混凝土的開裂與預(yù)防學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1混凝土的開裂混凝土的開裂(ki li)與預(yù)防與預(yù)防第一頁，共104頁。第1頁/共103頁第二頁，共104頁。P .K .Mehta and R .W .Burrows. Building Durable Structures in The 21st Century. Concrete International. March,2001.第2頁/共103頁第三頁，共104頁。第3頁/共103頁第四頁，共104頁。概念二：混凝土開裂是內(nèi)應(yīng)力積累的結(jié)果概念二：混凝土開裂是內(nèi)應(yīng)力積累的結(jié)果抵抗力下降抵抗力下降 開裂是內(nèi)應(yīng)力不斷地累積超過了混凝土抗開裂是內(nèi)應(yīng)力不斷地累積超過了混凝土抗拉強(qiáng)度（更確

2、切地，是斷裂能）的結(jié)果；反之拉強(qiáng)度（更確切地，是斷裂能）的結(jié)果；反之，盡管混凝土表面，盡管混凝土表面(biomin)沒有出現(xiàn)可見裂沒有出現(xiàn)可見裂縫，體內(nèi)的拉應(yīng)力依然存在；或者只是表面縫，體內(nèi)的拉應(yīng)力依然存在；或者只是表面(biomin)裂縫還不夠?qū)?，以致肉眼還觀測(cè)不裂縫還不夠?qū)?，以致肉眼還觀測(cè)不到。到。 因此，不能以表面因此，不能以表面(biomin)是否出現(xiàn)可是否出現(xiàn)可見裂縫，作為判斷技術(shù)路線或措施有效與否的見裂縫，作為判斷技術(shù)路線或措施有效與否的依據(jù)。依據(jù)。第4頁/共103頁第五頁，共104頁。 二、混凝土為什么會(huì)開裂二、混凝土為什么會(huì)開裂(ki li)？ 第5頁/共103頁第六頁，共10

3、4頁。第6頁/共103頁第七頁，共104頁。拌合物坍落度的變化拌合物坍落度的變化(binhu)5050年代年代(nindi) (nindi) 干硬、插搗干硬、插搗 0 02 cm2 cm6060年代年代(nindi) (nindi) 干硬、插搗與低頻振搗干硬、插搗與低頻振搗 2 24 cm4 cm7070年代年代(nindi) (nindi) 塑性、低頻振搗塑性、低頻振搗 5 59 cm 9 cm 8080年代年代(nindi) (nindi) 泵送、流態(tài)、高頻振搗泵送、流態(tài)、高頻振搗 101020 cm20 cm9090年代年代(nindi) (nindi) 泵送、自密實(shí)泵送、自密實(shí) 161

4、625 cm25 cm原因原因(yunyn)一一 混凝土拌合物沉降混凝土拌合物沉降與泌水與泌水沉降與泌水沉降與泌水第7頁/共103頁第八頁，共104頁。第8頁/共103頁第九頁，共104頁。第9頁/共103頁第十頁，共104頁。1）塑性）塑性(sxng)收縮收縮 指新拌混凝土澆注后尚在塑性狀態(tài)發(fā)生指新拌混凝土澆注后尚在塑性狀態(tài)發(fā)生的收縮。特點(diǎn)的收縮。特點(diǎn)(tdin)是當(dāng)表面水分向外蒸發(fā)是當(dāng)表面水分向外蒸發(fā)時(shí)引起局部產(chǎn)生應(yīng)力，因此當(dāng)蒸發(fā)速率大于時(shí)引起局部產(chǎn)生應(yīng)力，因此當(dāng)蒸發(fā)速率大于泌水速率時(shí)，會(huì)發(fā)生局部的塑性收縮開裂。泌水速率時(shí)，會(huì)發(fā)生局部的塑性收縮開裂。 低水灰比（水膠比）混凝土拌合物體內(nèi)低水

5、灰比（水膠比）混凝土拌合物體內(nèi)自由水少，水化生成物又迅速填充毛細(xì)孔，自由水少，水化生成物又迅速填充毛細(xì)孔，阻礙泌水上升，因此表面更易于出現(xiàn)塑性收阻礙泌水上升，因此表面更易于出現(xiàn)塑性收縮開裂?？s開裂。第10頁/共103頁第十一頁，共104頁。第11頁/共103頁第十二頁，共104頁。3）溫度）溫度(wnd)變形（熱變形）變形（熱變形） 混凝土硬化期間由于水化放熱產(chǎn)生混凝土硬化期間由于水化放熱產(chǎn)生(chnshng)溫升而膨脹，到達(dá)溫峰后降溫溫升而膨脹，到達(dá)溫峰后降溫時(shí)產(chǎn)生時(shí)產(chǎn)生(chnshng)收縮變形。升溫期因混收縮變形。升溫期因混凝土模量還很低，只產(chǎn)生凝土模量還很低，只產(chǎn)生(chnshng)較

