如何從根本上解決混凝土收縮開(kāi)裂問(wèn)題

1、Word文檔 如何從根本上解決混凝土收縮開(kāi)裂問(wèn)題 現(xiàn)代混凝土具有普遍采納化學(xué)外加劑和工業(yè)廢渣的特征，降低了資源及環(huán)境消耗，提高了材料耐久性，滿意了現(xiàn)代土木工程設(shè)計(jì)和施工的性能要求。然而，組成日趨簡(jiǎn)單、流淌度加大、早期強(qiáng)度進(jìn)展加快的材料特性，導(dǎo)致混凝土收縮加大；長(zhǎng)跨徑、大體積、強(qiáng)約束的結(jié)構(gòu)形態(tài)，以及高溫、干燥等嚴(yán)酷環(huán)境，導(dǎo)致混凝土收縮開(kāi)裂問(wèn)題突出。 工程實(shí)踐和討論表明，80%以上的開(kāi)裂起因于混凝土的收縮?；炷烈坏╅_(kāi)裂，反抗?jié)B透的力量大幅降低，引起滲漏，嚴(yán)峻影響構(gòu)筑物的服役性能。裂縫的存在加速了有害介質(zhì)的傳輸速率，加劇了材料自身性能劣化和鋼筋銹蝕，尤其在高溫、高鹽等嚴(yán)酷腐蝕環(huán)境下，大大縮短結(jié)構(gòu)的

2、服役壽命。Mehta和Burrows在在21世紀(jì)建筑耐久的結(jié)構(gòu)物（Building Durable Structures in the 21st Century）一文中指出，為建筑在環(huán)境中可長(zhǎng)久的混凝土結(jié)構(gòu)，21世紀(jì)的混凝土工程必需以耐久性，而不是強(qiáng)度來(lái)驅(qū)動(dòng)。要想在實(shí)際工程中真正提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，從根本上解決早期收縮裂縫問(wèn)題意義重大。 混凝土早期收縮包括硬化前的塑性收縮，以及硬化階段的自收縮、干燥收縮和溫降收縮。在塑性階段，混凝土的體積變化主要表現(xiàn)為豎直方向的凝縮以及水平方向的塑性收縮。基于水分蒸發(fā)和毛細(xì)管負(fù)壓的理論模型可用于塑性收縮的猜測(cè)。 近期也有討論將體積模量的演化作為塑性收縮的主

3、要參數(shù)，并建立了更為簡(jiǎn)單的猜測(cè)模型。在硬化階段，收縮的測(cè)試方法比較成熟，例如，ASTM C1698-09推舉使用波紋管法以實(shí)現(xiàn)自澆筑成型開(kāi)頭的自收縮的測(cè)量。 然而，實(shí)際的工程混凝土內(nèi)部溫濕度及性能的進(jìn)展變化，不僅受自身水化的影響，還劇烈依靠于結(jié)構(gòu)尺寸以及外部環(huán)境等條件。因而，恒溫恒濕的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下的試驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果不能直接反映實(shí)際工程的收縮開(kāi)裂行為?？紤]不同因素的耦合影響以及不同類(lèi)型收縮的交互作用，建立相應(yīng)的猜測(cè)模型已成為混凝土收縮開(kāi)裂討論的必定趨勢(shì)。 收縮開(kāi)裂的表征和評(píng)估方法是討論現(xiàn)代混凝土早期開(kāi)裂行為的關(guān)鍵?；谄桨宸?、圓環(huán)法等的開(kāi)裂試驗(yàn)，可以表征混凝土材料的開(kāi)裂參數(shù)，如初裂時(shí)間、裂縫寬度、開(kāi)

4、裂面積等，但無(wú)法直接反應(yīng)結(jié)構(gòu)層次的開(kāi)裂行為。朱伯芳院士建立了混凝土溫度應(yīng)力計(jì)算的理論體系，提出了水工大體積混凝土溫度裂縫掌握平安系數(shù)閾值，以及混凝土半熟齡期（semi-mature age）掌握和長(zhǎng)期保溫的水工混凝土裂縫掌握方法；王鐵夢(mèng)教授建立了溫度應(yīng)力簡(jiǎn)化計(jì)算公式，提出抗與放（prevent and lay out）的設(shè)計(jì)原則，以及跳倉(cāng)法等裂縫掌握的方法和理念。上述成果已勝利地應(yīng)用于實(shí)際工程，解決了一般強(qiáng)度等級(jí)大體積混凝土的溫度裂縫掌握難題。 荷蘭代爾夫特理工高校建立了基于混凝土成熟度的抗裂性評(píng)估模型，并開(kāi)發(fā)了二維模擬軟件，同時(shí)考慮了材料種類(lèi)對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力的影響。然而，混凝土的早期開(kāi)裂行為劇烈地

