混凝土裂縫變形及量測技術(shù)

混凝土裂縫、變形及量測技術(shù)水工混凝土裂縫和變形大體積水工混凝土結(jié)構(gòu)：如大壩、船閘、泄洪建筑物、電站廠房等特點：1、體積大2、結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜通常要承受兩種不同性質(zhì)的荷載：1、結(jié)構(gòu)荷載：包括水壓、自重、揚壓力、泥沙、土、地震、風(fēng)、冰、浪等，其中水壓、自重、揚壓力等是主要荷載；2、混凝土本身的體積變化：包括溫度、徐變、干縮和自生體積變形等。其中溫度干縮和徐變是主要的體積變形。

繼續(xù)大體積混凝土的定義80年代前：根據(jù)幾何尺寸，主要根據(jù)厚度定義，國際上一般采用0.8～1.0m作為界限。80年代后：日本建筑學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)(JASS5)規(guī)定：“結(jié)構(gòu)斷面最小厚度在80cm以上，同時水化熱引起混凝土內(nèi)部的最高溫度與外界氣溫之差預(yù)計超過25℃的混凝土，稱為大體積混凝土”。美國混凝土學(xué)會(ACI)規(guī)定：“任何就地澆筑的大體積混凝土，其尺寸之大，必須要求解決水化熱及隨之引起的體積變形問題，以最大限度減少開裂”。我國交通行業(yè)：“現(xiàn)場澆注的最小邊尺寸為1～3m，且必須采取措施以避免水化熱引起的溫差超過25度的混凝土稱大體積混凝土”建筑行業(yè)：“混凝土結(jié)構(gòu)物實際最小尺寸等于或大于1m，或預(yù)計會因水泥水化熱引起混凝土內(nèi)外溫差過大而導(dǎo)致裂縫的混凝土稱大體積混凝土”返回混凝土裂縫按其深度一般可分為表面裂縫、深層裂縫和貫穿裂縫三種。1、貫穿性裂縫（thoroughcracks）切斷了結(jié)構(gòu)斷面，破壞結(jié)構(gòu)整體性、穩(wěn)定性和耐久性等，危害嚴(yán)重。2、深層裂縫（deepcracks）部分切斷了結(jié)構(gòu)斷面，也有一定危害性。3、表面裂縫（surfacecracks）雖然不屬于結(jié)構(gòu)性裂縫，但在混凝土收縮時，由于表面裂縫處斷面削弱且易產(chǎn)生應(yīng)力集中，能促使裂縫進一步開展。（劈頭縫）

混凝土裂縫混凝土開裂判據(jù)1、變形：極限拉伸值2、強度：抗拉強度3、斷裂判據(jù)：應(yīng)力強度因子或斷裂能4、復(fù)合判據(jù)：如熱強比抗裂性指標(biāo)混凝土裂縫的認識1、無壩不裂（消極）2、裂縫可以控制（積極）3、被動開裂——主動出擊縫的設(shè)置：橫縫、縱縫、周邊縫誘導(dǎo)縫人工短縫拱壩分縫構(gòu)造分縫：橫縫：垂直于壩軸線布置縱縫：平行于壩軸線布置誘導(dǎo)縫：預(yù)設(shè)縫周邊縫：壩體和周邊墊座之間人工短縫：釋放應(yīng)力橫縫（止水、止?jié){、鍵槽等）橫縫間距：日本：15m左右美國：50ft（≈15.25m）我國：15～20m近些年隨澆注強度的提高和溫控措施的完善橫縫間距有擴大的趨勢，如鳳灘24～26m。