混凝土裂縫變形及量測技術

混凝土裂縫、變形及量測技術水工混凝土裂縫和變形大體積水工混凝土結構：如大壩、船閘、泄洪建筑物、電站廠房等特點：1、體積大2、結構形式復雜通常要承受兩種不同性質的荷載：1、結構荷載：包括水壓、自重、揚壓力、泥沙、土、地震、風、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：日本建筑學會標準(JASS5)規(guī)定：“結構斷面最小厚度在80cm以上，同時水化熱引起混凝土內部的最高溫度與外界氣溫之差預計超過25℃的混凝土，稱為大體積混凝土”。美國混凝土學會(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)：“混凝土結構物實際最小尺寸等于或大于1m，或預計會因水泥水化熱引起混凝土內外溫差過大而導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）切斷了結構斷面，破壞結構整體性、穩(wěn)定性和耐久性等，危害嚴重。2、深層裂縫（deepcracks）部分切斷了結構斷面，也有一定危害性。3、表面裂縫（surfacecracks）雖然不屬于結構性裂縫，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)：應力強度因子或斷裂能4、復合判據(jù)：如熱強比抗裂性指標混凝土裂縫的認識1、無壩不裂（消極）2、裂縫可以控制（積極）3、被動開裂——主動出擊縫的設置：橫縫、縱縫、周邊縫誘導縫人工短縫拱壩分縫構造分縫：橫縫：垂直于壩軸線布置縱縫：平行于壩軸線布置誘導縫：預設縫周邊縫：壩體和周邊墊座之間人工短縫：釋放應力橫縫（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，認為拱向正應力很大足以承擔斷面橫向剪力。誘導縫在壩體內部人為形成一個潛在的“縫”，具有一定抗拉能力，但強度較低，當縫面拉應力超過某一數(shù)值，誘導縫自動張開，消除拉應力。構成:按一定規(guī)律埋設誘導板，部分切斷混凝土的聯(lián)系，使連接面積減小，強度減弱。問題：不在誘導縫位置開裂。周邊縫在拱壩和基礎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、適應某些不利的地形地質條件；3、抗震性能好；4、可消除部分溫度應力。缺點：1、結構復雜、施工麻煩，質量難以控制；2、壩體結構的一個弱面，增加了壩體的抗滑穩(wěn)定性。（梅花壩設置了周邊縫而垮壩。）應用前景：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)人為設置“縫”，釋放水壓和溫度應力。前提：仿真計算分析——對壩體應力的了解局部縫－局部釋放應力拱壩人工短縫新結構拱壩人工短縫構造和設置設置：短縫不超過壩厚的1/4，以免加大壩肩剪應力。人工短縫是構造縫（不是溫度誘導縫），需要控制縫端斷裂能以防止縫延伸。上游縫需設止水及縫內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力的傳力方向，達到釋放應力的效果。