國內(nèi)外研究現(xiàn)狀75332

1、高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋在懸臂施工中墩頂 0 號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 , 許多研究者致力于早期約束應(yīng)力的計算 , 以確定出現(xiàn)開裂的 危險性。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、 熱膨脹系數(shù)與化學(xué)反應(yīng)對變形的影響建立了許 多計算機(jī)程序。所有這些參數(shù)主要取決于齡期、溫度、水泥類型與混 凝土拌合物的組成實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

2、質(zhì)模型方面 , 已經(jīng)有了很大進(jìn)展。這樣的模型需要 假設(shè)現(xiàn)場的溫度與約束條件。 日本與法國開發(fā)出在現(xiàn)場測定約束應(yīng)力 的新方法 , 實驗室與現(xiàn)場的試驗結(jié)果與計算結(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，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與開裂的技術(shù)委員會(RILEM-DTD)O各國學(xué)者對溫度裂縫與控制進(jìn)行了積極的研究。(來自中國范文網(wǎng)轉(zhuǎn)載請保留)Michael Staffzur 在 90 年代初對基礎(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

3、這些 裂縫, 她提出了對底板進(jìn)行預(yù)冷卻 , 同時對墻板采取預(yù)加熱的技術(shù)措 施, 應(yīng)用建議的理論方法進(jìn)行計算 , 論文最后通過一個實際工程隊實測的結(jié)果與理論計算結(jié)果進(jìn)行了對比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 , 文中介紹了試驗設(shè)備與幾 個試驗 , 其中試驗包括溫度對混凝土彈性模量的影響 , 開裂框架的溫 度與拉力受時間的影響、溫度引起的拉力試驗等。Rupert Springgenschmid,Rolf Breitenbucher 等在 1990 年針對早 期混凝土 , 用裂縫溫度關(guān)系來對混凝土框

4、架開裂趨勢進(jìn)行估計 , 并 給出了一個近似的公式 , 在公式中考慮了攪拌混凝土、水泥、外加劑 等對溫度的影響。Enrique Miraambell,Antonoi Agudo 提出了一個分析模型 , 來對箱梁 大橋的溫度與應(yīng)力分布進(jìn)行預(yù)測。 模型考慮了環(huán)境影響、 物理與材料 性質(zhì)、橋的地點與橋的截面幾何形狀的影響 , 她將該分析模型推導(dǎo)的 結(jié)果與其她作者試驗所得結(jié)果進(jìn)行了對比。瑞典律勒歐理工大學(xué)的MatS Embo ng,Stig Bema nder等幾位學(xué)者對早期混凝土的熱應(yīng)力與熱裂縫作了很多試驗 , 試驗包括徐變試驗、自由 熱體積變化試驗、松弛試驗等 , 通過試驗提出了理論模型 , 該模型

5、編為 計算機(jī)程序 , 能進(jìn)行混凝土不同情況的分析。從幾個列子得出結(jié)論 , 即為了控制結(jié)構(gòu)的開裂 , 僅僅考慮早期溫度場的分布就是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的 還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)不同構(gòu)件中的不同軸向與環(huán)向約束、 早期混凝土的短時 力學(xué)性能的影響等。上世紀(jì) 40 年代至 70 年代, 美國墾務(wù)局 , 前蘇聯(lián)水工研究院 , 日本京都 大學(xué)森忠次教授等對大體積與內(nèi)容的實際設(shè)計與施工技術(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 ） 與對 溫度場、溫度應(yīng)力與溫

6、度裂縫發(fā)生的設(shè)計計算等。 其重點在于防止大 體積混凝土出現(xiàn)裂縫 , 即抗裂。同時也探求對已出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行有效 地補(bǔ)救與加固等各項措施。在溫度應(yīng)力計算方面 , 首先就是 Frit Leonhardt 對德國幾座預(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)力估算值 , 定量的討論的厚壁箱梁的溫度應(yīng) 力問題 , 認(rèn)為溫度應(yīng)力就是預(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)速率描述時間與溫度對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)力計算中考慮材料 參數(shù)變化的影響。

7、上世紀(jì) 50 年代以后 , 隨著我國筑壩工程的開展 , 我國對大體積混凝土 溫度應(yīng)力與溫度控制問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)計理論 , 解 決了澆筑溫度計算 , 結(jié)構(gòu)溫度場的差分解與有限元解法 , 提出各種邊 界與初始條件下的板梁、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)溫度以防止其開裂 , 過去, 水利水電工程由于施工工期長、 施工環(huán) 節(jié)多、影響因素復(fù)雜 ,尤其就是缺乏有效的工程管理與控制手段 , 特別 就是當(dāng)各種不利因素發(fā)生時 , 很難及時發(fā)現(xiàn)這些因素對工