鍵槽：增加澆注塊間的抗剪能力，灌漿后形成整體。國外有拱壩不設(shè)，認為拱向正應(yīng)力很大足以承擔(dān)斷面橫向剪力。誘導(dǎo)縫在壩體內(nèi)部人為形成一個潛在的“縫”，具有一定抗拉能力，但強度較低，當(dāng)縫面拉應(yīng)力超過某一數(shù)值，誘導(dǎo)縫自動張開，消除拉應(yīng)力。構(gòu)成:按一定規(guī)律埋設(shè)誘導(dǎo)板，部分切斷混凝土的聯(lián)系，使連接面積減小，強度減弱。問題：不在誘導(dǎo)縫位置開裂。周邊縫在拱壩和基礎(chǔ)之間先澆注一層混凝土墊座，再在墊座上澆注壩體，壩體和墊座之間設(shè)置的縫稱作周邊縫。最早是1939年意大利77m高的奧西格林塔拱壩。前蘇聯(lián)的英古里水電站也采用。優(yōu)點：1、靜力狀態(tài)好；2、適應(yīng)某些不利的地形地質(zhì)條件；3、抗震性能好；4、可消除部分溫度應(yīng)力。缺點：1、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工麻煩，質(zhì)量難以控制；2、壩體結(jié)構(gòu)的一個弱面，增加了壩體的抗滑穩(wěn)定性。（梅花壩設(shè)置了周邊縫而垮壩。）應(yīng)用前景：高壩或規(guī)模大的拱壩沒有使用過。人工短縫在拱壩的拉力區(qū)人為設(shè)置“縫”，釋放水壓和溫度應(yīng)力。前提：仿真計算分析——對壩體應(yīng)力的了解局部縫－局部釋放應(yīng)力拱壩人工短縫新結(jié)構(gòu)拱壩人工短縫構(gòu)造和設(shè)置設(shè)置：短縫不超過壩厚的1/4，以免加大壩肩剪應(yīng)力。人工短縫是構(gòu)造縫（不是溫度誘導(dǎo)縫），需要控制縫端斷裂能以防止縫延伸。上游縫需設(shè)止水及縫內(nèi)排水以防水壓劈裂作用。作用：短縫的長度和形狀，改變有效傳力斷面，可以改變水壓作用下主應(yīng)力的傳力方向，達到釋放應(yīng)力的效果。上游壩肩人工短縫使壩肩上游部位的拉力區(qū)轉(zhuǎn)移到內(nèi)部縫端，用折縫將縫端轉(zhuǎn)入低應(yīng)力區(qū)，也減少縫和內(nèi)部主拉應(yīng)力方向的交角，以消減縫端斷裂能，在縫端區(qū)埋設(shè)抗裂能力高的材料，以增大韌性，阻止裂縫發(fā)展。實測效果：溪柄實測應(yīng)變<37μm，人工縫保持穩(wěn)定混凝土變形砼體積變形溫度變形（收縮）干縮自生體積變形（自收縮）徐變碳化收縮溫度變形混凝土溫度變化過程的三要素：入倉溫度Tj(placingtemperature)—可降低水化熱溫升Tr(adiabatictemperaturerise)—可降低穩(wěn)定溫度Td(finalannualtemperature)—受自然條件制約，難以控制。混凝土溫度變化過程曲線圖考考你：1、混凝土開裂是在升溫開裂？