上游壩肩人工短縫使壩肩上游部位的拉力區(qū)轉移到內部縫端，用折縫將縫端轉入低應力區(qū)，也減少縫和內部主拉應力方向的交角，以消減縫端斷裂能，在縫端區(qū)埋設抗裂能力高的材料，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?；炷翜囟茸兓^程曲線圖考考你：1、混凝土開裂是在升溫開裂？2、Tj=Td時，混凝土內是否有溫度應力?TtTjTdTr溫度變形量測技術溫度變形量測：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：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為一個溫度感應單元3、鋪設簡單，施工干擾小石門處子碾員壓混童凝土禿拱壩言實例干縮定義承：混京凝土技在未音飽和倍空氣吹中因狗水分亡散失貴而引技起體錢積減稱小的吃變形雜。引伏起表構面開藥裂的彩主要采原因蟻。其大泄小主院要與聞水灰前比、還環(huán)境竹溫度巖與相伍對濕融度、腿水泥捐品種舌、混孩合材盆品種浮及摻級量、堅骨料司品種盤及摻湯量、暢外加幻玉劑種渠類與旅含量剪、養(yǎng)指護溫嘩度、戶齡期笛、結捆構特局征及飯?zhí)蓟炞饔猛纫蛄⑺赜胁黻P。干縮評的大匙小一鄭般在嗎20只0～卻10揮00顫微應屠變范威圍內常規(guī)檔量測置方法淋：弓煉形測道微器徑、水哨平或片立式崗千分勉表測滅長儀歷、顯牌微鏡烘式比賺長儀溫濕笨耦合成效應朱伯亦芳院奧士2判00室4年感3月榆發(fā)表麗在《臣水利蛙發(fā)電指》的員文章攜《加映強混態(tài)凝土別壩面箏保護夠盡快競結束洪“無奮壩不戒裂”螺的歷惑史》50講-6止0年開代引半起全貼國性合停工聚。清華總大學擋劉光假廷教干授2仗00換0年參在新跑疆石鴉門子每碾壓鮮混凝址土拱個壩中塊提出保溫熔保濕概念課，繼驚而研孟究溫濕炎耦合攝效應芬蘭VA述IS立AL哀A公司釋生產(chǎn)嫩的指己示器(HM寄I4企1)及溫嘩濕度抓探頭(HM有P4托2)誤差垃在3偏％以公內，減國內吐5％碳化鄭收縮碳化雪收縮士指大猴氣中說的二已氧化父碳在壺有水納分條繁件下迎與已嘗水化扇的水彼化物論（實尿際介廉質是疊碳酸炊）發(fā)吊生化胖學反地應產(chǎn)運生的陷收縮翻變形涉。碳化魚速度北取決細于混研凝土槳的含祥水量誘和周旬圍介騙質的竊相對名濕度井以及漆二氧魄化碳右的濃踏度。忍隨水悅灰比北的加末大碳凍化深驅度增沿加；神二氧搞化碳啞濃度提越大杏碳化軋速度座越快乓；碳喊化作化用只北在適兄中的魔濕度扣（越50舅%）才祝會較免快地查進行土。徐變訓（lo臟ad氣、t虛im賤e）定義索：持續(xù)穗荷載衫作用麗下變垮形隨闖時間纏不斷頸發(fā)展方的變覽形。意義衣：混凝前土徐變動變形聽一般奇比瞬倆時彈宅性變謠形大債1~聯(lián)3倍試驗剪研究糞的困窯難：1、C（綢t，掘T）縮慧～t儲，變形豈很小按；2、長時仙間保呢持荷套載或框位移為的恒籌定3、芽難以搶和干相縮、尺溫度蔥變形的分離4、凍影響收徐變退的因金素很暈多（原材列料配叛合比島、環(huán)狹境相斃對濕膀度、奪周圍魔溫度旦、結備構尺賺寸加豆荷齡眉期、備加荷赴應力適比、鏟持荷性時間）彈簧岸式彈簧乏式是固先通晨過用油壓電千斤怠頂施加苦壓力栗。使筋試件門和彈下簧同鞏時受順力，腰再利伴用鎖那緊螺木母固妹定頂陳部壓康板，甩靠壓割縮彈款簧獲墓得穩(wěn)府定的露荷載堆，荷葬載大主小要蕩用測力復計或裝伏在千兔斤頂辱上的油壓東表等工它具測桌定。鬧實驗劣開始飼時要拐調整扛各個茅方向鋼的彈纖簧，井從而仍達到懂均勻交加載嫩的目尾的。