水利工程论文基于混凝土材料的坝体温度控制措施

水利工程论文南京基于混凝土材料的坝体温度控制措施摘要本文主要介绍了重力坝大体积混凝土的温度裂缝问题及利用MGO混凝土解决温度应力问题的原理与措施。重力坝坝体在浇筑使用过程中有一个温度变化过程，在浇筑过程中坝体、地基产生变形，由于浇筑块的变形受到地基约束以及内部混凝土约束而产生温度应力，当坝体某部分产生的拉应力大于混凝土抗拉强度，则产生裂缝。重力坝传统控制措施大多从施工工艺以及掺合料方面减小温度应力，本文从混凝土材料方面着手，介绍了利用MGO混凝土解决重力坝温度应力问题这一新方法。关键词重力坝温度控制MGO混凝土引言在重力坝混凝土浇筑及运行过程中，重力坝和地基温度会出现变化，此时坝体和地基发生变形。由于坝体的变形收地基的约束以及坝体各部分混凝土之间的相互约束，就产生的温度应力。这些温度的变化及其产生的温度应力，是自混凝土浇筑一直至运行期末都始终长时间存在、经常作用的，为基本荷载。当坝体某部分拉应力大于混凝土抗拉强度时，即产生温度裂缝，裂缝发展到严重情况将大大降低坝体承载能力及稳定性，造成较为严重后果。因此，常采用必要的温控措施减小温度应力，利用MGO混凝土正是其中一种方法。1重力坝温度裂缝产生原因分析11坝体温度变化过程坝体内各点的温度随时间变化大致分为三个阶段温度上升期、降温期、稳定期。第一阶段为温度上升期。是混凝土浇筑温度为PT，浇筑后，在混凝土凝固和硬化过程中产生水化热，是混凝土温度从上升至最高值MAX。温差MAXRPT称为水化热温升，其值一般为152C，这一过程一般发生浇筑后的37天内。第二阶段为降温期。坝体混凝土温度达到MAXT后，温度下降。坝体表面部分由于水化热散逸较快而温降也较快，坝体内部则由于水化热不易散发而温降较慢，需要较长时间才能达到稳定温度场。第三阶段为稳定期。靠近坝体表面的温度随外界温度变化波动，坝体内部一般接近于有同一高程上游坝面处的年平均水温和下游的年平均气温所构成的斜线分布。12温度应力过大导致温度裂缝温度应力的产生主要是由于浇筑块温度变化引起的变形受到基岩或者老混凝土的约束以及内部混凝土约束而产生的温度应力。第一种是基岩约束引起的内力，在温升过程中，浇筑快底部受基岩约束不能自由膨胀，将承受水平压应力。由于混凝土浇筑初期弹性模量较低，因而压应力不高。混凝土达最高温度MAXT后开始下降，直到FT，总温降为PRFT。在降温过程中，同样由于受基岩作用而产生水平拉应力。越大水平拉应力越大。第二种是由内卫温差引起的温度应力。混凝土块由于表面散热，内部温升远远超过表面，内部混凝土膨胀受到外部混凝土约束而受压，由于相互作用使外部收到张拉应力。2重力坝传统温度控制措施传统的解决温度应力问题的方法，在理论和实际工程运用中已经取得了很好的效果。针对大体积混凝土的发热和开裂原因采用的温度控制方法主要有。1减少混凝土水化热温升选用低热水泥，以减少混凝土发热量；掺加粉煤灰取代一部分水泥以削减水化热产生热量；掺加减水剂减少水泥用量，减少发热量，同时可减少千缩；颗粒形状好且级配良好的粗集料，以减少水泥用量和用水量。2减小混凝土浇筑温度选在低温季节或环境气温较低时段浇筑混凝土；预冷骨料；加冰拌和；避免混凝土在运输过程和浇筑过程中吸收过多热量。3设缝、采用柱状分块浇筑和分层浇筑混凝土结构平面尺寸太大约束应力相应增加，将大体积混凝土结构划分为若干块浇筑，可降低约束，减少温度应力。但是这样通常会增加施工难度和增加造价。浇筑常态混凝土重力坝常常选择合适坝块尺寸以解决温度应力问题。对于碾压混凝土重力坝在采用分层浇筑的措施下、采用尽可能大的碾压仓面以提高施工效率。4冷却水管在混凝土中预设冷却水管，利用管中循环冷水的流动来强制降低坝体温度，降低混凝土达到最高温度的峰值。冷却水可利用地下水、江水、河水、自来水等各种水源。5表面保温与保湿防止寒潮袭击需要采用坝面保温。混凝土表面干燥或水分蒸发过快和温度下降幅度较大时，都足以引起表面混凝土开裂且裂缝会向内伸展。因此，要尽量长时间地保温和保持混凝土表面湿润。6合理的施工程序和施工进度。3MGO混凝土温度控制原理与措施31混凝土温度控制原理在温降过程中，混凝土块体受基岩作用而产生水平拉应力，T越大水平拉应力越大。混凝土的允许总温降T取决于混凝土的拉伸变形能力，即极限拉伸值P，二者之间的关系满足PK，式中K一包括约束系数在内的综合系数，一混凝土的热膨胀系数，一混凝土极限拉伸值。经研究发现MGO混凝土具有自主膨胀性能，MGO混凝土提供微膨胀自生体积变形G，则混凝土允许总温降T有下列关系PGKT，从而使T增大。在基础约束区浇筑或者在老混凝土约束区浇筑微膨胀混凝可以补偿温度应力，可以简化温控措施。在重力坝表层浇筑一定的差膨胀混凝土可以减少表面裂缝，这是MGO混凝土的一个重要用途。32GO混凝土温度控制措施普通硅酸盐产生的自生体积变形是收缩的。MGO微膨胀混凝土具有以下特点一定的水泥及骨料等材料配合比情况下，混凝土的最终膨胀量只与MGO含量有关。常温条件下G的水化是单调增加的不可逆过程。混凝土的膨胀速率与养护温度有关。GO水化结束则膨胀变形结束。掺微膨胀混凝土筑坝技术是利用M在水泥水化过程中的变形特性，使混凝土产生延迟性体积微膨胀，在特定约束条件下产生预压应力，补偿混凝土坝等大体积混凝土降温收缩时产生的拉应力防止裂缝产生的技术。该技术要包括两个方面应用措施在基础约束区浇筑一定厚度的掺GO混凝土，防止基础贯穿性裂缝。在混凝土表面进行保温，防止表面裂缝，适当简化温控措施。4结语掺MGO微膨胀混凝土筑坝在混凝土抗渗防裂、简化温控、降低成本及加快施工进度上有明显的经济效益。但是在应用掺MGO微膨胀混凝土筑坝技术时应进行温度应力补偿设计计算分析坝体温度场、温度应力和补偿应力，确定掺G混凝土补偿程度和补偿位置，并应进行混凝土原型观测，以验证混凝土温度应力补偿的实际效果，监测掺G混凝土的附加应力和变形，以提供合理的MO混凝土应用。同时应该明白MO混凝土温度应力补偿应用的全部意义在于可以极大的提高施工速度和简化温控措施。G混凝土的应用并不能完全