2、Tj=Td時，混凝土內(nèi)是否有溫度應(yīng)力?TtTjTdTr溫度變形量測技術(shù)溫度變形量測：溫度、線膨脹系數(shù)傳統(tǒng)采用溫度傳感器最新溫度量測技術(shù)：分布式光纖溫度傳感器Raman散射光：Stokes光Anti-Stokes光分布式光纖溫度傳感器優(yōu)點：1、單根光纜長度可達20km2、每25cm為一個溫度感應(yīng)單元3、鋪設(shè)簡單，施工干擾小石門子碾壓混凝土拱壩實例干縮定義：壘混凝土粒在未飽科和空氣趴中因水曉分散失怨而引起負體積減奪小的變牙形。引娘起表面英開裂的蛛主要原宋因。其大小滅主要與直水灰比失、環(huán)境歸溫度與率相對濕濤度、水塌泥品種丹、混合涼材品種桶及摻量臭、骨料顛品種及榆摻量、孟外加劑殊種類與彩含量、魄養(yǎng)護溫渡度、齡響期、結(jié)熟構(gòu)特征鋒及碳化置作用等嘗因素有憐關(guān)。干縮的陶大小一命般在2膠00～雁100款0微應(yīng)允變范圍白內(nèi)常規(guī)量測匪方法：弓餐形測微器漿、水平或娘立式千分具表測長儀稈、顯微鏡從式比長儀溫濕耦秩合效應(yīng)朱伯芳竟院士2底004享年3月塑發(fā)表在閑《水利救發(fā)電》缸的文章嶄《加強追混凝土懲壩面保具護盡快梁結(jié)束“嘗無壩不洞裂”的核歷史》50-芽60年旺代引起您全國性調(diào)停工。清華大恐學(xué)劉光箱廷教授旬200淚0年在德新疆石田門子碾呈壓混凝轎土拱壩菜中提出保溫保每濕概念，繼索而研究溫濕耦合棉效應(yīng)芬蘭VAIS候ALA公司生產(chǎn)賭的指示器(HMI耕41)及溫濕度抖探頭(HMP它42)誤差在3征％以內(nèi)，貓國內(nèi)5％碳化收越縮碳化收縮翻指大氣中眉的二氧化扒碳在有水差分條件下記與已水化頂?shù)乃锸ⅲ▽嶋H介慣質(zhì)是碳酸勉）發(fā)生化厭學(xué)反應(yīng)產(chǎn)妥生的收縮芝變形。碳化速度庭取決于混鈴凝土的含罩水量和周稍圍介質(zhì)的鞋相對濕度準(zhǔn)以及二氧牛化碳的濃洞度。隨水典灰比的加特大碳化深責(zé)度增加；俗二氧化碳墻濃度越大輔碳化速度坦越快；碳世化作用只煎在適中的銜濕度（越50%）才會較遵快地進行量。徐變（loa忍d、t癢ime冶）定義：持續(xù)荷測載作用未下變形站隨時間鄭不斷發(fā)或展的變依形。意義：混凝土徐變變形吳一般比瞬他時彈性變罩形大1~夜3倍試驗研究擊的困難：1、C（t鑒，T）困～t，變形很權(quán)??；2、長時間豎保持荷釀載或位名移的恒理定3、難糊以和干應(yīng)縮、溫逢度變形辮分離4、影佛響徐變補的因素立很多（原材料囑配合比疑、環(huán)境籃相對濕籌度、周拆圍溫度筍、結(jié)構(gòu)恥尺寸加姻荷齡期鵝、加荷場應(yīng)力比為、持荷閑時間）彈簧式彈簧式北是先通搜過用油壓千塞斤頂施加壓力周。使試件因和彈簧同刑時受力，寧再利用鎖奔緊螺母固誦定頂部壓部板，靠壓皂縮彈簧獲集得穩(wěn)定的插荷載，荷混載大小要熱用測力計或裝在釘千斤頂獎上的油壓表等工具憲測定。忙實驗開廚始時要架調(diào)整各選個方向艱的彈簧振，從而銳達到均石勻加載橋的目的允。實驗劈燕過程中觀還要不暴斷地檢陡查荷載眠，以防悼止應(yīng)力始松弛，揮這一過毫程非常抵繁重。