6、小較小的壓應(yīng)力，且因徐變作用而松弛；降溫期的壓應(yīng)力，且因徐變作用而松弛；降溫期收縮變形因彈模增長(zhǎng)，而松弛作用減小，收縮變形因彈模增長(zhǎng)，而松弛作用減小，受約束時(shí)形成大得多的拉應(yīng)力，當(dāng)超過抗受約束時(shí)形成大得多的拉應(yīng)力，當(dāng)超過抗拉強(qiáng)度（斷裂能）時(shí)出現(xiàn)開裂。拉強(qiáng)度（斷裂能）時(shí)出現(xiàn)開裂。第12頁/共103頁第十三頁，共104頁。 4）自生變形）自生變形(bin xng) 混凝土在沒有溫度變化，沒有和外界發(fā)生水分交換，也混凝土在沒有溫度變化，沒有和外界發(fā)生水分交換，也不受力的條件下發(fā)生的表觀體積變形稱自生變形，自生變形時(shí)不受力的條件下發(fā)生的表觀體積變形稱自生變形，自生變形時(shí)體積減小稱自生收縮。混凝土發(fā)生自

7、生變形的原因體積減小稱自生收縮?；炷涟l(fā)生自生變形的原因(yunyn)，是由于化學(xué)減縮是由于化學(xué)減縮水泥（及摻合料）和水發(fā)生水化反應(yīng)絕對(duì)水泥（及摻合料）和水發(fā)生水化反應(yīng)絕對(duì)體積減小的現(xiàn)象。體積減小的現(xiàn)象。第13頁/共103頁第十四頁，共104頁。 收縮應(yīng)變大小只是收縮應(yīng)變大小只是(zhsh)導(dǎo)致混凝土導(dǎo)致混凝土開裂的一方面原因，另一方面還有混凝土的開裂的一方面原因，另一方面還有混凝土的延伸性：延伸性： 彈性模量彈性模量 彈性模量越小，產(chǎn)生一定量收縮彈性模量越小，產(chǎn)生一定量收縮引起的彈性拉應(yīng)力越?。灰鸬膹椥岳瓚?yīng)力越?。?徐變徐變 徐變?cè)酱螅瑧?yīng)力松弛越顯著，殘余拉徐變?cè)酱螅瑧?yīng)力松弛越顯著，殘余拉

8、應(yīng)力就越??；應(yīng)力就越??； 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 抗拉強(qiáng)度越高，拉應(yīng)力使材料開抗拉強(qiáng)度越高，拉應(yīng)力使材料開裂的危險(xiǎn)越小。裂的危險(xiǎn)越小。原因原因(yunyn)三三 混凝土混凝土的延伸性的延伸性第14頁/共103頁第十五頁，共104頁。無松弛作用時(shí)出現(xiàn)無松弛作用時(shí)出現(xiàn)(chxin)開裂開裂混凝土的混凝土的抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度(kn l qin d)開裂開裂(ki li)延遲延遲應(yīng)力應(yīng)力松弛后的實(shí)際應(yīng)力松弛后的實(shí)際應(yīng)力應(yīng)力松弛應(yīng)力松弛時(shí)間時(shí)間收縮應(yīng)變受約束時(shí)收縮應(yīng)變受約束時(shí)產(chǎn)生的彈性拉應(yīng)力產(chǎn)生的彈性拉應(yīng)力收縮徐變對(duì)混凝收縮徐變對(duì)混凝土開裂的影響土開裂的影響 Flash第15頁/共103頁第十六頁，共104頁。

9、徐變徐變Gerald Pickett(1942年）說過：年）說過：“在大多數(shù)情況下，如果不是因?yàn)樾熳?，混在大多?shù)情況下，如果不是因?yàn)樾熳?，混凝土?xí)?yán)重地開裂。凝土?xí)?yán)重地開裂。Neville (1959年）斷定年）斷定(dundng)：徐變通常與：徐變通常與強(qiáng)度相反強(qiáng)度相反強(qiáng)度越高，徐變就越小。強(qiáng)度越高，徐變就越小。 水水泥漿體強(qiáng)度越低，徐變能力越大。泥漿體強(qiáng)度越低，徐變能力越大。第16頁/共103頁第十七頁，共104頁。Mar,2001第17頁/共103頁第十八頁，共104頁。 早期強(qiáng)度發(fā)展快的混凝土，抗拉強(qiáng)度早期強(qiáng)度發(fā)展快的混凝土，抗拉強(qiáng)度雖然隨抗壓強(qiáng)度發(fā)展加快而加快，但相對(duì)雖然隨抗壓強(qiáng)度