干實驗旗過程認中還全要不旨斷地慕檢查演荷載休，以堵防止帥應力掉松弛桌，這乎一過碗程非懲常繁艦重。注：我國勇的水晉電、沸交通耗和建殘筑部涌門基腦本上叫都采旁用彈掛簧式霧徐變節(jié)儀。彈簧心式1－試件；2－彈簧；3－壓板；4－鎖緊彈簧式單軸徐變儀2314混凝何土雙肉軸徐避變試義驗機瓶為長狂春試賢驗機召研究吉所與販清華機大學外水利彼系共沈同設揮計，況并由倡前者緣瑞開發(fā)吼制造便出來陶的。期該機駱器由主機霸、電欠控箱和計算們機控克制處勇理系情統(tǒng)三大謠部分備組成獵。自行帶研制菊的雙慌軸徐秀變儀自行挽研制栗的雙寄軸徐嘩變儀圖2-1徐變試驗機主機圖2-2徐變試驗機電控箱自行室研制價的雙口軸徐達變儀繼_技術蚊指標1)加載撿方式忠：采缺用機煎電伺廣服機脈構提熔供垂介直與手水平錘方向需的荷況載；2)加載熊能力旬：垂獅直方顏向為50估0KN（壓）兄,水憂平方燈向為30游0KN（壓）冊；3)荷載獅測量漏方式幫及精寬度：羅采用繁輪幅恭式測搜力傳閥感器熔測量揀；精命度為1％示議值；4)加載盆速率扯：在2KN典/M膨in跨~2答00田KN區(qū)/M酒in之間祝連續(xù)艷可調新；自行稈研制超的雙瓜軸徐佩變儀5)厘變形荷測量續(xù)方式覆：采熄用差凈動式凱位移書傳感苗器測揮量；6)變形細測量侍范圍夠及精環(huán)度：哭變形寧測量削范圍抄為1mm，精度嚷為0.普5%F.章S，分辨師率達翼到0.嫂1um；7)試驗蓋機控楊制和容數(shù)據(jù)彼處理擾：計寒算機株控制洲、處鼠理、品打印千；8)試樣咱尺寸邪：10績010拆010接0mm或20郊020奮040籌0mm電；9)外形址尺寸清：主匹機為21轉00×10古00×27述50mm（寬×電厚×禮高）捕；電馬控箱靜為60毯0×60攻0×16拘00mm（寬×予厚×貢高）蟲。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正研制搶的雙約軸徐嫂變儀乓—控制這圖42136578910121116151413

1－導向桿；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－滾動導軌13－諧波減速器；14－伺服電機；15－滾珠絲杠；16－渦輪升降機CS地S－循28桐3混凝榆土雙毛軸徐胳變儀私主機墓結構許示意基圖溫度月控制實驗室溫度變化曲線配備潑了三說臺Mc鞏wa艙y冷暖爪空調20才±0桑.5℃濕度新控制試件姥在放包入徐糖變實幟驗室脈之前控都用清漆狀涂抹樓表面，以贈減弱驕和周基圍環(huán)串境之杯間的麻濕度逃擴散著。另大外在層實驗穴過程競中，斗用亞繭都加嚴濕器析廠生蜜產(chǎn)的TH逃-4清/Q期D加濕冊器控制呼濕度跡，它藏由置貢于實纖驗室俯中間拜的濕錄度傳預感器虛控制燦，以望保持托房間擺內的比濕度案恒定章。實坐驗室宜中濕擦度控篇制在±50％相鵲對濕民度。荷載線的長責期穩(wěn)豬定性圖2-4荷載、時間變化曲線實驗鍛結果1－吧實測岔單軸緒應變A12－實測本雙軸凝徐變A23－按照塵疊加殊原理腔得到蒸的雙摟軸徐貞變14擔天齡雅期長凈方體替試件輛混凝儀土徐馳變曲嗓線實驗蔥結果1－姐實測冊單軸石徐變A32－按照都疊加芳原理較得到威的雙醫(yī)軸徐廁變3－傘實測猶雙軸蒙徐變A460沿天齡鮮期長爬方體惡混凝姿土試脆件徐敲變曲央線自生摩體積西變形禁（簡蔑稱自謙變）定義宴：混凝愧土在贏恒溫窄絕濕艙條件哈下，顧僅僅甘由于礦膠凝姥材料侮的水可化作殺用引瓶起的丑體積乏變形歇稱為田自生櫻體積全變形示。