无机聚合物混凝土温度-应力试验研究

混凝土浇筑过程中的温度应力是研究混凝土早期内部裂缝的关键因素之一。利用清华大学研发的温度-应力试验机,对无机聚合物混凝土进行早期开裂敏感性能研究,并与普通混凝土进行比较,分析无机聚合物混凝土早期温度、应力以及变形的发展规律。研究表明:(1)无机聚合物混凝土抗裂性能优于普通混凝土。无机聚合物混凝土开裂温度为14.2℃,开裂应力为2.658 MPa,普通混凝土开裂温度为14.4℃,开裂应力为0.582 MPa;(2)无机聚合物混凝土与普通混凝土的变形发展大致相同,可分为早期收缩、膨胀、收缩至开裂3个过程;膨胀阶段:无机聚合物混凝土最大伸长量为114.2μm,普通混凝土为108.15μm;收缩阶段:无机聚合物混凝收缩至72.91μm时断裂,普通混凝土收缩至25.33μm时断裂;(3)运用有限元软件ANSYS对无机聚合物混凝土浇筑过程的温度场进行数值模拟,模拟结果与实测结果相吻合。     

基于温度应力试验机的补偿收缩混凝土开裂敏感性研究

为了科学的评价膨胀剂的膨胀效能,采用温度—应力试验机法,研究了补偿收缩混凝土的开裂敏感性。试验结果表明:补偿收缩混凝土的最大压应力,最大膨胀变形值(无约束)、开裂应力和开裂时间远大于基准混凝土,且综合评价指标—开裂温度降低10℃以上,混凝土开裂敏感性大大降低;掺加膨胀剂来改善高性能混凝土的开裂敏感性的效果要优于传统的技术途径。     

梯度温差对防水板混凝土开裂机理的影响

基于混凝土浇筑时防水板内外温度差异导致的温度应力对早期裂缝开展的影响,研究了防水板混凝土在施工期的温度应力性能,结合实际工程,总结了当防水板内外温度差异变化时混凝土裂缝损伤的情况。为了深入研究防水板混凝土开裂机理,用ANSYS进行数值模拟,根据防水板主拉应力计算分析公式得到梯度温差下的应力和变形云图。基于ANSYS云图分析结果,研究了混凝土结构的变形趋势、温度应力演变及裂缝分布情况。结果表明:在该联合基础过渡区域混凝土抵抗应力能力较弱,在云图中该处裂缝最早产生,裂缝蔓延速度更快; 防水板的第一应力值随着温差增大而增大,当浇筑温度越高时,混凝土结构所产生的温度应力越大; 在进行防水板施工阶段混凝土浇筑时,大温差导致防水板的大变形, 25 ℃左右为混凝土防水板结构开裂的临界温差。     

混凝土早期开裂敏感性评价

温度变形和自生收缩变形等受约束形成的拉应力,是引起混凝土早期开裂的主要驱动力;单轴约束试验是试验室评价混凝土早期开裂敏感性的有效方法。文章通过温度-应力试验分析混凝土早期开裂的机理,并探讨了温度历程和自生收缩变形对混凝土开裂敏感性的影响。     

江阴靖江长江隧道工作井底板混凝土自防水技术与应用

江阴靖江长江隧道是内地最大直径的盾构隧道，其始发工作井底板宽53.6 m，长28 m，厚1.5 m，抗裂防水要求高，但这种一次性现浇大体积混凝土面临着突出的收缩开裂问题。基于多场耦合机制开裂风险评估，从材料与工艺措施两个方面来降低混凝土温度、全过程补偿混凝土收缩变形，实现了对混凝土抗裂性能的精准调控。试验结果表明，混凝土7 d绝热温为43.1℃，且1、7 d比值为48.6%,28 d自生体积膨胀变形202.4με，构件混凝土温升值降低了4℃，温升阶段单位膨胀变形增加了231.2%，单位温降收缩变形减小了15.2%。炎热气候按方案施工的工作井底板混凝土未出现收缩裂缝，达到预期目标。     

超长环形体育场混凝土结构施工期抗裂性能数值分析

超长混凝土结构在温度变化和材料收缩过程中会产生内力和变形,容易使结构水平构件超过混凝土受拉强度而开裂。针对某周长约为670 m环形超长体育场混凝土结构,研究在施工过程中采用不同措施对主体结构的抗裂效果。使用有限元软件对体育场一层混凝土结构进行三维建模,通过“生死单元”实现结构施工过程,通过子程序定义主体结构的混凝土收缩、后浇带混凝土的膨胀和时变弹模。模拟结果表明当按照环形结构在东西两侧由北向南依次施工并合龙的施工组织顺序,早期浇筑的结构北部两侧转角处混凝土板由于温度降低和收缩原因产生的应力水平最高;而使用膨胀后浇带混凝土能有效补偿拉应力和控制裂缝产生。在环境温度低的时期,调整结构合龙时间能大幅降低温度对结构的影响;合理安排后浇带跳仓施工顺序,也能避免板应力沿结构长度的累积。     