10、發(fā)展加快而加快，但相對(duì)幅度較小，而其彈性模量迅速幅度較小，而其彈性模量迅速(xn s)增大增大，徐變松弛作用則很快減小，綜合效果是，徐變松弛作用則很快減小，綜合效果是其延伸性明顯地變差。因此，現(xiàn)今使用高其延伸性明顯地變差。因此，現(xiàn)今使用高活性水泥、水灰比較低，早期強(qiáng)度發(fā)展快活性水泥、水灰比較低，早期強(qiáng)度發(fā)展快的混凝土，其自生收縮、溫度收縮產(chǎn)生的的混凝土，其自生收縮、溫度收縮產(chǎn)生的彈性拉應(yīng)力易于超過抗拉強(qiáng)度，很快出現(xiàn)彈性拉應(yīng)力易于超過抗拉強(qiáng)度，很快出現(xiàn)開裂。開裂。高早強(qiáng)混凝土的開裂高早強(qiáng)混凝土的開裂(ki li)洞庭湖橋洞庭湖橋第18頁/共103頁第十九頁，共104頁。約束、環(huán)境約束、環(huán)境(hu

11、njng)條件影響條件影響原因原因(yunyn)四：四： 約束約束第19頁/共103頁第二十頁，共104頁。問題問題1：試件和構(gòu)件里的混凝土差異在哪里：試件和構(gòu)件里的混凝土差異在哪里(n li)？問題問題2：為什么它們開裂：為什么它們開裂 / 不開裂？不開裂？ 一種一種(y zhn)混凝土在實(shí)驗(yàn)室里混凝土在實(shí)驗(yàn)室里成型的試件很密實(shí)、強(qiáng)度高，可是用它成型的試件很密實(shí)、強(qiáng)度高，可是用它澆注的鋼筋混凝土構(gòu)件開裂嚴(yán)重（外觀澆注的鋼筋混凝土構(gòu)件開裂嚴(yán)重（外觀和強(qiáng)度都受到影響）；另一混凝土成型和強(qiáng)度都受到影響）；另一混凝土成型的試件開裂了，可是用它澆注的鋼筋混的試件開裂了，可是用它澆注的鋼筋混凝土建筑物底

12、板卻完好不裂。凝土建筑物底板卻完好不裂。第20頁/共103頁第二十一頁，共104頁?；炷猎嚰ㄗ杂苫炷猎嚰ㄗ杂?zyu)變形變形）收縮收縮(shu su)膨脹膨脹(png zhng) 1 2 3強(qiáng)度強(qiáng)度 2 1 3； 抗氯離子滲透性抗氯離子滲透性 2 1 3空白空白 W/C=0.5摻摻SP W/C=0.35摻膨脹劑摻膨脹劑 W/C=0.5第21頁/共103頁第二十二頁，共104頁。路面板路面板(min bn)收縮受底部基層收縮受底部基層(jcng)強(qiáng)烈的連強(qiáng)烈的連續(xù)約束續(xù)約束柱柱梁收縮梁收縮(shu su)受受端部約束端部約束梁梁結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)混凝土約束約束第22頁/共103頁第二十三頁

13、，共104頁。舉舉 例例第23頁/共103頁第二十四頁，共104頁。三、混凝土開裂三、混凝土開裂(ki li)敏感度敏感度評(píng)價(jià)評(píng)價(jià) 第24頁/共103頁第二十五頁，共104頁。第25頁/共103頁第二十六頁，共104頁。 正確地檢測(cè)與評(píng)價(jià)混凝土的收縮正確地檢測(cè)與評(píng)價(jià)混凝土的收縮(shu su)(shu su)與開裂趨勢(shì)，是采取措施有與開裂趨勢(shì)，是采取措施有效地減少或避免早期開裂的前提。效地減少或避免早期開裂的前提。 第26頁/共103頁第二十七頁，共104頁。 在積累澆注水工大壩這類大體積結(jié)在積累澆注水工大壩這類大體積結(jié)構(gòu)混凝土經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，建立構(gòu)混凝土經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，建立(jinl)(jinl

14、)的防止混凝土早期產(chǎn)生開裂的檢測(cè)與評(píng)的防止混凝土早期產(chǎn)生開裂的檢測(cè)與評(píng)價(jià)方法，是通過測(cè)定水泥水化熱、混凝價(jià)方法，是通過測(cè)定水泥水化熱、混凝土絕熱溫升等參數(shù)以選擇原材料、確定土絕熱溫升等參數(shù)以選擇原材料、確定配合比，并采取預(yù)冷拌合物和埋設(shè)冷卻配合比，并采取預(yù)冷拌合物和埋設(shè)冷卻水管等措施來控制內(nèi)外允許溫差，總之水管等措施來控制內(nèi)外允許溫差，總之是局限于盡量降低最大溫升的辦法預(yù)防是局限于盡量降低最大溫升的辦法預(yù)防開裂。開裂。 現(xiàn)行評(píng)價(jià)現(xiàn)行評(píng)價(jià)(pngji)方法的方法的局限性局限性第27頁/共103頁第二十八頁，共104頁。 實(shí)際上并不是溫度變化本身造成實(shí)際上并不是溫度變化本身造成開裂，開裂是由于應(yīng)力

