國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 (6)

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程序。所有這些參數(shù)主要取決于齡期、溫度、水泥類型和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，在建立近似材料性質(zhì)模型方面，已經(jīng)有了很大進展。這樣的模型需要

2、假設(shè)現(xiàn)場的溫度和約束條件。日本和法國開發(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)果和計算結(jié)果比較，使該領(lǐng)域獲得了顯著進展。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和開裂的技術(shù)委員會（RILEM-DTD）。各國學(xué)者對溫度裂縫與控制進行了積極的研究。（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)生的裂縫進行了分析。其論文探討了如何防止這些裂縫，他提出了對底板進行預(yù)冷卻，同時對墻板

3、采取預(yù)加熱的技術(shù)措施，應(yīng)用建議的理論方法進行計算，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)備和幾個試驗，其中試驗包括溫度對混凝土彈性模量的影響，開裂框架的溫度和拉力受時間的影響、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)系來對混凝土框架開裂趨勢進行估計，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。E

4、nrique Miraambell,Antonoi Agudo提出了一個分析模型，來對箱梁大橋的溫度和應(yīng)力分布進行預(yù)測。模型考慮了環(huán)境影響、物理和材料性質(zhì)、橋的地點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)果與其他作者試驗所得結(jié)果進行了對比。瑞典律勒歐理工大學(xué)的Mats Embong,Stig Bemander等幾位學(xué)者對早期混凝土的熱應(yīng)力和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，該模型編為計算機程序，能進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

5、同軸向和環(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和內(nèi)容的實際設(shè)計和施工技術(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）和對溫度場、溫度應(yīng)力和溫度裂縫發(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)的裂縫進行有效地補救和加固等各項措施。在溫度應(yīng)力計算方面，首先是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

6、況進行分析，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)護條件下混凝土的絕熱升溫進行的研究，采用化學(xué)反應(yīng)速率描述時間和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。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)力和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

7、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，很難及時發(fā)現(xiàn)這些因素對工程的影響程度，更難于進行科學(xué)的決策，造成工程拖期和建造費用的大幅提高，而計算機模擬系統(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)、修改方案和進行多方案的比較及敏感性分析，可完全彌補傳統(tǒng)工程類比法的缺點。因而采用計算機模擬施工，不僅可減少技術(shù)人員的計算強度、難度

8、和縮短施工方案的制定時間，同時也能提高施工方案和機械利用率等定量指標(biāo)的準(zhǔn)確性，指導(dǎo)工程設(shè)計和施工管理。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應(yīng)力和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和防止裂縫的技術(shù)措施。王鐵夢（1987）對各種工程裂縫進行了系統(tǒng)的分析，提出了溫度計算理論和收縮預(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)部溫度進行了施工全過程的跟蹤和實測，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

9、理和統(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理，建立了大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€會與環(huán)境發(fā)生熱交換，如從太陽輻射或者熱養(yǎng)護中得到熱量，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

10、產(chǎn)生支座約束應(yīng)力，但是，實際上結(jié)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)不同位置不同時刻，溫度是不相同的），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)力和應(yīng)變，防止溫度裂縫是重要的。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裂的主要原因。受混凝土早期強度發(fā)展快容易受到業(yè)主和開

11、發(fā)商青睞并給其帶來利益的驅(qū)使，水泥生產(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 ：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%的顆粒大于75m。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75m的顆粒。西方工業(yè)國家于20世紀(jì)40 70年代曾經(jīng)因為早期強度很大的混凝土問世，而當(dāng)時結(jié)構(gòu)設(shè)計強度尚不高，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)，在滿足強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19

12、60年配制30 35MPa混凝土?xí)r，用水泥量350kg/m、水灰比0.45來達(dá)到。在1985年，同樣的混凝土只需250 kg/m水泥、0.6的水灰比制備。對于進行結(jié)構(gòu)計算的設(shè)計者而言，兩種混凝土的強度時一樣的。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水泥備受市場歡迎；散裝水泥的運送方式，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，高強混凝土的推廣應(yīng)用，進一步加劇的上述趨勢。但是隨著低水灰比（又