8、程的影響程 度,更難于進(jìn)行科學(xué)的決策 ,造成工程拖期與建造費(fèi)用的大幅提高 , 而 計算機(jī)模擬系統(tǒng)模擬混凝土澆筑施工的過程 , 計算出混凝土溫度場及 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)、 修改方案與進(jìn)行多方案的比較及敏感性 分析, 可完全彌補(bǔ)傳統(tǒng)工程類比法的缺點。 因而采用計算機(jī)模擬施工 , 不僅可減少技術(shù)人員的計算強(qiáng)度、難度與縮短施工方案的制定時間 , 同時也能提高施工方案與機(jī)械利用率等定量指標(biāo)的準(zhǔn)確性 , 指導(dǎo)工程 設(shè)計與施工管理。在現(xiàn)澆混凝土早期裂縫控制問題上 12, 朱伯芳(1976) 、王鐵夢(1987) 等人就開始了大量的溫度

9、應(yīng)力與溫度裂縫控制的實驗研究。 從理論計 算的基礎(chǔ)上得出了很多控制溫度裂縫與防止裂縫的技術(shù)措施。 王鐵夢 (1987) 對各種工程裂縫進(jìn)行了系統(tǒng)的分析 , 提出了溫度計算理論與收 縮預(yù)測的公式 ,提出取消伸縮縫的理論與實踐依據(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)行了施工全過程的跟蹤與實測 , 統(tǒng)計整理出混凝 土的中心部位的溫度升降變化的全部曲線。 在大量的工程實際的整理 與統(tǒng)計基礎(chǔ)上 ,考慮各種施工因素 , 提出了大體積混凝土在高溫情況 下的最高溫度值得經(jīng)驗計算公式。 天津大學(xué)研究了大體積混凝土二維 溫度場的機(jī)理 ,建立了大

10、體積混凝土的二維溫度場的數(shù)學(xué)模型 , 并使 之程序化。YanZhoNuiu(1995)對早期混凝土熱力學(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與環(huán)境溫度變化溫度變化就是熱應(yīng)力與溫度裂縫的起因。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。 混凝土還會與環(huán)境發(fā)生熱交換 如從太陽輻射或者熱養(yǎng)護(hù)中得到熱量 , 溫度的變化必然導(dǎo)致應(yīng)力與變 形, 甚至引起結(jié)構(gòu)的破壞。靜定結(jié)構(gòu)的溫度變化不會產(chǎn)生支座約束應(yīng) 力 , 但就是 , 實際上結(jié)構(gòu)往往就是超靜定的?；蚴芡獠慷嘤嗉s束, 或受內(nèi)部的限制 , 尤其對于混

11、凝土成型早期 ,溫度的變化不均勻 （在結(jié)構(gòu)不 同位置不同時刻 ,溫度就是不相同的 ）, 會導(dǎo)致不同的約束效應(yīng)。 因此, 預(yù)測溫度變化及其分布對分析應(yīng)力與應(yīng)變 , 防止溫度裂縫就是重要 的。與所有化學(xué)反應(yīng)類似 ,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)場精確確定不同部位的溫度發(fā)展對施工組織有很大的價 值。近年來,基礎(chǔ)、橋梁、隧道襯砌以及其她構(gòu)件尺寸增加 , 水化熱以及溫 度變化已經(jīng)成為素混凝土與普通鋼筋混凝土約束力與開裂的主要原 因。受混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展快容易受到業(yè)主與開發(fā)商青睞并給其帶來 利益的驅(qū)使 , 水泥生

12、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:20世紀(jì)30年代前，美國普通硅酸鹽混凝土的 含量在30%以下,材料試驗學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)（ASTM允許22%勺顆粒大于75 m自20世紀(jì)50年代開始，的含量超過了 50%,而且基本上沒有大于75 m的顆粒。西方工業(yè)國家于 20世紀(jì)40 70年代曾經(jīng)因為早期強(qiáng) 度很大的混凝土問世 , 而當(dāng)時結(jié)構(gòu)設(shè)計強(qiáng)度尚不高 , 于就是出現(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后患, 尤其就是暴露于侵蝕性環(huán)境條件下工作的時候。根據(jù)英國 Wischers 的報道 : 在I9

13、60年配制30 35MPa混凝土?xí)r，用水泥量350kgm3、水灰比0、 45來達(dá)到。在1985年，同樣的混凝土只需250 kgm3水泥、0、6的 水灰比制備。對于進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算的設(shè)計者而言 , 兩種混凝土的強(qiáng)度時 一樣的。然而從兩種混凝土的微觀組成角度瞧 , 二者就是不同的 , 水灰 比較大的混凝土碳化速度要快于水灰比低的混凝土 , 對凍土與化冰鹽 的耐久性也不如后者。國內(nèi)的情況與國外有些差異 , 但混凝土拌合物的工作度由小變大的趨 勢就是很明顯的。 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 場歡迎; 散裝水泥的運(yùn)送方式 , 在簡化工地操作、 降低售價、 均化產(chǎn)品 方面的優(yōu)勢使其迅速的推廣 , 但就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。與此同時混凝 土設(shè)計等級也在不斷提高 , 促使混凝土單位水泥用量迅速增長 , 高強(qiáng) 混凝土的推廣應(yīng)用 , 進(jìn)一步加劇的上述趨勢。但就是隨著低水灰比 （又稱水膠比 ）高早