国内外研究现状27570(8页).doc

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1、-国内外研究现状27570-第 8 页高墩大跨连续刚构桥在悬臂施工中墩顶0号块的的混凝土浇筑量较大，且多采用高强混凝土，发热量较大基本符合大体积混凝土的相关规定，产生的水化热并有可能由此产生温度作用的裂缝。温度裂缝引起的大量工程质量问题造成巨大经济损失，已引起了各方面的关注。近年来，许多研究者致力于早期约束应力的计算，以确定出现开裂的危险性。依据材料的性质水化热的发展。刚度的增大与松弛能力的减小、抗拉强度的增长、热膨胀系数与化学反应对变形的影响建立了许多计算机程序。所有这些参数主要取决于龄期、温度、水泥类型和混凝土拌合物的组成实际上只有可能大致估算这些参数的影响。然而，在建立近似材料性质模型方

2、面，已经有了很大进展。这样的模型需要假设现场的温度和约束条件。日本和法国开发出在现场测定约束应力的新方法，实验室与现场的试验结果和计算结果比较，使该领域获得了显著进展。1989年,RILEM成立了混凝土早期温度裂缝委员会，并于1998年出版了避免混凝土早期热裂缝的论文集 。2002年又创建了关于早期混凝土温度变形和开裂的技术委员会（RILEM-DTD）。各国学者对温度裂缝与控制进行了积极的研究。（来自中国范文网转载请保留）Michael Staffzur 在90年代初对基础底板上墙体与底板交接处由于混凝土水化热而产生的裂缝进行了分析。其论文探讨了如何防止这些裂缝，他提出了对底板进行预冷却，同时

3、对墙板采取预加热的技术措施，应用建议的理论方法进行计算，论文最后通过一个实际工程队实测的结果与理论计算结果进行了对比。Gerd Thielen,Horst Grube在1990年发表文章介绍了几种防止裂缝的方法，其中包括了由于荷载产生的裂缝，文中介绍了试验设备和几个试验，其中试验包括温度对混凝土弹性模量的影响，开裂框架的温度和拉力受时间的影响、温度引起的拉力试验等。Rupert Springgenschmid,Rolf Breitenbucher等在1990年针对早期混凝土，用裂缝温度关系来对混凝土框架开裂趋势进行估计，并给出了一个近似的公式，在公式中考虑了搅拌混凝土、水泥、外加剂等对温度的影

4、响。Enrique Miraambell,Antonoi Agudo提出了一个分析模型，来对箱梁大桥的温度和应力分布进行预测。模型考虑了环境影响、物理和材料性质、桥的地点和桥的截面几何形状的影响，他将该分析模型推导的结果与其他作者试验所得结果进行了对比。瑞典律勒欧理工大学的Mats Embong,Stig Bemander等几位学者对早期混凝土的热应力和热裂缝作了很多试验，试验包括徐变试验、自由热体积变化试验、松弛试验等，通过试验提出了理论模型，该模型编为计算机程序，能进行混凝土不同情况的分析。从几个列子得出结论，即为了控制结构的开裂，仅仅考虑早期温度场的分布是远远不够的，还应考虑结构不同构件

5、中的不同轴向和环向约束、早期混凝土的短时力学性能的影响等。上世纪40年代至70年代，美国垦务局，前苏联水工研究院，日本京都大学森忠次教授等对大体积和内容的实际设计和施工技术、温度控制标准、温度控制措施等都做了深入研究，如浇筑块的合理分缝分层，适当减少水泥用量，选择低热水泥，各种骨料预冷方法（由各种单独冷源冷却到水冷、真空气化法、风冷的几种方法的综合冷却方法）和对温度场、温度应力和温度裂缝发生的设计计算等。其重点在于防止大体积混凝土出现裂缝，即抗裂。同时也探求对已出现的裂缝进行有效地补救和加固等各项措施。在温度应力计算方面，首先是Frit Leonhardt对德国几座预应力的混凝土箱梁发生严重裂

6、缝的情况进行分析，提出了横向温度应力估算值，定量的讨论的厚壁箱梁的温度应力问题，认为温度应力是预应力箱梁发生裂缝的主要原因。河海大学张子明教授对不同养护条件下混凝土的绝热升温进行的研究，采用化学反应速率描述时间和温度对混凝土绝热升温的影响，探讨化学反应速率与养护温度之间的关系；丁宝瑛等在温度应力计算中考虑材料参数变化的影响。上世纪50年代以后，随着我国筑坝工程的开展，我国对大体积混凝土温度应力和温度控制问题也作了大量的研究工作，取得了很大成就。潘家铮、朱伯芳等提出了大体积混凝土温度控制的整套设计理论，解决了浇筑温度计算，结构温度场的差分解和有限元解法，提出各种边界和初始条件下的板梁、圆管、浇筑

7、块、拱坝、支墩坝、重力坝等温度应力分析方法。这些研究工作的主要目的在于控制大体积混凝土的结构温度以防止其开裂，过去，水利水电工程由于施工工期长、施工环节多、影响因素复杂，尤其是缺乏有效的工程管理和控制手段，特别是当各种不利因素发生时，很难及时发现这些因素对工程的影响程度，更难于进行科学的决策，造成工程拖期和建造费用的大幅提高，而计算机模拟系统模拟混凝土浇筑施工的过程，计算出混凝土温度场及温度应力，不仅可以全面、周密的反映各种影响混凝土施工的因素，而且比较容易改变施工参数、修改方案和进行多方案的比较及敏感性分析，可完全弥补传统工程类比法的缺点。因而采用计算机模拟施工，不仅可减少技术人员的计算强度