15、超過材料的強(qiáng)開裂，開裂是由于應(yīng)力超過材料的強(qiáng)度所引起，因此除溫度變化以外，所度所引起，因此除溫度變化以外，所有影響應(yīng)力和強(qiáng)度發(fā)展的因素，尤其有影響應(yīng)力和強(qiáng)度發(fā)展的因素，尤其是彈性模量、熱膨脹系數(shù)以及松弛能是彈性模量、熱膨脹系數(shù)以及松弛能力，包括它們?cè)诔跗诹?，包括它們?cè)诔跗?chq)(chq)的變化的變化都必須考慮在內(nèi)。都必須考慮在內(nèi)。 現(xiàn)行現(xiàn)行(xinxng)評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)方法的局限性的局限性第28頁/共103頁第二十九頁，共104頁。1. 水泥水泥(shun)與混凝土應(yīng)力環(huán)評(píng)價(jià)開裂趨勢(shì)與混凝土應(yīng)力環(huán)評(píng)價(jià)開裂趨勢(shì)優(yōu)點(diǎn)：可以反映水泥漿或混凝土在均勻環(huán)向約束條件優(yōu)點(diǎn)：可以反映水泥漿或混凝土在均勻環(huán)向

16、約束條件下因收縮下因收縮(shu su)變形的開裂敏感性。變形的開裂敏感性。第29頁/共103頁第三十頁，共104頁。應(yīng)力環(huán)測(cè)定應(yīng)力環(huán)測(cè)定(cdng)開裂趨勢(shì)設(shè)施開裂趨勢(shì)設(shè)施第30頁/共103頁第三十一頁，共104頁。第31頁/共103頁第三十二頁，共104頁。成型溫度成型溫度(wnd)18；24h后拆模并在室外負(fù)溫下后拆模并在室外負(fù)溫下放置放置 第32頁/共103頁第三十三頁，共104頁。邯鄲邯鄲(hn dn)水泥水泥 ；W/C = 0.30凈漿；凈漿；7d第33頁/共103頁第三十四頁，共104頁。新發(fā)水泥新發(fā)水泥(shun)；W/C =0.30凈漿；凈漿；14d 第34頁/共103頁第三

17、十五頁，共104頁。應(yīng)力環(huán)評(píng)價(jià)應(yīng)力環(huán)評(píng)價(jià)(pngji)開開裂趨勢(shì)方法的局限性裂趨勢(shì)方法的局限性1）主要用于比較在干燥環(huán)境中的開裂趨勢(shì)，不能反映溫度變化(binhu)的影響；2）不能反映早期膨脹差異的影響。第35頁/共103頁第三十六頁，共104頁。2. 單軸約束評(píng)價(jià)方法單軸約束評(píng)價(jià)方法(fngf) 1）開裂試驗(yàn)架（橫梁不可調(diào)）開裂試驗(yàn)架（橫梁不可調(diào)）第36頁/共103頁第三十七頁，共104頁。試件試件應(yīng)變計(jì)應(yīng)變計(jì)絕熱模型絕熱模型(mxng)德國(guó)德國(guó)R. SpringenschmidR. Springenschmid教授開發(fā)的開裂教授開發(fā)的開裂(ki (ki li)li)試驗(yàn)架試驗(yàn)架 第37頁/

18、共103頁第三十八頁，共104頁。 該裝置可以模擬混凝土在初齡期該裝置可以模擬混凝土在初齡期受約束條件下產(chǎn)生的應(yīng)力，混凝土從受約束條件下產(chǎn)生的應(yīng)力，混凝土從半液半固態(tài)的粘塑性體開始半液半固態(tài)的粘塑性體開始(kish)(kish)轉(zhuǎn)變?yōu)檎硰椥泽w過程彈性模量迅速增轉(zhuǎn)變?yōu)檎硰椥泽w過程彈性模量迅速增長(zhǎng)、徐變松弛作用減小都可以得到綜長(zhǎng)、徐變松弛作用減小都可以得到綜合地反映。合地反映。 開裂開裂(ki li)(ki li)試驗(yàn)架（試驗(yàn)架（Cracking Cracking FrameFrame）第38頁/共103頁第三十九頁，共104頁。 由于混凝土變形很大程度上被剛性的由于混凝土變形很大程度上被剛性的構(gòu)