注：我國的水看電、交通先和建筑部梯門基本上復(fù)都采用彈季簧式徐變?nèi)瓋x。彈簧式1－試件；2－彈簧；3－壓板；4－鎖緊彈簧式單軸徐變儀2314混凝土床雙軸徐趁變試驗苗機為長茂春試驗蒜機研究論所與清環(huán)華大學(xué)蜓水利系刪共同設(shè)于計，并妖由前者嶺開發(fā)制犁造出來利的。該印機器由主機、電跡控箱和計算機控路制處理系皆統(tǒng)三大部分霸組成。自行研制趣的雙軸徐霸變儀自行研汗制的雙衫軸徐變阻儀圖2-1徐變試驗機主機圖2-2徐變試驗機電控箱自行研蓋制的雙庭軸徐變斷儀_技術(shù)指標(biāo)1)加載方賓式：采攤用機電妥伺服機沸構(gòu)提供孤垂直與袋水平方括向的荷告載；2)加載能普力：垂帥直方向著為500KN（壓）,價水平方或向為300KN（壓）；3)荷載測量巨方式及精銀度：采用任輪幅式測儉力傳感器引測量；精古度為1％示值駛；4)加載速唯率：在2KN/智Min霞~20嫁0KN謀/Mi劣n之間連續(xù)癥可調(diào)；自行研制拍的雙軸徐飼變儀5)變形換測量方式貍：采用差謠動式位移賢傳感器測喪量；6)變形測量斤范圍及精桿度：變形或測量范圍興為1mm，精度為0.5%F.S，分辨率達翻到0.1um；7)試驗機控抵制和數(shù)據(jù)爪處理：計以算機控制盆、處理、材打印；8)試樣尺機寸：100100100mm或200200400mm；9)外形尺做寸：主眠機為2100×100謹(jǐn)0×2750mm（寬×厚些×高）張；電控膨箱為600×600×160渴0mm（寬×厚×美高）。垂直變形測量單元垂直變形傳感器水平變形傳感器垂直變形測量單元計算機打印機實驗控制單元垂直伺服電機水平伺服電機垂直伺服控制器水平伺服控制器加載絲杠垂直、水平測力單元垂直力傳感器垂直水平力傳感器水平自行研得制的雙叔軸徐變例儀—控制圖42136578910121116151413

1－導(dǎo)向桿；2－上橫梁；3－垂直力傳感器；4－支撐絲杠；5－水平伺服電機；6－諧波減速器；7－球形壓頭；8－滾柱9－試件；10－水平力傳感器；11－滾珠絲杠；12－滾動導(dǎo)軌13－諧波減速器；14－伺服電機；15－滾珠絲杠；16－渦輪升降機CSS蠟－28運3混凝土雙冠軸徐變儀姨主機結(jié)構(gòu)什示意圖溫度控典制實驗室溫度變化曲線配備了三饒臺Mcw嬌ay冷暖空恐調(diào)20±榨0.5℃濕度控制試件在放委入徐變實濁驗室之前罷都用清漆涂抹頑表面，以減弱溜和周圍環(huán)瓦境之間的慌濕度擴散佛。另外在嶺實驗過程怠中，用亞歡都加濕器嶄廠生產(chǎn)的TH-4借/QD加濕器控制濕憶度，它幣由置于籠實驗室來中間的討濕度傳眾感器控乏制，以稅保持房崗間內(nèi)的孝濕度恒執(zhí)定。實溪驗室中便濕度控劫制在±50％相對放濕度。荷載的袍長期穩(wěn)隔定性圖2-4荷載、時間變化曲線實驗結(jié)果1－實測弓單軸應(yīng)變A12－實測雙軸賠徐變A23－按照疊加險原理得到析的雙軸徐艙變14天膀齡期長煙方體試喝件混凝占土徐變昆曲線實驗結(jié)果1－實機測單軸滋徐變A32－按照疊加串原理得到溉的雙軸徐囑變3－實測繼雙軸徐變A460天齡染期長方體波混凝土試傳件徐變曲殺線自生體積室變形（簡胡稱自變）定義：混凝土在童恒溫絕濕拴條件下，素僅僅由于蒸膠凝材料朵的水化作器用引起的哀體積變形理稱為自生俘體積變形紛。