8、、难度和缩短施工方案的制定时间，同时也能提高施工方案和机械利用率等定量指标的准确性，指导工程设计和施工管理。在现浇混凝土早期裂缝控制问题上12，朱伯芳（1976）、王铁梦（1987）等人就开始了大量的温度应力和温度裂缝控制的实验研究。从理论计算的基础上得出了很多控制温度裂缝和防止裂缝的技术措施。王铁梦（1987）对各种工程裂缝进行了系统的分析，提出了温度计算理论和收缩预测的公式，提出取消伸缩缝的理论与实践依据，并在工程中的应用。根据有关工程，陈志明等对不同厚度的大体积钢筋混凝土在高温下混凝土内部温度进行了施工全过程的跟踪和实测，统计整理出混凝土的中心部位的温度升降变化的全部曲线。在大量的工程实

9、际的整理和统计基础上，考虑各种施工因素，提出了大体积混凝土在高温情况下的最高温度值得经验计算公式。天津大学研究了大体积混凝土二维温度场的机理，建立了大体积混凝土的二维温度场的数学模型，并使之程序化。YanZhoNuiu(1995)对早期混凝土热力学进行了有限元分析，并考虑了大体积混凝土中的水化热分布和环境温度变化。温度变化是热应力和温度裂缝的起因。每克水泥水化约释放500J的热量，混凝土的热传导性能低，使得热量难以扩散到环境中去。导致了大体积的混凝土构件早期温度升高。混凝土还会与环境发生热交换，如从太阳辐射或者热养护中得到热量，温度的变化必然导致应力和变形，甚至引起结构的破坏。静定结构的温度变

10、化不会产生支座约束应力，但是，实际上结构往往是超静定的。或受外部多余约束，或受内部的限制，尤其对于混凝土成型早期，温度的变化不均匀（在结构不同位置不同时刻，温度是不相同的），会导致不同的约束效应。因此，预测温度变化及其分布对分析应力和应变，防止温度裂缝是重要的。与所有化学反应类似，水泥在较高温度下水化热较快，特别厚的构件内部温度较高。根据成熟度的概念，构件内核的强度发展就比表面快。因此，现场精确确定不同部位的温度发展对施工组织有很大的价值。近年来，基础、桥梁、隧道衬砌以及其他构件尺寸增加，水化热以及温度变化已经成为素混凝土和普通钢筋混凝土约束力和开裂的主要原因。受混凝土早期强度发展快容易受到业

11、主和开发商青睐并给其带来利益的驱使，水泥生产商将水泥当中的 含量不断增加、矿粉磨细度不断提高。Mehta曾说 ：20世纪30年代前，美国普通硅酸盐混凝土的 含量在30%以下，材料试验学会标准（ASTM）允许22%的颗粒大于75m。自20世纪50年代开始， 的含量超过了50%，而且基本上没有大于75m的颗粒。西方工业国家于20世纪40 70年代曾经因为早期强度很大的混凝土问世，而当时结构设计强度尚不高，于是出现将混凝土以大水灰比、低水泥用量的方式生产，在满足强度要求的前提下易于施工操作，然而这给混凝土接哦古耐久性带来后患，尤其是暴露于侵蚀性环境条件下工作的时候。根据英国Wischers的报道 ：

12、在1960年配制30 35MPa混凝土时，用水泥量350kg/m、水灰比0.45来达到。在1985年，同样的混凝土只需250 kg/m水泥、0.6的水灰比制备。对于进行结构计算的设计者而言，两种混凝土的强度时一样的。然而从两种混凝土的微观组成角度看，二者是不同的，水灰比较大的混凝土碳化速度要快于水灰比低的混凝土，对冻土与化冰盐的耐久性也不如后者。国内的情况与国外有些差异，但混凝土拌合物的工作度由小变大的趋势是很明显的。各方为加快施工速度，缩短工期并加快模板的周转，水泥 的含量增高、粉磨细度大、混合材掺量少的高早强水泥备受市场欢迎；散装水泥的运送方式，在简化工地操作、降低售价、均化产品方面的优势

13、使其迅速的推广，但是水泥温度居高不下，已成为影响拌合物浇筑温度高、水化快、塌落损失大的重要原因。与此同时混凝土设计等级也在不断提高，促使混凝土单位水泥用量迅速增长，高强混凝土的推广应用，进一步加剧的上述趋势。但是随着低水灰比（又称水胶比）高早强混凝土的应用，结构物早期开裂的现象日益突出，引起人们的关注。实践证明，高早强混凝土是对早期开裂非常敏感的材料，这不仅是水化热的结果，由于自干燥作用产生的自生收缩和硫酸盐相的化学反应，可能也是重要的起因。由于各类混凝土结构的非结构荷载时重要而复杂的，只有充分了解温度场和温度应力的变化规律、混凝土自身结构的变化，并且掌握混凝土开裂机理，才能提出真实有效的防止裂缝产生的方法。