19、架所阻止，因此可以定量測(cè)得混凝土的構(gòu)架所阻止，因此可以定量測(cè)得混凝土的開裂趨勢(shì)和水泥的開裂敏感性，適用于為開裂趨勢(shì)和水泥的開裂敏感性，適用于為工程選擇抗裂性能較好、開裂趨勢(shì)較小的工程選擇抗裂性能較好、開裂趨勢(shì)較小的原材料原材料(cilio)和配合比，也可以用于預(yù)測(cè)和配合比，也可以用于預(yù)測(cè)已知結(jié)構(gòu)參數(shù)、混凝土材料已知結(jié)構(gòu)參數(shù)、混凝土材料(cilio)和澆注和澆注溫度等條件時(shí)開裂的可能性，因此能夠采溫度等條件時(shí)開裂的可能性，因此能夠采取必要的防范措施。取必要的防范措施。開裂開裂(ki li)(ki li)試驗(yàn)架（試驗(yàn)架（Cracking Cracking FrameFrame）第39頁/共103頁

20、第四十頁，共104頁。開裂試驗(yàn)開裂試驗(yàn)(shyn)架檢測(cè)曲線架檢測(cè)曲線溫度(wnd)應(yīng)力混凝土溫度混凝土溫度(wnd)軸向應(yīng)力軸向應(yīng)力冷卻冷卻時(shí)間時(shí)間時(shí)間時(shí)間二次零應(yīng)力二次零應(yīng)力出現(xiàn)時(shí)間出現(xiàn)時(shí)間開裂溫度開裂溫度第40頁/共103頁第四十一頁，共104頁?？烧{(diào)橫梁可調(diào)橫梁(hn lin)單軸約束試驗(yàn)裝置溫度單軸約束試驗(yàn)裝置溫度應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)第41頁/共103頁第四十二頁，共104頁。第42頁/共103頁第四十三頁，共104頁。溫度溫度(wnd)應(yīng)力試應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)驗(yàn)機(jī)第43頁/共103頁第四十四頁，共104頁。第44頁/共103頁第四十五頁，共104頁。第45頁/共103頁第四十六頁，共104

21、頁。第46頁/共103頁第四十七頁，共104頁。第47頁/共103頁第四十八頁，共104頁。第48頁/共103頁第四十九頁，共104頁。第49頁/共103頁第五十頁，共104頁。德國(guó)水泥工業(yè)研究院的溫度德國(guó)水泥工業(yè)研究院的溫度(wnd)應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)第50頁/共103頁第五十一頁，共104頁。挪威技術(shù)大學(xué)挪威技術(shù)大學(xué)(dxu)實(shí)驗(yàn)室的溫度應(yīng)力實(shí)驗(yàn)室的溫度應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)機(jī)第51頁/共103頁第五十二頁，共104頁。我所改進(jìn)的溫度我所改進(jìn)的溫度(wnd)-應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)示應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)示意圖意圖第52頁/共103頁第五十三頁，共104頁。第53頁/共103頁第五十四頁，共104頁。 四、如何預(yù)防四、

22、如何預(yù)防(yfng)混凝土開混凝土開裂？裂？ 第54頁/共103頁第五十五頁，共104頁。第55頁/共103頁第五十六頁，共104頁。第56頁/共103頁第五十七頁，共104頁。 水泥水泥 的抗裂敏感性如何？的抗裂敏感性如何？ 當(dāng)混凝土發(fā)生劣化時(shí)，通常是責(zé)備養(yǎng)當(dāng)混凝土發(fā)生劣化時(shí)，通常是責(zé)備養(yǎng)護(hù)操作護(hù)操作(cozu)、所用骨料、拌合物或者質(zhì)、所用骨料、拌合物或者質(zhì)量控制，而水泥很少受責(zé)。很可能是因?yàn)榱靠刂疲嗪苌偈茇?zé)。很可能是因?yàn)橥活愋偷乃?，只要通過標(biāo)準(zhǔn)的檢驗(yàn)，同一類型的水泥，只要通過標(biāo)準(zhǔn)的檢驗(yàn)，就認(rèn)為是一樣的了。然而，不同廠家生產(chǎn)就認(rèn)為是一樣的了。然而，不同廠家生產(chǎn)的同類水泥，延伸性的

23、差異可能很懸殊。的同類水泥，延伸性的差異可能很懸殊。 The Visible and Invisible Cracking of Concrete1. 原材料選擇原材料選擇(xunz)有利于抗裂性有利于抗裂性第57頁/共103頁第五十八頁，共104頁。低含堿（低含堿（Na2O,K2O)Na2O,K2O)、高含硫酸鹽（相、高含硫酸鹽（相對(duì)對(duì)(xingdu)(xingdu)于鋁酸鹽）且不太細(xì)的水于鋁酸鹽）且不太細(xì)的水泥抗裂性較好泥抗裂性較好第58頁/共103頁第五十九頁，共104頁。 水泥品種對(duì)自生收縮值的影響水泥品種對(duì)自生收縮值的影響 中熱水泥與低熱中熱水泥與低熱(dr)水泥漿的水泥漿的自生收縮

