支座約束應(yīng)力，但是，實(shí)際上結(jié)

10、構(gòu)往往是超靜定的?；蚴芡獠慷嘤嗉s束，或受內(nèi)部的限制，尤其對(duì)于混凝土成型早期，溫度的變化不均勻（在結(jié)構(gòu)不同位置不同時(shí)刻，溫度是不相同的），會(huì)導(dǎo)致不同的約束效應(yīng)。因此，預(yù)測(cè)溫度變化及其分布對(duì)分析應(yīng)力和應(yīng)變，防止溫度裂縫是重要的。與所有化學(xué)反應(yīng)類(lèi)似，水泥在較高溫度下水化熱較快，特別厚的構(gòu)件內(nèi)部溫度較高。根據(jù)成熟度的概念，構(gòu)件內(nèi)核的強(qiáng)度發(fā)展就比表面快。因此，現(xiàn)場(chǎng)精確確定不同部位的溫度發(fā)展對(duì)施工組織有很大的價(jià)值。近年來(lái)，基礎(chǔ)、橋梁、隧道襯砌以及其他構(gòu)件尺寸增加，水化熱以及溫度變化已經(jīng)成為素混凝土和普通鋼筋混凝土約束力和開(kāi)裂的主要原因。受混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展快容易受到業(yè)主和開(kāi)發(fā)商青睞并給其帶來(lái)利益的驅(qū)使，水

11、泥生產(chǎn)商將水泥當(dāng)中的 含量不斷增加、礦粉磨細(xì)度不斷提高。Mehta曾說(shuō) ：20世紀(jì)30年代前，美國(guó)普通硅酸鹽混凝土的 含量在30%以下，材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（ASTM）允許22%的顆粒大于75m。自20世紀(jì)50年代開(kāi)始， 的含量超過(guò)了50%，而且基本上沒(méi)有大于75m的顆粒。西方工業(yè)國(guó)家于20世紀(jì)40 70年代曾經(jīng)因?yàn)樵缙趶?qiáng)度很大的混凝土問(wèn)世，而當(dāng)時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度尚不高，于是出現(xiàn)將混凝土以大水灰比、低水泥用量的方式生產(chǎn)，在滿(mǎn)足強(qiáng)度要求的前提下易于施工操作，然而這給混凝土接哦古耐久性帶來(lái)后患，尤其是暴露于侵蝕性環(huán)境條件下工作的時(shí)候。根據(jù)英國(guó)Wischers的報(bào)道 ：在1960年配制30 35MPa混凝土

12、時(shí)，用水泥量350kg/m³、水灰比0.45來(lái)達(dá)到。在1985年，同樣的混凝土只需250 kg/m³水泥、0.6的水灰比制備。對(duì)于進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算的設(shè)計(jì)者而言，兩種混凝土的強(qiáng)度時(shí)一樣的。然而從兩種混凝土的微觀組成角度看，二者是不同的，水灰比較大的混凝土碳化速度要快于水灰比低的混凝土，對(duì)凍土與化冰鹽的耐久性也不如后者。國(guó)內(nèi)的情況與國(guó)外有些差異，但混凝土拌合物的工作度由小變大的趨勢(shì)是很明顯的。各方為加快施工速度，縮短工期并加快模板的周轉(zhuǎn)，水泥 的含量增高、粉磨細(xì)度大、混合材摻量少的高早強(qiáng)水泥備受市場(chǎng)歡迎；散裝水泥的運(yùn)送方式，在簡(jiǎn)化工地操作、降低售價(jià)、均化產(chǎn)品方面的優(yōu)勢(shì)使其迅速的推廣，但是水泥溫度居高不下，已成為影響拌合物澆筑溫度高、水化快、塌落損失大的重要原因。與此同時(shí)混凝土設(shè)計(jì)等級(jí)也在不斷提高，促使混凝土單位水泥用量迅速增長(zhǎng)，高強(qiáng)混凝土的推廣應(yīng)用，進(jìn)一步加劇的上述趨勢(shì)。但是隨著低水灰比（