溢洪道闸墩薄壁混凝土置换加固温度应力分析及验证

为论证置换表层混凝土方案的可行性,通过模拟溢洪道闸墩加固工程表层薄壁混凝土的浇筑施工过程,对混凝土的温度应力场进行了三维有限元仿真分析。分析表明:选择气温2℃～10℃左右的季节,采用2.5 m厚度的分仓浇筑方法施工,新浇薄层混凝土施工期温差在10℃以内,最大温度应力为1.41 MPa,满足规范要求。施工过程也验证新浇混凝土未出现裂缝。计算分析和监测均表明置换表层混凝土方案是可行的,研究成果可为类似工程加固设计提供参考。     

高温入模条件下侧墙结构混凝土早期收缩裂缝控制技术研究

温度收缩和自收缩是导致侧墙结构混凝土在约束条件下早期收缩开裂的主要原因,考虑夏季施工混凝土高温入模时会极大提高侧墙开裂风险的现状,评估了入温度为35℃时功能材料对混凝土温度与变形的影响。结果表明,通过掺加具有温升抑制及微膨胀效果的功能材料可显著降低混凝土早期绝热温升发展速率来降低实体结构温峰,同时能够在温升和温降阶段发挥全过程补偿收缩作用,从驱动力层面上降低了侧墙结构混凝土早期收缩开裂风险。     

抗裂剂在海工大体积混凝土中的应用研究

为防止海工大体积混凝土开裂,导致结构渗水劣化,采用掺抗裂剂的温度场和膨胀历程调控双重调控技术,替代布置冷却水管的控裂方案,进行大体积混凝土裂缝控制。采用低水泥用量、大掺量矿物掺和料的配合比及8%的抗裂剂,抗裂剂具有降低早期水化放热速率、温升阶段膨胀存储预压应力及温降阶段补偿收缩变形的作用,同时混凝土的工作性能、力学性能及耐久性优良。经有限元仿真抗裂风险计算分析,掺抗裂剂混凝土分段浇筑长度20 m内时,开裂风险系数小于0.7,混凝土基本不会开裂,符合设计施工要求。     

基于MIDAS和LUSAS有限元软件的混凝土预制沉管水化热温度应力分析

以某工程混凝土预制沉管为研究对象,通过MIDAS FEA和LUSAS有限元软件进行了水化热温度应力仿真计算,分析了混凝土预制沉管的早期开裂风险和温度、温度应力变化规律。结果表明:MIDAS FEA和LUSAS的温度、温度应力计算结果分布及发展趋势基本相同,匹配性良好,相互映证了计算结果的正确性。最高温度计算结果和内表最大温差都仅相差1℃左右。MIDAS FEA对首节和第2~5节的3 d应力计算值分别比LUSAS高0.82、0.30 MPa,7 d应力计算值分别比LUSAS高0.30、0.09 MPa,28 d应力计算值分别比LUSAS低1.22、1.37 MPa,3 d龄期混凝土表面温控抗裂安全系数小于1.4,存在开裂风险,应加强浇筑、振捣及养护。     

超长钢筋混凝土结构无缝抗裂设计和施工

利用高性能膨胀混凝土在结构中产生一定的预压应力来抵抗混凝土收缩变形产生的拉应力,从而防止或减小超长混凝土结构在施工阶段由于温度应力引起的收缩裂缝,通过合理布置膨胀加强带以取代后浇带,实现混凝土的连续浇筑,最终达到缩短施工工期和节省工程费用的目的。     

混凝土箱梁早期温度裂缝的影响因素

调查研究发现,大量混凝土箱形梁桥存在严重的早期温度收缩开裂问题。本文以实际工程为背景,围绕混凝土早期温度场理论按排除法的思想,运用大型有限元分析软件ANSYS,对箱形混凝土梁的早期温度裂缝的各种因素进行了详细的分析研究。分析结果显示,该工程中由早强剂引起的温度收缩产生的拉应力高达4 MPa,蒸汽养护不当亦可产生很大拉应力。结果表明:混凝土箱梁施工,选择添加剂时要仔细考查其性能和对混凝土的影响,宜选择可降低混凝土早期温度,并引起较大收缩的添加剂;应重视温控措施,以避免混凝土早期温度过高而引起混凝土收缩,导致混凝土产生裂缝。     

混凝土结构早期裂缝的形成与防治

长期以来 ,混凝土的早期开裂问题倍受人们关注 ,然而传统的“温控防裂准则”并不能完全真实地反映混凝土早期温度应力和温度应力的发展情况 ,而且没有将影响混凝土早期开裂的其他因素 ,如 :干缩、自收缩等考虑在内 ,混凝土工程领域的研究者们越发意识到 :温度已不是唯一影响早期混凝土温度裂缝的决定性因素。因此 ,更新评价和预测混凝土收缩与开裂的方法 ,寻求新的更有效的混凝土抗裂性能的方法十分必要和紧迫。     

混凝土早期应力发展与抗裂性能评价

混凝土的开裂敏感性主要由早期的应力发展决定，并且受很多因素影响，如温度、模量、热变形系数，自收缩和徐变等。温度-应力试验可以同时考虑这些因素的影响，检测混凝土的应力发展，从而对其开裂敏感性进行评价。     