24、明顯低于普通水泥漿體自生收縮明顯低于普通水泥漿體第59頁/共103頁第六十頁，共104頁。CEMENT FLY ASH Fineness ( Cm2/g) 2250Fineness ( Cm2/g) 2500Av. Comp. Strength(N/mm2)16-22Lime ReactivityAv. Comp. Strength (N/mm2)4.00Drying Shrinkage(%) Max.( of dry Cement) 1 %Drying Shrinkage(%) Max.0.15 %Soundness by auto clave test expansion ( %) Max

25、.0.8 %Soundness by auto clave test expansion ( %) Max.0.18 %Specific Gravity3.15-2.15摘自印度可持續(xù)摘自印度可持續(xù)(chx)發(fā)展與混凝土技術(shù)國(guó)際研討會(huì)一發(fā)言（有關(guān)大壩混凝土）發(fā)展與混凝土技術(shù)國(guó)際研討會(huì)一發(fā)言（有關(guān)大壩混凝土）第60頁/共103頁第六十一頁，共104頁。水泥種類水泥種類名稱名稱符號(hào)符號(hào)組成組成/重量重量%主成分主成分少量成分少量成分熟料熟料混合材混合材CEM 硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥CEM9510005CEM 普硅水泥普硅水泥*CEM/A/A- -809462005CEM/B/B- -65792135

26、05CEM 礦渣水泥礦渣水泥CEM/A/A3564366505CEM/B/B2034668005CEM/C/C519819505CEM 火山灰水泥火山灰水泥CEM/A/A6589113505CEM/B/B4564365505CEM 復(fù)合水泥復(fù)合水泥CEM/A/A4064各各183005CEM/B/B2038各各315005注：注：*普硅水泥中可以摻高爐礦渣（普硅水泥中可以摻高爐礦渣（S）、硅粉（）、硅粉（SF）、天然火山灰（）、天然火山灰（P）或燃燒灰（）或燃燒灰（Q）、硅質(zhì)）、硅質(zhì)與石灰質(zhì)粉煤灰（與石灰質(zhì)粉煤灰（FA）、燒頁巖灰（）、燒頁巖灰（T）、石灰石粉（根據(jù)雜質(zhì)含量分為兩種）以及）、石

27、灰石粉（根據(jù)雜質(zhì)含量分為兩種）以及(yj)復(fù)合等復(fù)合等9種。種。第61頁/共103頁第六十二頁，共104頁。1 降低降低(jingd)新拌混凝土溫度，從新拌混凝土溫度，從2512 Tc = 1518 K2 采用優(yōu)質(zhì)品牌水泥采用優(yōu)質(zhì)品牌水泥 Tc可達(dá)可達(dá)20 K3 石子最大粒徑用石子最大粒徑用32mm，不用，不用8mm： Tc = 510 K4 骨料線脹系數(shù)低：骨料線脹系數(shù)低： Tc可達(dá)可達(dá)10 K5 摻引氣劑（含氣量摻引氣劑（含氣量36%）：）： Tc = 35 K6 用碎石比用卵石：用碎石比用卵石： Tc = 35 K7 水泥用量從水泥用量從340kg/m3減為減為280 kg/m3： Tc

28、 = 35 K （以粉（以粉煤灰等量代替）煤灰等量代替）不同不同(b tn)因素對(duì)開裂溫度因素對(duì)開裂溫度的影響的影響第62頁/共103頁第六十三頁，共104頁。骨料巖種線脹系數(shù)骨料巖種線脹系數(shù)(xin zhn x sh)的差異的差異巖石種類巖石種類(zhngli) (zhngli) 線脹系數(shù)線脹系數(shù)(10-6/)(10-6/)花崗巖花崗巖 1.8 11.9閃長(zhǎng)巖閃長(zhǎng)巖 4.1 10.3輝綠巖輝綠巖 3.6 9.7 砂砂 巖巖 4.3 13.9白云巖白云巖 6 6.7 8.6 石灰?guī)r石灰?guī)r 0.9 12.2大理巖大理巖 1.1 16.0第63頁/共103頁第六十四頁，共104頁。第64頁/共10