它胡不包部括混塘凝土攀受外蓋荷載尼、溫宴度、煩濕度圈和堿-活性型骨料六影響悠所引拌起的覺體積施變形殲。試驗卸研究齡的困仁難：1、C（濤t，紡T）據(jù)～t駝，變形講很??；2、泄難以壘和干梁縮、僚溫度言變形拒分離4、示影響護自變唱的因腸素很錄多自變?yōu)榈难心c究現(xiàn)醬狀1、碼50槍多年升前H.尿E.怨Da革vi原s就提喝出了性自生仔體積兔變形憤的概咳念。他測眾的自段變（框水灰排比大狠）：50魔～1執(zhí)00微應帆變干縮榴：20豆0～胳10測00微應得變A、和干美縮(矩約怪)比目小一蹈個數(shù)炕量級宇；B、實際絕測量回的干臘縮中間包含貌了自多變。自變霞的研埋究一時直沒盜有得仰到重星視。自變堵的研釣究現(xiàn)柏狀2、桂80祝年代趁人們爽發(fā)現(xiàn)接過去耽對自斑生體魂積變醬形的伴測定演由于不能悲真正憲保持換試件拘保持墨絕濕摧狀態(tài)（往躬往是損密封徐不好雅），困造成桑試驗院測量紡數(shù)據(jù)橡不準龜確。3、湊發(fā)現(xiàn)忽水泥菊品種坊不同蹲自生默體積避變形菊并不蹦是以祖前認榆為的專只收及縮不巾膨脹站，而吐是有脹恥有縮，變拼形有社大有魄小。4、異出于林對大寒壩混窗凝土畜溫降姿產(chǎn)生悟的收筑縮裂倒縫的惠控制騎的考殘慮，微膨賄脹混茂凝土開始伏受到辟人們廚的關嘩注。自變攔的研襪究現(xiàn)鉤狀5、扎90射年代E.訂Ta觸za身wa等研盡究發(fā)羨現(xiàn)，擾隨水隸灰比易的減梅小砂日漿和靈混凝獵土的梳自生鼠體積設變形辯反而蘆增大胃，這晚和干毅燥收幸縮不維同（盈干縮斑隨水污灰比仰減小撈而減遍?。]，并洪且當獲水灰庸比降贊至0曾.2街時發(fā)呀現(xiàn)混艱凝土惡試件那3個澤月的威自生吼體積島變形春達到40報0個糧微應捉變。從此纖混凝滿土的匹自生捆體積列變形縣的研毒究開擊始受顏到廣伴泛的底關注快，并紀進行演了廣銜泛深浴入的滅研究屠。自變野的測繪定—件—注屯意事舊項（1決）在律整個尊測試部過程子中系凈統(tǒng)的密封尖狀況固要良陽好，即礙必須王保證桃試件盲在整披個測掠試過惱程中跑保持暖恒重榴，不早允許留有透快氣透恢水現(xiàn)澡象，漸以前買由于練試件檔密封臥方法斜不良刻造成仿試驗跌失敗著或測轎量數(shù)勇值不甚準確固的很謀多；（2餓）由其于自屆生體糕積變車形在欄早期專產(chǎn)生舉的變睡化較蛛大，僻要求據(jù)在早陣期彈副模很踩低時罩（初詠凝）府就開賄始測芹定，著所以怎對測貍定儀厲器的精度歌要求夏較高（微跑米量抄級）切；（3兼）考撥慮到屑溫度香引起廢的變期形很泉大，脅測量辣方法豬一定窗要包城含測醒量試貨件內立部的堵溫度鋸以及處線膨在脹系權數(shù)，喜在試櫻驗結晨果中扣除斷溫度婦的影掉響。自變插的測猾定方蟲法應變脅計法千分丘表法高精填度的雁位移愉傳感蘆器我國文水工貧自變采用蹄差動膜式電滾阻應材變計趴（長涉度10置0～25貍0毫米字，DI者-1柿0型或DI萌-2悄5型）爐和水婦工比燥例電隙橋測逆量，話預埋嫩在試澆件內訓，用艱引線交和儀庭表連寇接讀去取變心形。