5、依靠于包括強(qiáng)度、彈性模量和體積變形等在內(nèi)的早期性能的快速演化，而如何定量描述早齡期混凝土（特殊是大體積混凝土）在溫濕度變化條件下的性能演化歷程，仍舊是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。 原材料品質(zhì)掌握和混凝土協(xié)作比的優(yōu)化設(shè)計(jì)，是削減現(xiàn)代混凝土收縮裂縫的有效途徑。水工大體積混凝土常采納中、低熱水泥以降低混凝土的溫升。膨脹劑、減縮劑和高吸水性樹(shù)脂等功能材料可以降低收縮，對(duì)于削減一般結(jié)構(gòu)和中低強(qiáng)度等級(jí)混凝土的裂縫，起到了樂(lè)觀作用。但是，實(shí)際應(yīng)用也發(fā)覺(jué)，即使采納上述材料，也難以解決現(xiàn)代混凝土的收縮開(kāi)裂問(wèn)題。而鑒于實(shí)際工程的簡(jiǎn)單性，對(duì)功能材料在實(shí)際使用過(guò)程中的性能敏感性（如溫度、濕度敏感性）考慮不足，也大大影響其實(shí)

6、際應(yīng)用效果。 本文針對(duì)現(xiàn)代混凝土簡(jiǎn)單的膠凝材料體系，考慮了粉煤灰和礦粉對(duì)體系水化反應(yīng)活化能的影響，并以水化程度作為基本狀態(tài)參數(shù)，量化描述了混凝土的早期性能演化，以及材料與環(huán)境溫濕度之間簡(jiǎn)單的交互作用，實(shí)現(xiàn)溫濕度變化條件下多種收縮的耦合計(jì)算；建立了水化-溫度-濕度-約束耦合作用下的結(jié)構(gòu)混凝土收縮開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法，提出了基于牢靠度的開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)掌握閾值。同時(shí)，針對(duì)現(xiàn)代混凝土收縮開(kāi)裂的特點(diǎn)，介紹了水化溫升抑制、全過(guò)程補(bǔ)償收縮和化學(xué)減縮三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的作用機(jī)理及效果。在此基礎(chǔ)之上，開(kāi)發(fā)了抗裂性仿真計(jì)算軟件與設(shè)計(jì)方法，依據(jù)實(shí)際工程的結(jié)構(gòu)形式、環(huán)境特征和材料組成進(jìn)行抗裂性計(jì)算分析。最終，介紹了上述方法和技

7、術(shù)在地鐵車(chē)站和橋梁橋塔兩個(gè)典型工程中的應(yīng)用。 本文旨在提出可用于實(shí)際工程混凝土收縮開(kāi)裂評(píng)估與掌握的理論方法和關(guān)鍵技術(shù)，主要結(jié)論如下： （1）針對(duì)現(xiàn)代混凝土簡(jiǎn)單的膠凝材料體系，提出考慮粉煤灰和礦粉影響的水化反應(yīng)活化能的計(jì)算方法。以水化程度作為基本狀態(tài)參數(shù)，基于水化-溫度-濕度-約束耦合作用模型，實(shí)現(xiàn)變溫變濕條件下自收縮、干燥收縮和溫降收縮的耦合計(jì)算，以及結(jié)構(gòu)混凝土收縮開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)的量化評(píng)估。 （2）水化溫升抑制、全過(guò)程補(bǔ)償收縮和化學(xué)減縮三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，能夠有效降低硬化混凝土最大溫升、溫降收縮、自收縮和干燥收縮，減小收縮應(yīng)力，降低開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。 （3）基于理論模型和掌握技術(shù)，開(kāi)發(fā)抗裂性設(shè)計(jì)方法和系統(tǒng)平臺(tái)；依

8、據(jù)收縮類(lèi)型、應(yīng)力大小和開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)消失的時(shí)間點(diǎn)，采納對(duì)應(yīng)的抗裂技術(shù)，全過(guò)程掌握開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)，使風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)小于閾值。工程應(yīng)用結(jié)果表明，采納提出的方法和技術(shù)，混凝土結(jié)構(gòu)的收縮開(kāi)裂能夠得到有效掌握。 與混凝土較真！白鶴灘水電站的幕后藝術(shù)家 6月28日，全球其次大水電站白鶴灘水電站首批機(jī)組正式并網(wǎng)發(fā)電！ 白鶴灘水電站總裝機(jī)容量1600萬(wàn)千瓦，居世界其次，僅次于三峽工程；單機(jī)容量100萬(wàn)千瓦，位居世界第一。白鶴灘水電站估計(jì)2022年7月可實(shí)現(xiàn)16臺(tái)機(jī)組全部投產(chǎn)發(fā)電，屆時(shí)一天的發(fā)電量可滿意50萬(wàn)人一年的生活用電。 作為黨的十八大以來(lái)我國(guó)開(kāi)工建設(shè)的千萬(wàn)千瓦級(jí)巨型水電工程，白鶴灘水電站工程是長(zhǎng)江流域防洪體系重要組成部分