29、3頁第六十五頁，共104頁。1）合理設(shè)計(jì)）合理設(shè)計(jì)(shj)混凝土強(qiáng)度等級(jí)、齡期混凝土強(qiáng)度等級(jí)、齡期 改變強(qiáng)度越高越安全的觀念，如前改變強(qiáng)度越高越安全的觀念，如前所述，實(shí)際上是強(qiáng)度越高越容易開裂，所述，實(shí)際上是強(qiáng)度越高越容易開裂，在侵蝕環(huán)境中越易于出現(xiàn)在侵蝕環(huán)境中越易于出現(xiàn)(chxin)過早過早劣化的問題。劣化的問題。洞庭湖大橋洞庭湖大橋(d qio)第65頁/共103頁第六十六頁，共104頁。兩道安全線，防止過多用水泥兩道安全線，防止過多用水泥(shun)、過高的早期強(qiáng)度（德、過高的早期強(qiáng)度（德國(guó)）國(guó)）1） 第一條新德國(guó)鐵路的隧道襯砌曾嚴(yán)重地第一條新德國(guó)鐵路的隧道襯砌曾嚴(yán)重地開裂，那時(shí)要求開

30、裂，那時(shí)要求10h強(qiáng)度不低于強(qiáng)度不低于12MPa；后來；后來規(guī)定：以隔熱的立方模型澆注規(guī)定：以隔熱的立方模型澆注(jio zh)的試的試件件12h最高強(qiáng)度為最高強(qiáng)度為6MPa；如果超過了，就要；如果超過了，就要用粉煤灰代替更多的水泥；用粉煤灰代替更多的水泥；2）為避免過高的早期強(qiáng)度，試件在）為避免過高的早期強(qiáng)度，試件在56d齡期齡期才試驗(yàn)。才試驗(yàn)。 The Visible and Invisible Cracking of Concrete第66頁/共103頁第六十七頁，共104頁。德國(guó)的橋面德國(guó)的橋面(qio min)板為板為何不開裂？何不開裂？1）典型的水泥用量為）典型的水泥用量為215k

31、g/m3、粉煤灰、粉煤灰45kg/m3（美國(guó)科羅拉多橋面板水泥用（美國(guó)科羅拉多橋面板水泥用343kg/m3，28d因溫縮和自縮開裂，以后因干因溫縮和自縮開裂，以后因干縮裂縫更增多）；縮裂縫更增多）；2）重要工程通過開裂試驗(yàn)架選用）重要工程通過開裂試驗(yàn)架選用(xunyng)低裂水泥；低裂水泥；3）對(duì)重要的橋面板，限制混凝土澆注溫度低）對(duì)重要的橋面板，限制混凝土澆注溫度低于于12； The Visible and Invisible Cracking of Concrete第67頁/共103頁第六十八頁，共104頁。 現(xiàn)行混凝土強(qiáng)度檢測(cè)評(píng)價(jià)方法，是現(xiàn)行混凝土強(qiáng)度檢測(cè)評(píng)價(jià)方法，是以實(shí)驗(yàn)室條件下成型的

32、試件，放置在標(biāo)以實(shí)驗(yàn)室條件下成型的試件，放置在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)或構(gòu)件旁養(yǎng)護(hù)至規(guī)定準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)或構(gòu)件旁養(yǎng)護(hù)至規(guī)定(gudng)齡期。這種方式在現(xiàn)今水泥活齡期。這種方式在現(xiàn)今水泥活性越來越高、用量越來越大，斷面尺寸性越來越高、用量越來越大，斷面尺寸雖不很大構(gòu)件混凝土的強(qiáng)度，與小試件雖不很大構(gòu)件混凝土的強(qiáng)度，與小試件的差異也就越來越顯著。的差異也就越來越顯著。混凝土強(qiáng)度發(fā)展速率混凝土強(qiáng)度發(fā)展速率(sl)評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)第68頁/共103頁第六十九頁，共104頁。30 20水化速率水化速率(sl)加快加快1倍倍40 水化速率水化速率(sl)加快加快2.4倍倍第69頁/共103頁第七十頁，共104頁。溫度匹配溫度匹配

33、(ppi)養(yǎng)護(hù)養(yǎng)護(hù) Temperature Match CuringTt構(gòu)件構(gòu)件(gujin)試件試件加熱加熱(ji r)裝置裝置第70頁/共103頁第七十一頁，共104頁。 圖3-48 2.5 m厚混凝土中點(diǎn)溫度的變化Bamforth的實(shí)驗(yàn)（厚的實(shí)驗(yàn)（厚2.5m結(jié)構(gòu)物中部的溫度結(jié)構(gòu)物中部的溫度(wnd)變變化）化）70%硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥(shun)+30%粉煤灰粉煤灰100%硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥(shun)25%硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥+75%磨細(xì)礦渣磨細(xì)礦渣第71頁/共103頁第七十二頁，共104頁。硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥(shun)水泥水泥(shun)/(shun)/礦渣礦渣水泥水泥(sh

