大体积混凝土裂缝控制技术研究

论文摘要

大体积混凝土浇筑完成初期,由于水泥水化放热引起混凝土内部温度急剧攀升而导致其表里温差超限,加之表层混凝土水分散失而造成的干缩变形,从而可能产生危害性极大地贯穿性裂缝。由混凝土干缩与自收缩所引发的表层裂缝虽不影响结构的安全性能,但部分超出规范要求的表层裂缝会降低结构的耐久性、防水性和整体性以致引起钢筋锈蚀等不良后果。因此,无论是有碍观瞻的表层裂缝还是危及结构安全的有害裂缝都是工程施工中必须严格加以控制的。本文以某核电站核岛底板大体积混凝土工程实例为背景,主要针对以下几个方面进行了深入地探讨与研究：(1)阐述大体积混凝土裂缝的成因与发展机理；(2)在施工方案期间,基于热传导基本原理将有限差分法与MATLAB软件结合,对核岛底板大体积混凝土温度场展开预测性计算,准确地实现早期混凝土内部温度场的可视化,得到核岛底板温度及温升曲线走势图；(3)分析不同入模温度与计算模型差异分层厚度情况下的温度场发展规律,确定早期混凝土温度场发展的主要受制因素；(4)在得到核岛底板温度场基础之上,运用地基长墙模型测算出底板在外约束作用下的温度应力值,验算基于抗裂标准的温度应力极值,提前优选出最佳的混凝土入模温度,为科学地制定各项施工方案及养护布置提供理论依据与指导；(5)讨论混凝土入模温度选择值的经济合理性以及其他施工措施的辅助作用；(6)针对裂缝产生的原因及特点,制定有效的应对措施是成功控制裂缝形成与发展的关键所在。本文在实际的裂控方案中,从构造设计与现场施工两大方面入手,总结与分析出一系列行之有效的技术措施,与此同时,提出了多种应对温度应力与温度裂缝的新工艺与经改善的施工方法。具体的方法与思路包括优选原材料、科学制定配合比、提高混凝土的浇筑质量、严控混凝土温度及温升峰值、减缓混凝土温降梯度、抑制混凝土收缩变形、提高混凝土抗拉强度值、释放或解除混凝土所受约束以及加强温度与温度应力监测等；(7)将预测计算得出的结论与实测情况进行比对分析,检验预测计算的可靠性,总结出了大体积混凝土温度场与温度应力随龄期演变的基本脉络,并据此提出一些关于大体积混凝土裂缝控制的建议与意见。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景与研究意义
• 1.2 相关定义与基本概念
• 1.3 国内外大体积混凝土裂缝控制研究现状
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 混凝土裂缝形成机理及防控关键措施
• 2.1 混凝土裂缝形成机理
• 2.1.1 混凝土裂缝的分类情况
• 2.1.2 大体积混凝土温度裂缝成因分析
• 2.1.3 水泥水化热的影响
• 2.1.4 内外约束条件的影响
• 2.1.5 外界环境温度走势的影响
• 2.1.6 混凝土收缩变形的影响
• 2.2 大体积混凝土裂缝防控关键措施
• 2.2.1 裂控设计措施
• 2.2.2 优选原材料
• 2.2.3 配合比设计要求
• 2.2.4 施工工艺
• 2.2.5 提高施工管理水平
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于热传导原理的砼温度场与温度应力求解方法
• 3.1 大体积混凝土温度场的求解方法
• 3.1.1 混凝土内部温度变化历程
• 3.1.2 热传导方程的推演
• 3.1.3 确定初始与边界条件
• 3.1.4 混凝土温度场求解方法分析
• 3.2 混凝土温度应力计算分析
• 3.2.1 约束矩阵法
• 3.2.2 基于地基上长墙理论的温度应力计算
• 3.2.3 裂缝产生界定标准
• 3.3 本章小结
• 第4章 某核电站1#核岛底板温控预测计算与分析
• 4.1 工程简介
• 4.1.1 工程基本情况
• 4.1.2 裂缝控制难点
• 4.1.3 底板配筋
• 4.2 基于有限差分法的混凝土温度场计算
• 4.2.1 混凝土入模温度设置
• 4.2.2 混凝土的绝热温升计算
• 4.3 基于MATLAB的混凝土温度场计算
• 4.3.1 MATLAB简介
• 4.3.2 温度场计算软件主界面介绍
• 4.3.3 不同入模温度下的温度场走势分析
• 4.3.4 底板差异分层数下的温度场走势分析
• 4.3.5 极高环境温度下的温度走势发展分析
• 4.4 混凝土温度应力计算
• 4.4.1 初期自约束应力计算
• 4.4.2 外约束应力的计算
• 4.5 底板混凝土裂缝间距与宽度计算
• 4.5.1 裂缝间距计算
• 4.5.2 裂缝宽度计算
• 4.6 本章小结
• 第5章 核岛底板大体积混凝土施工现场裂控措施
• 5.1 施工方面
• 5.1.1 掺加外掺料
• 5.1.2 混凝土运输与现场试化验
• 5.1.3 控制砼的浇筑温度及保温与保湿处理
• 5.1.4 混凝土浇筑方案
• 5.1.5 布料顺序
• 5.1.6 混凝土的振捣
• 5.1.7 混凝土养护
• 5.1.8 混凝土温度及温度应力监测
• 5.1.9 天气监控
• 5.2 构造设计与边界约束
• 5.2.1 增加温度钢筋
• 5.2.2 设置滑动层与缓冲层
• 5.2.3 避免应力集中
• 5.3 采取新工艺
• 5.3.1 二次振捣
• 5.3.2 二次投料
• 5.3.3 二次抹压
• 5.4 核岛底板混凝土浇注应急措施
• 5.4.1 突然降雨
• 5.4.2 泵送机械或搅拌站故障
• 5.4.3 冷缝的处理
• 5.5 裂控质量保证措施
• 5.6 本章小结
• 第6章 温控预测与实测比对分析及后期裂缝处理
• 6.1 实测核岛底板温度走势分析
• 6.2 温度峰值比对分析
• 6.3 温度应力分析
• 6.4 后期裂缝分析与处理
• 6.4.1 裂缝成因及分布情况分析
• 6.4.2 裂缝发展情况跟踪及深度检测方法
• 6.4.3 裂缝的保护及修补措施
• 6.5 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录一 差分法温度列表
• 附录二 混凝土温度场计算程序
• 攻读学位期间发表论文及参加科研情况