9、，也是實(shí)施西電東送的國(guó)家重大工程，是我國(guó)穩(wěn)增長(zhǎng)、調(diào)結(jié)構(gòu)、惠民生的新時(shí)代大國(guó)重器。在其勝利投產(chǎn)發(fā)電的背后，凝聚了很多建設(shè)者的才智和心血。 一群與混凝土較真的藝術(shù)家 在四川省寧南縣和云南省巧家縣交匯處的下游河道上，一座世界級(jí)巨型拱壩立于其間。大壩左岸的地下洞室里，藏著3條名為泄洪洞的奇跡和藝術(shù)品。 稱(chēng)它們是奇跡，緣于白鶴灘水電站泄洪洞的多項(xiàng)特點(diǎn)：每條泄洪洞長(zhǎng)度都在2021米以上，斷面最大可達(dá)寬15米、高18米，最大坡度達(dá)到23，過(guò)流面積超過(guò)20萬(wàn)平方米。它們的實(shí)力也不一般，能承受高達(dá)1.2萬(wàn)立方米每秒以上的大泄量和47米每秒的世界級(jí)高流速，僅需18分鐘就可灌滿整個(gè)西湖。 稱(chēng)它們是藝術(shù)品，則是由于其

10、內(nèi)外兼修的混凝土質(zhì)量：體型精準(zhǔn)、平整光滑、耐磨防裂、零缺陷，水流養(yǎng)護(hù)狀態(tài)下呈現(xiàn)鏡面效果。 據(jù)了解，混凝土施工中素有無(wú)襯不裂的說(shuō)法，裂縫好像是混凝土逃不脫的結(jié)局，但白鶴灘的混凝土藝術(shù)家們卻不這樣認(rèn)為。 白鶴灘水電站泄洪洞整體形態(tài)和過(guò)山車(chē)軌道很像，分為上平段、龍落尾段和出口處呈上挑外形的挑流鼻坎，不同的是泄洪洞每個(gè)部位都是混凝土結(jié)構(gòu)。在施工中最困難的，就數(shù)龍落尾段。龍落尾段形似龍尾，是一道垂直落差90米的斜坡，23的最大坡度就消失在這里。 在以往的水電工程中，假如泄洪洞有龍落尾結(jié)構(gòu)，大多采納混凝土泵輸送混凝土到相應(yīng)部位，但這種運(yùn)輸方案不能套用在低坍落度混凝土上。 工欲善其事，必先利其器。沒(méi)有施工裝

11、備，后續(xù)的作業(yè)就不能進(jìn)行，創(chuàng)新成了必經(jīng)之路。 但創(chuàng)新絕非易事，白鶴灘泄洪洞坡度更大、環(huán)境更簡(jiǎn)單，想要設(shè)計(jì)全 套的施工裝備更是難上加難。難到和我們合作的廠商都跑了。三峽集團(tuán)白鶴灘工程建設(shè)部泄洪洞項(xiàng)目負(fù)責(zé)人王孝海說(shuō)。 為了設(shè)計(jì)用于龍落尾底板施工的裝備，王孝海創(chuàng)新工作室團(tuán)隊(duì)請(qǐng)來(lái)了一些專(zhuān)業(yè)廠家，和現(xiàn)場(chǎng)施工單位一起討論。 這套裝備要適應(yīng)狹窄和大坡度的環(huán)境，要滿意肯定的運(yùn)輸速度保證混凝土不提前凝固，要保證混凝土運(yùn)輸?shù)骄_的部位、不能影響后續(xù)人工作業(yè)諸多困難交織在一起，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)狀況始終不抱負(fù)。 一次次的失敗消磨掉了廠家的急躁，不久王孝海就發(fā)覺(jué)廠商都變得寧?kù)o了，之前我們有一個(gè)群，這些廠商的技術(shù)人員原本都在群里