34、un(shun)/)/粉煤灰粉煤灰水泥水泥/ /粉煤灰粉煤灰水泥水泥/ /礦渣礦渣硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥齡期齡期第72頁/共103頁第七十三頁，共104頁?，F(xiàn)代現(xiàn)代(xindi)混凝土設(shè)計(jì)理念與實(shí)踐混凝土設(shè)計(jì)理念與實(shí)踐第73頁/共103頁第七十四頁，共104頁。 品品 種種 彈性模量彈性模量(GPa) 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度(MPa) 密度密度(md)(g/cm)聚丙烯纖維聚丙烯纖維 3.5 300700 0.9 鋼纖維鋼纖維 200 10002000 7.8 玻璃纖維玻璃纖維 7690 30005000 2.52.6 玄武巖纖維玄武巖纖維 8090 30005000 2.53.0 混凝土混凝土 20

35、40 35 2.4第74頁/共103頁第七十五頁，共104頁。第75頁/共103頁第七十六頁，共104頁。鋼纖維鋼纖維雙膜雙膜氫氧化鈣氫氧化鈣(qn yn hu i)水泥漿本體水泥漿本體(bnt)多孔層多孔層FRC第76頁/共103頁第七十七頁，共104頁。第77頁/共103頁第七十八頁，共104頁。第78頁/共103頁第七十九頁，共104頁?；钚苑勰┗钚苑勰?fnm)混凝土物理混凝土物理力學(xué)性能力學(xué)性能 RPC200 RPC800 HSC凝結(jié)期間加壓凝結(jié)期間加壓 不加不加 1050MPa加熱養(yǎng)護(hù)加熱養(yǎng)護(hù)(yngh) 2090 250400抗壓強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度MPa 170230 500800 6

36、0100抗折強(qiáng)度抗折強(qiáng)度MPa 3060 45140 6 10 斷裂能斷裂能J/m2 (24)104 (0.124)104 140 彈性模量彈性模量Gpa 5060 6575 透氣性透氣性m2 2.5 10-18 120 10-18 氯離子擴(kuò)散系數(shù)氯離子擴(kuò)散系數(shù)m2/s 10-14 5 10-12 第79頁/共103頁第八十頁，共104頁。第80頁/共103頁第八十一頁，共104頁。第81頁/共103頁第八十二頁，共104頁。 施工施工(sh gng)中的中的resund隧道隧道 瑞典瑞典丹麥丹麥第82頁/共103頁第八十三頁，共104頁。底板和側(cè)壁分別底板和側(cè)壁分別(fnbi)(fnbi)澆

37、注澆注 底板和側(cè)壁同時(shí)底板和側(cè)壁同時(shí)澆注澆注 第83頁/共103頁第八十四頁，共104頁。給結(jié)構(gòu)加熱給結(jié)構(gòu)加熱(ji r)以避免溫差以避免溫差圖示表明澆注在加熱圖示表明澆注在加熱(ji r)底板上方壁板的溫度發(fā)展底板上方壁板的溫度發(fā)展底板預(yù)熱底板預(yù)熱(y r)底板不預(yù)熱底板不預(yù)熱(y r)澆注側(cè)壁澆注側(cè)壁側(cè)壁側(cè)壁預(yù)預(yù)熱熱期期加熱加熱第84頁/共103頁第八十五頁，共104頁。已澆注已澆注(jio zh)數(shù)周混凝數(shù)周混凝土底板土底板新澆混凝新澆混凝土壁板土壁板冷卻管冷卻管管間距為管間距為4001000mm，取決，取決(qju)結(jié)構(gòu)類結(jié)構(gòu)類型和所用水泥型和所用水泥。厚度超過。厚度超過800mm時(shí)需

38、要時(shí)需要兩至三排冷卻兩至三排冷卻管。管。第85頁/共103頁第八十六頁，共104頁。 荷蘭荷蘭Westerschelde 隧道的側(cè)壁施工埋設(shè)隧道的側(cè)壁施工埋設(shè)(mi sh)冷卻冷卻管管(直徑直徑30mm的鋼管或塑料管），混凝土拌和后的鋼管或塑料管），混凝土拌和后4060 hr開始通冷水。開始通冷水。冷卻冷卻(lngqu)第86頁/共103頁第八十七頁，共104頁。采取了冷卻措施的側(cè)壁因溫差產(chǎn)生的應(yīng)力和強(qiáng)度采取了冷卻措施的側(cè)壁因溫差產(chǎn)生的應(yīng)力和強(qiáng)度冷卻方式：降低拌和水溫；攪拌時(shí)加干冰冷卻骨料（注冷卻方式：降低拌和水溫；攪拌時(shí)加干冰冷卻骨料（注意加其他意加其他(qt)組分前干冰要已經(jīng)全部化解）。組分前干冰要已經(jīng)全部化解）。第8