它不包源括混凝土驢受外荷載勸、溫度、割濕度和堿-活性骨間料影響雁所引起類的體積諸變形。試驗研究刪的困難：1、C（t招，T）評～t，變形很晃小；2、難馬以和干涂縮、溫碗度變形虹分離4、影響激自變的因乏素很多自變的河研究現(xiàn)悔狀1、5及0多年運前H.E速.Da儉vis就提出印了自生膽體積變逐形的概腔念。他測的羅自變（列水灰比苦大）：50～幸100微應(yīng)變干縮：200綿～10惜00微應(yīng)變A、和干縮(俊約)比免小一個數(shù)槳量級；B、實際測童量的干獲縮中包串含了自益變。自變的竟研究一黨直沒有加得到重炕視。自變的研組究現(xiàn)狀2、80榴年代人們肺發(fā)現(xiàn)過去奶對自生體蠢積變形的跨測定由于不能真宋正保持而試件保吳持絕濕奸狀態(tài)（往往彩是密封物不好）代，造成貓試驗測逝量數(shù)據(jù)繳不準(zhǔn)確是。3、發(fā)現(xiàn)左水泥品種啞不同自生漠體積變形宜并不是以旨前認為的芒只收縮不方膨脹，而拜是有脹有縮，變形賄有大有為小。4、出于進對大壩混爐凝土溫降敬產(chǎn)生的收恥縮裂縫的與控制的考堅慮，微膨脹混缺凝土開始受到揚人們的關(guān)涼注。自變的枕研究現(xiàn)鵲狀5、9楚0年代E.Ta訂zawa等研究發(fā)睛現(xiàn)，隨水走灰比的減夕小砂漿和胡混凝土的猜自生體積押變形反而賓增大，這筋和干燥收慚縮不同（竭干縮隨水依灰比減小邀而減?。┗瑁⑶耶?dāng)利水灰比降市至0.2蟻時發(fā)現(xiàn)混新凝土試件檢3個月的氧自生體積在變形達到400個仰微應(yīng)變。從此混留凝土的疑自生體告積變形臣的研究獨開始受貼到廣泛熱的關(guān)注貪，并進蘿行了廣裕泛深入哭的研究歉。自變的椅測定—犁—注意圣事項（1）在攪整個測試諷過程中系憶統(tǒng)的密封狀帽況要良孩好，即必世須保證存試件在郵整個測訴試過程險中保持獅恒重，貴不允許尼有透氣稍透水現(xiàn)欺象，以偽前由于云試件密甲封方法件不良造弓成試驗頓失敗或許測量數(shù)益值不準(zhǔn)鄰確的很怎多；（2）三由于自我生體積殺變形在吃早期產(chǎn)愿生的變采化較大撇，要求仆在早期就彈模很殺低時（授初凝）肢就開始憲測定，慢所以對警測定儀樹器的精度要求忌較高（微米嚇量級）無；（3）非考慮到沃溫度引繁起的變拉形很大泉，測量導(dǎo)方法一顯定要包桶含測量覺試件內(nèi)海部的溫往度以及插線膨脹線系數(shù)，駁在試驗治結(jié)果中扣除溫度弓的影響。自變的測況定方法應(yīng)變計睡法千分表法高精度丙的位移頭傳感器我國水齊工自變采用差動熟式電阻應(yīng)惱變計（長糧度100～250毫米，DI-我10型或DI-2根5型）和水損工比例電似橋測量，姨預(yù)埋在試菊件內(nèi)，用距引線和儀荷表連接讀蛇取變形。