12、，后來(lái)他們不是退群就是隱身，都不陪我們了，花錢(qián)也請(qǐng)不來(lái)人。 從上平段到龍落尾，再到挑流鼻坎，白鶴灘建設(shè)者拿出了全 套施工裝備，實(shí)現(xiàn)了全過(guò)流面創(chuàng)新。應(yīng)用狀況表明，我們自行研制的成套常態(tài)混凝土施工裝備平安、高效，較常規(guī)施工效率提高了約20%。王孝海說(shuō)。 混凝土都是分塊澆筑，塊與塊之間必定會(huì)存在一條縫，但泄洪洞的接縫處卻實(shí)現(xiàn)了平滑。 接縫處如何保養(yǎng)、采納什么愛(ài)護(hù)工具，這樣的細(xì)節(jié)都被施工人員考慮在內(nèi)。王孝海介紹，從泄洪洞第一倉(cāng)混凝土澆筑起，建設(shè)者就堅(jiān)持精準(zhǔn)析源、精明施策、細(xì)心組織、精確掌握、精益施工。簡(jiǎn)潔來(lái)說(shuō)，就是每一個(gè)人在每一個(gè)環(huán)節(jié)都有相應(yīng)的任務(wù)。 施工人員把細(xì)致到幾近嚴(yán)苛的要求滲透到每一寸鋼筋、每

13、一方混凝土，甚至每一條施工縫里，目的就是為了保障施工質(zhì)量，這樣的態(tài)度和藝術(shù)家別無(wú)二致。 白鶴灘泄洪洞平均不平整度小于2毫米，全部都能呈現(xiàn)鏡面效果。這份成果，源自于這一群混凝土藝術(shù)家的堅(jiān)持和創(chuàng)新，呈現(xiàn)了中國(guó)才智。 制服世界水電行業(yè)的珠穆朗瑪峰 流急坎陡，江勢(shì)驚險(xiǎn)，要將40%以上的長(zhǎng)江水力資源運(yùn)轉(zhuǎn)自如，使?jié)补嘀腥A大地的粗實(shí)血管暢通無(wú)阻，源源不斷輸出清潔電力，江河畔迫切需要一顆強(qiáng)大的心 臟。 而組建這顆心 臟的關(guān)鍵，就是研制牢靠、穩(wěn)定、高效的水輪發(fā)電機(jī)組。相對(duì)于已投產(chǎn)的長(zhǎng)江三峽、溪洛渡、烏東德水電站裝備的巨型水電機(jī)組，白鶴灘水電站單機(jī)容量再次實(shí)現(xiàn)巨大跨越，百萬(wàn)千瓦機(jī)組技術(shù)討論的簡(jiǎn)單性和技術(shù)難度遠(yuǎn)超世

14、界已有機(jī)組。 要?jiǎng)倮兄七@個(gè)目前世界單機(jī)容量最大的水電機(jī)組，真不簡(jiǎn)單！東方電機(jī)白鶴灘百萬(wàn)千瓦發(fā)電機(jī)總設(shè)計(jì)師張?zhí)禊i感慨道。 白鶴灘水電站共設(shè)計(jì)安裝16臺(tái)單機(jī)容量為100萬(wàn)千瓦的水輪發(fā)電機(jī)組，是目前世界上單機(jī)容量最大的水電機(jī)組，屬于超巨型混流式水輪發(fā)電機(jī)組，其研制難度遠(yuǎn)大于世界在建和已投運(yùn)的任何機(jī)組，被譽(yù)為當(dāng)今世界水電行業(yè)的珠穆朗瑪峰。機(jī)組的勝利投產(chǎn)將大幅推動(dòng)整個(gè)水電行業(yè)的進(jìn)展，也標(biāo)志著我國(guó)正逐步成為世界水電創(chuàng)新的中心。 百萬(wàn)千瓦，不僅意味著大容量、大尺寸，也意味著發(fā)電機(jī)會(huì)產(chǎn)生更高熱量。作為空冷式機(jī)組，假如無(wú)法將這些過(guò)剩的熱量高效帶走，會(huì)造成嚴(yán)峻的熱變形和熱應(yīng)力，甚至造成設(shè)備損壞。如何關(guān)心高效運(yùn)行的機(jī)組降火，是研制團(tuán)隊(duì)面臨的最為麻煩的問(wèn)題。 或許有人會(huì)說(shuō)，降火有什么難的，增加風(fēng)量不就可以了？難就難在，冷卻風(fēng)量在很大程度上，與發(fā)電機(jī)效率呈反比。 9年前，研制團(tuán)隊(duì)開(kāi)頭了磁極繞組空內(nèi)冷技術(shù)討論應(yīng)用的攻關(guān)工作。通過(guò)若干輪次的仿真計(jì)算、試驗(yàn)驗(yàn)證、方案優(yōu)化、產(chǎn)品試制，研制團(tuán)隊(duì)勝利實(shí)現(xiàn)了這一創(chuàng)新技術(shù)在白鶴灘項(xiàng)目的落地應(yīng)用。磁極銅排上開(kāi)設(shè)內(nèi)通風(fēng)孔，并新增內(nèi)部冷卻區(qū)，在大幅增加磁極繞組的散熱面積、縮短傳熱路徑的同時(shí)，提高冷卻空氣的利用率，大幅降低發(fā)電機(jī)冷卻需求風(fēng)量，為實(shí)現(xiàn)99.01%這一最高效率指標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。