自變初的量捐測—應變秤計法1—獄—白鴉鐵皮各筒；2——給橡膠猜皮筒嚴；3——肥塑料扮袋；4——徒試件碗；5—逼—應變計；6——盡錫焊縫；7——姜密封凈膏；8——渠電纜您；電阻泡應變碰計法網(wǎng)混凝魂土自跳生體叮積變躁形的己測量拼裝置優(yōu)點揚：密封徐性好沫，儀理器性盤能可即靠，陡測讀半方便肯，受耕外界鳴干擾肺因素黃少缺點塌：早期況混凝淺土的扣自變銜不能朝準確板測量。一次萍性使賽用，貌消耗最較大電阻挪應變鳳計對濾于溫殘度而蘋言它趁有滯餡后的目現(xiàn)象膛。研究為表明反：相憑同的凡溫度散補償燈系數(shù)皆對不陷同的通溫度傅計算艷出的草自變捷值影沖響很勿大，嶺最多多可相陰差3笛0～他40臥微應屑變。自變孫的量撞測—應變范計法自變循的量逐測—千分厘表法澆筑陵時在扶試樣價兩側傘預埋絹器件階，再商用千梯分表嘆等儀陣器測仁量該拾兩個腔預埋貍件之程間的哭變形。確保泄預埋惹器件屈和混勿凝土捆之間鍬粘結，測量茅精度忘比較菊低。目前閘在土儲建、剃交通悄等領宵域還接在廣對泛使嗎用1—枯混凝侮土2—結密封佩板3—鏟混凝毛土測孟頭4—蜓千分喚表架5—適支架籃立柱6—濱橡膠具墊7—奴千分磁表8—菠銅熱山電阻9—蓬緊固知螺絲10冒—特難富綸霸墊板11火—有菊機玻響璃襯噸板12念—高譜度調顆節(jié)螺悔絲千分扁表法局的測攤量裝準置自變賢的量稻測—千分套表法優(yōu)點鍬：1、態(tài)可以落測定扎初凝合后的殲自生源體積象變形2、朝投資喚小3、趁降低梢了試著模對臟混凝滴土收究縮的脊約束寺作用趨等缺點1、爸測量同精度罰比較堤低2、果無溫毅度補盯償3、煩受試上件尺膝寸的晃影響杠大自變湊的量滲測—高精液度位踐移計拜法包括弓高精展度位績移計雙、固底定支獸架、渣混凝呼土密法封模蝴具桶李以及緣瑞測溫登設備浮四部完分高精衛(wèi)度位品移計撞指標掙：精度葬可達稼0.襪1微勉米傳感班器對糾靜電在感應浩和電飽磁場巾，具框有較逝強的隆抗干搬擾能芒力溫度氏敏感登性差閱：差動啟變壓殿器的竄溫度卷系數(shù)掠：-0貸.0蝦1%躁/℃～-0園.0梅5%占/℃測量燦范圍野大：艱-1脫0～稈70息℃自變噴的量齡測—高精厚度位幕移計薦法固定戲支架騎主要嘗有底杯板、陪立柱眨、可削調懸價臂桿光、內消套和鑰外套濕組成可實養(yǎng)現(xiàn)粗倒調和伸微調綠使儀趨表調獨零。密封聲模具銀桶用鍍指鋅鐵宋皮材丘料制徒作。蒼直徑墻16類0mm悉,高度虎33圈0mm嶼，并用扶塑料洞布、柔黃油含和2mm厚橡繞皮貼等于鐵塑桶內看壁。測溫版設備模（內菠部測室溫和瀉外部播測溫堤）內部鹽測溫箏設備蓮采用葛北京擠東華菜自動肚化儀娘表廠棉生產(chǎn)麥的XJ蹈Y-椒01燃62智能善巡檢爺儀，拉可以角同時向測1蓬6個響點的畜溫度燙；外情部測香溫設矛備采覺用北兔京師你范大蜻學司那南儀協(xié)器廠捉生產(chǎn)塵的數(shù)暗字溫穩(wěn)度計1—澡石英絮棒2—免玻璃領管3—步橡膠粥指套4—微密封翠桶壁5—殲橡膠堡皮6—顯黃油7—鴨塑料道薄膜8—卡混凝營土9—燥密封櫻蓋10悶—熱意電阻密封弟桶(左)和測習溫桶(右)特點街：1）傳感黃器測傷量精營度高烏，可陳達0.幼1微米首量級，較墨千分窗表精憶度高對出10倍；2）由氏于傳繩感器男是通亮過玻廁璃板鳥和石鋒英棒挖測量算的，污所以肯測量撓不受痛混凝蛾土強聽度的屢影響稼，可糞以實伸現(xiàn)澆注漠成型售后立轉即進行核對自扒生體污積變忠形的磚測量盾；3）固標定支營架中蜜的可膊調懸蒜臂桿留可以肢上下陡移動聚，通汗過粗甘調適應爭不同榴尺寸巨試件的測惱量；4）密勇封桶凈通過烏