自變的量盈測—應(yīng)變計法1——悉白鐵皮填筒；2——橡筒膠皮筒獄；3——塑料答袋；4——試件禾；5——明應(yīng)變計；6——錫焊縫；7——密尾封膏；8——電纜部；電阻應(yīng)藝變計法涼混凝土禾自生體貞積變形論的測量租裝置優(yōu)點：密封性好稼，儀器性湯能可靠，障測讀方便叮，受外界驢干擾因素晃少缺點：早期混凝恒土的自變貿(mào)不能準(zhǔn)確傷測量。一次性扭使用，孩消耗較凱大電阻應(yīng)變粒計對于溫蝕度而言它廟有滯后的仰現(xiàn)象。研究表氧明：相活同的溫均度補償豬系數(shù)對四不同的嚷溫度計麻算出的晶自變值翻影響很伴大，最喜多可相競差30者～40多微應(yīng)變此。自變的量繭測—應(yīng)變計法自變的量賓測—千分表法澆筑時璃在試樣晚兩側(cè)預(yù)曉埋器件春，再用潑千分表婦等儀器差測量該屢兩個預(yù)芒埋件之盆間的變毒形。確保預(yù)埋鳥器件和混應(yīng)凝土之間譯粘結(jié)，測量精科度比較甩低。目前在土溪建、交通殃等領(lǐng)域還勻在廣泛使彼用1—混拌凝土2—密封損板3—混藝凝土測譯頭4—千益分表架5—支移架立柱6—橡贈膠墊7—千分側(cè)表8—銅熱儉電阻9—緊固店螺絲10—特諷富綸墊板11—有勺機玻璃襯反板12—高滅度調(diào)節(jié)螺云絲千分表拘法的測凝量裝置自變的量立測—千分表杏法優(yōu)點：1、可臺以測定叼初凝后降的自生聾體積變桑形2、投資初小3、降低淋了試模對哪混凝土收真縮的約束祥作用等缺點1、測量瞧精度比較陡低2、無教溫度補閃償3、受酷試件尺唱寸的影循響大自變的獻量測—高精度貞位移計讀法包括高精打度位移計教、固定支底架、混凝蛛土密封模袍具桶以及綠測溫設(shè)備戶四部分高精度位相移計指標(biāo)騾：精度可禾達0.炊1微米傳感器暈對靜電幫感應(yīng)和箭電磁場姻，具有私較強的丹抗干擾箏能力溫度敏感化性差：差動變壓雅器的溫度陵系數(shù)：-0.0挺1%/℃～-0.0罷5%/℃測量范圍斯大：-1山0～70店℃自變的賭量測—高精度剛位移計爺法固定支架膨主要有底游板、立柱樸、可調(diào)懸飯臂桿、內(nèi)友套和外套歇組成可實現(xiàn)搖粗調(diào)和劫微調(diào)使省儀表調(diào)噴零。密封模具變桶用鍍鋅鐵驢皮材料制逼作。直徑枯160mm,高度33胳0mm，并用塑兵料布、螺黃油和蝕2mm厚橡皮梨貼于鐵貿(mào)桶內(nèi)壁棕。測溫設(shè)稀備（內(nèi)歸部測溫異和外部味測溫）內(nèi)部測皮溫設(shè)備在采用北淺京東華腰自動化鼓儀表廠宜生產(chǎn)的XJY壺-01眠62智能巡濤檢儀，擁可以同頭時測1姑6個點蟻的溫度鞏；外部勵測溫設(shè)脊備采用布北京師瞎范大學(xué)鮮司南儀秘器廠生踏產(chǎn)的數(shù)宴字溫度姿計1—石英帶棒2—玻璃鎖管3—橡俯膠指套4—密棚封桶壁5—橡辭膠皮6—黃轟油7—塑料糕薄膜8—混凝歇土9—密封燦蓋10—坊熱電阻密封桶(左)和測溫桶(右)特點：1）傳感器飲測量精穿度高，墻可達0.1微米量綱級，較千分啟表精度高供出10倍；2）由于傳茅感器是通吵過玻璃板桐和石英棒腹測量的，柴所以測量壇不受混凝借土強度的山影響，可矮以實現(xiàn)澆注成蒼型后立脫即進行對自焦生體積變拆形的測量旅；3）固定支垮架中的可模調(diào)懸