北京冶建工程裂缝处理中心

BJ Yejian Construction Crack Repair Center

水工混凝土裂缝的控制与防治

        摘要:本文简要阐述了水工大体积混凝土裂缝问题,并就防裂问题进行研究,提出了防裂措施。
        关键词:混凝土 水工结构 裂缝 干缩 温差  
        一、水工结构混凝土温控防裂研究概述
        众所周知,混凝土的抗压强度和极限压缩变形值一般较高,但其抗拉强度和极限拉伸值却相当低。其抗拉强度一般仅为抗压强度的1/8-l/20。因而一般发生在大体积混凝土中的裂缝,绝大多数  是拉应力超过了混凝土的抗拉强度,或拉伸应变超  过了混凝土的极限拉伸值而产生的。水工混凝土建筑物一般体积庞大,混凝土浇筑后,由水泥所产  生的水化热温升在较短的时间内难以散发出去,在混凝土内部,形成一个高温区。随着时间的推移,在此区域会形成一个基本稳定的温度场。而在靠近边界的范围内,由于受外界气温周期性变化的影  响,会形成一个不均匀的温度场。因此,大坝在运行期,结构整体处于准稳定温度场状态。在升温的过程中,混凝土中会产生压应力。而在由于内部和外界诸因素导致的降温过程中,混凝士中将会产生  较大的拉应力,在抵消了原先的压应力后,剩余的拉应力值如果超出了混凝土的抗拉强度,则混凝土就会出现裂缝。
        在实际工程中,上述现象产生的过程是非常复  杂的。它不仅与混凝土的配合比(尤其与水泥品种。标号、水泥用量)有关,同时与混凝土的热、力学性能有关(其中包括线胀系数、弹性模量J松比、徐变、自生体积变形、导热系数等),还与外界温度。湿度、表面保护等有关。是一个必须综合考虑的概念。
        二、水工结构混凝土温控防裂措施
        针对大体积混凝土裂缝产生的成因及特点,一提高混凝土的抗裂能力一般要考虑以下几个方面:
        1、提高混凝土的抗拉强度和极限拉伸值;
        2、提高混凝土的徐变度以使应力有较大的松弛;
        3、适当降低混凝土的弹性模量和变形模;
        4、降低混凝土的热膨胀系数;
        5、提高混凝土的比热,选择适当的导热系数;
        6、适当提高混凝土的自生体积膨胀量,尽可能不使用自身体积收缩的混凝土;
        7、降低混凝土的绝热温升总量,减小混凝土中的水化热温升;
        8、降低混凝土的水分子扩散系数与干缩系数。
        为达到上述目的,除了在结构上要合理分区布局外,在施工中通常要采取以下几方面措施:
        1、加冰、预冷骨料,以降低混凝土的浇筑温度;
        2、采取水管冷却措施,减小水化热温升;
        3、控制浇筑间歇期,减小混凝土的暴露面和暴露时间,可使混凝土表面减少遭遇寒潮的冲击;
        4、采取适当的表面保护措施,第一可以减小混凝土的内外温差,防止表面裂缝;第二是防止混凝土超冷,避免产生贯穿裂缝;第三是延缓混凝土的冷却速度,以减小新老混凝土的上下层约束。
        随着大体积混凝土温控防裂研究基本理论的建立,温控防裂设计研究已成为工程施工设计重要的组成部分。早在二十世纪七十年代,本文作者即开始研究混凝土的温度控制和防裂问题。从研究模型的模拟,到结构应力状态的分析,又逐步发展到从混凝土浇筑开始,直至其达到准稳定温度场的全过程温度徐变应力仿真分析,如今,我们已经具有一整套采用有限单元法进行计算分析的混凝土温控防裂研究的软件包。能够正确地模拟上述诸多影响因素,对施工中遇到的各种复杂情况能全过程仿真模拟。先后承担了国家“七五”、“八五”、“九五”、科技攻关项目,解决了诸多工程实际问题。
        参考文献:
        黄淑萍 胡平 杨萍 《水工结构混凝土裂缝的控制与防治》 中国水利水电科学研究院