基于温度-应力试验的混凝土抗裂性仿真分析方法

温度-应力试验能够较好地评价混凝土抗裂性,但因其耗用时间长、试验成本大而制约温度-应力试验法的发展。本试验应用温度-应力试验法得到线膨胀系数、自生体积变形、徐变等变形参数随成熟度发展的函数关系,并用B4Cast温度应力分析软件模拟实际浇筑过程中混凝土的温度发展历程,通过仿真计算,对比实际工况下不同配合比混凝土的抗裂性。结果表明:应用B4Cast仿真计算软件可以得到不同温控措施下混凝土内部的温度历程,采用与实际情况接近的温度历程进行温度应力分析,才能客观评价混凝土的抗裂性;在温度应力试验结果的基础上,通过拟合得到混凝土的热膨胀系数、收缩变形、弹性模量、抗拉强度等参数随成熟度的变化规律,再将其用于B4Cast计算出的温度历程,可以对混凝土的开裂风险进行仿真分析;应用此方法得出在同等级下低热水泥的混凝土抗裂性高于中热水泥的混凝土。     

混凝土膨胀剂的应用

普通混凝土是一种用途最广泛的建筑材料,但它的极限拉伸变形值为0.01％～0.02％,而收缩值为0.04％～0.06％,由于前者小于后者,普通混凝土的收缩开裂时有发生,导致渗漏、钢筋锈蚀,以至影响结构的使用功能,使混凝土耐久性大大降低。研究试验及应用实例表明,在混凝土硬化过程中,产生适度膨胀是消除或减小混凝土干缩和冷缩裂缝的最有效的途径。产生的适度膨胀,在钢筋和部分约束条件下可建立0.2～0.7MPa的自应力值,补偿混凝土因收缩而产生的拉应力,可减免混凝土的开裂,增加混凝土的密实性,从而提高了混凝土的抗裂防渗性能。     

锚具槽回填混凝土膨胀应力试验研究

采用模拟试验研究的方法,探讨了环锚预应力混凝土衬砌结构锚具槽回填混凝土自由膨胀变形与膨胀应力的关系。选择膨胀剂掺量分别为1%、2%、3%、4%、5%和6%成型混凝土试件,测定从混凝土浇筑后开始直至变形稳定后的自由膨胀变形和膨胀应力。结果表明,自由膨胀量和膨胀应力与膨胀剂用量密切相关,膨胀剂用量越大,自由膨胀量越大,所产生的膨胀应力也越大。产生膨胀变形时混凝土的变形模量是决定膨胀应力大小的关键因素,混凝土处于塑性阶段的膨胀变形不产生膨胀应力。当膨胀剂用量为6%时,实测混凝土中的膨胀压力为1.16 MPa。     

自然养护条件下MEA混凝土早期体积变形及力学性能

MgO膨胀剂（MEA）目前在工民建工程领域抗裂防渗的应用研究较少。针对工民建领域混凝土易出现早期开裂问题，将两种轻烧MEA(60、220 s)以不同的掺量（8%和10%）掺入到混凝土墙中。采用振弦应变计监测自然养护条件下混凝土的早期变形及温度历程，并测定了同条件养护下不同龄期（7、28、90 d）的混凝土抗压强度，研究了自然条件下轻烧MEA混凝土的早期变形及力学性能规律。结果表明：春夏季浇筑的0.8 m厚混凝土墙，1.2 d抵达温度峰值55～71℃，掺量为8%和10%MEA约产生30～60με的无效膨胀；随后温度持续下降6～7 d,8%MEA在这个阶段产生了70～110με膨胀，收缩补偿率约22%～36%;10%MEA产生了120～150με膨胀，收缩补偿率38%～48%。在随后的环境温度阶段，到12 d时MEA的水化膨胀明显减缓甚至停止。内掺MEA导致混凝土早期强度下降明显，后期强度逐渐接近标准混凝土，但掺量不宜超过8%。     

混凝土底板温度分布及温度应力分析

简要介绍了混凝土温度分布及温度应力理论.以混凝土底板为例,通过参数化设计语言(APDL)设计了程序来模拟混凝土底板的温度分布及温度应力随龄期的变化规律.温度实测值与模拟值对比表明,两者发展趋势基本一致,第4d在中心点附近出现最高温度,其模拟值为73.8℃.在混凝土底板的上表面附近第12d出现最大拉应力,其值为2.34MPa,此区域容易开裂,应该采取防裂措施.     

钙镁复合膨胀技术在城市轨道交通工程中的应用

地下车站主体结构混凝土开裂渗漏是城市轨道交通工程建设的顽疾,尤其是侧墙结构。采用环境模拟箱研究了实际温度历程下CaO与MgO膨胀组分对混凝土早期变形性能的影响。结果表明:复合掺入4%CaO与4%活性(110±10)s MgO可使混凝土温升阶段膨胀变形较基准混凝土增大约82%,温降阶段收缩变形较基准混凝土减小约17%。基于钙镁复合膨胀技术制备低收缩、高抗裂混凝土并用于无锡地铁4号线某地下车站主体结构侧墙施工,显著降低了其收缩变形与开裂风险,实施效果良好。