混凝土坝温度控制与防止裂缝的现状与展望

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1、水利学报年月第卷第期文章编号混凝土坝温度控制与防止裂缝的现状与展望朱伯芳中国水利水电科学研究院结构材料研究所北京摘要首先对混凝土坝温控防裂技术的发展进行回顾与展望在此基础上对抗裂安全系数的取值材料抗裂性能的改进基础温差和上下层温差的控制表面保温和养护等问题进行了分析指出安全系数偏低和对表面保护认识上的片面性是导致无坝不裂的重要原因文中提出在适当提高安全系数严格控制基础温差做好早期表面保护的基础上再做好长期表面保护就有可能防止施工期出现裂缝这些经验己在工程实践中证明是正确的若再把长期保温板改进为永久保温板则可在增加工程费用不多的条件下实现混凝土坝的永久不裂关键词混凝

2、土坝裂缝温度控制永久表面保温中图分类号文献标识码在文献中笔者曾对如何提高拱坝安全度问题包括其防裂进行了探讨从应力分析地质勘探设计荷载体形选择施工方法等进行了综合分析但裂缝问题是包括重力坝支墩坝拱坝在内各种混凝土坝普遍存在的问题所谓无坝不裂长期困扰着人们它本身就是一个很复杂的问题本文对这个问题进行全面的分析回顾和展望提出安全系数偏低和对表面保护认识上的片面性是导致无坝不裂的重要原因在适当提高安全系数严格控制基础温差做好早期表面保护的基础上再做好后期表面保护就可以有效防止混凝土坝裂缝结束无坝不裂的历史最近国内有几个工程已经实现施工期不裂缝如果进一步采取永久保温板做好表

3、面永久保温就可能防止运行期出现裂缝做到永远不裂在我国首先实现从无坝不裂到永远不裂这将是筑坝技术上的巨大进步混凝土抗裂性能的改进从世纪年代开始人们已在混凝土坝温度控制和防止裂缝方面做过不少工作在以下几方面取得了显著成效包括应用减水剂减水剂的应用使得在水灰比和坍落度不变的条件下用水量明显减少从而降低水泥用量和绝热温升目前大坝混凝土中减水剂的减水率为甚至可能达到掺用混合材料掺用混合材料可在后期强度不变的条件下减少水泥用量和绝热温升混凝土坝多数掺用粉煤灰少数掺用矿渣目前粉煤灰掺用率常态混凝土拱坝为常态混凝土重力坝内部己用到碾压混凝土坝为以粉煤灰代替水泥约可降低绝热温升代替

4、水泥可降低绝热温升改善自生体积变形混凝土自生体积变形通常为收缩为了改善自生体积变形一种办法是掺用混合材料如掺粉煤灰另一种办法是改变水泥的矿物成分氧化镁型水泥膨胀变形出现较晚可以比较有效地补偿温度应力我国首先在白山拱坝采用氧化镁水泥氧化镁含量可产生膨胀变形后来我国又发展了外掺轻烧氧化镁技术并在一些工程中得到应用当氧化镁掺量为时考虑湿筛影响后有效膨胀变形收稿日期基金项目国家自然科学基金重点项目国家自然科学基金与雅砻江水电开发联合基金重点项目作者简介朱伯芳江西余江人中国工程院院士长期从事水工结构研究可达选用膨胀系数小的骨料混凝土的热胀系数主要受骨料的影响一般情况下左右骨

5、料为石灰岩时左右为玄武岩和花岗岩时左右但受到料源的限制实际工程中选择骨料品种的余地比较小人们曾经希望能在水泥用量不变的条件下提高混凝土的极限拉伸及抗拉强度但由于受力之前混凝土内部已含有大量微细裂纹受力之后微裂纹迅速扩展而导致破坏因此在这方面收获不大人们也曾经希望在水泥用量不变的条件下降低弹性模量或增加徐变收获也不大弹性模量与骨料品种有关但受料源限制骨料品种选择余地不大抗裂安全系数安全系数与失效概率假设强度和应力都是独立的正态分布随机变量由概率论可知结构失效概率为式中为标准化正态分布函数?为安全系数其中为平均强度为抗压抗拉或抗剪强度离散系数为应力离散系数为保证系数当

6、保证率为时为抗压强度离散系数施工中混凝土保证率由控制失效概率与安全系数关系见表表失效概率与安全系数的关系两种允许温差计算公式计算混凝土允许温差有以下两种计算公式??式中为允许拉应力为弹性模量为极限拉应变为轴向抗拉强度为安全系数混凝土拉伸变形很小量测精度较低此外为避免试件突然断裂时损坏仪器通常在应力达到倍抗拉强度时即卸下仪器剩下一段应力应变曲线人工外延引进误差因此混凝土极限拉伸的量测精度较低从理论上说应有但有些混凝土坝拉伸试验中大量出现的错误试验结果表明极限拉伸量测误差较大相反抗拉强度的试验结果则比较准确和稳定因此在混凝土温控设计中采用式更为合理由式式可知??从已有

7、的试验结果来看多在之间平均约为老的混凝土坝设计规范中取如取则取由表插值相应的裂缝概率约为安全系数显然偏小实用抗裂安全系数在式式中抗拉强度极限拉伸均为室内试验结果由于受试件尺寸湿筛加荷速度等因素的影响其与实际值有较大出入混凝土的实际抗拉强度可表示为式中为实际抗拉强度为室内试验抗拉强度为试件尺寸和湿筛影响系数为时间效应系数为龄期系数混凝土的设计拉应力可表示为式中为设计拉应力为计算拉应力为建筑物重要性系数为拉应力所在部位的重要性系数为超载系数为校正系数用以考虑实际工程经验及工程实施可行性由可得抗裂安全系数为例如取超载系数校正系数对等级建筑物及见表算得抗拉安全系数如表表实

8、用抗拉安全