力学性能工程应用

关键词： 防洪堤 挡墙 路堤 施工

力学性能工程应用（精选十篇）

力学性能工程应用 篇1

土工格栅是聚合物材料经过拉伸或编织等处理后, 形成的具有开口网格、较高强度的平面网状材料。它作为一种新型的建筑材料, 具有抗拉能力强、变形小、寿命长、施工便捷、造价省等优势, 现已被广泛应用于公路、铁路、路堤、桥台、施工便道、码头、护岸、防洪堤、水坝、挡墙和护坡等土木工程。

2 土工格栅的分类及其主要性能

土工格栅现行的相关国家标准和行业标准主要包括:《GB/T 21825-2008玻璃纤维土工格栅》、《GB/T17689-2008土工合成材料塑料土工格栅》、《JT/T480-2002交通工程土工合成材料土工格栅》。在行标中, 土工格栅是按生产工艺分类的, 国标则按其原材料细分。现市面上流通的土工格栅产品其分类和代号大致可归纳为四种类型 (见表1) 。

2.1 塑料土工格栅

塑料土工格栅是经过拉伸形成的具有方形或矩形的聚合物网材, 按其制造时拉伸方向的不同可分为单向拉伸和双向拉伸两种。它是在经挤压制出的聚合物板材上冲孔, 然后在加热条件下施行定向拉伸。单向拉伸格栅只沿板材长度方向拉伸, 双向拉伸格栅则是继续将单向拉伸的格栅再在与其长度垂直的方向拉伸制成。

由于塑料土工格栅在制造过程中, 聚合物原本分布散乱的链形分子会随加热延伸过程重新定向排列呈线性状态, 分子链间的联结力被大大加强, 从而形成了抗拉强度高的成品。同时在塑料土工格栅中会加入炭黑 (含量通常≥2.0%) 等抗紫外光老化材料, 使其具备较好的耐酸、耐碱、耐腐蚀、抗老化等耐久性能。

塑料土工格栅是有一定柔性的塑料平面网材, 易于现场裁剪和连接, 也可重叠搭接, 便于现场组装成所需形状, 折曲影响小, 施工简单, 不需要特殊的施工机械和专业技术人员。

2.2 玻璃纤维土工格栅

玻璃纤维土工格栅是以无碱玻璃纤维 (碱金属氧化物含量应小于0.8%) 为原料, 采用一定的编织工艺制成的网状结构材料。为充分保护玻璃纤维, 提高整体使用性能, 会对其进行特殊的涂覆处理工艺, 最终形成性能优良的复合材料。

玻璃纤维土工格栅抗拉强度极高, 双向强度均可达150kN/m, 而断裂延伸率很低, 仅为3%左右。作为增强材料, 玻纤格栅不会发生蠕变, 具备在长期荷载下抵抗变形的能力。在涂覆处理中, 常会采用针对沥青混合料设计的材料进行涂覆, 如优质改性沥青, 使玻纤格栅与沥青具有很高的相容性, 在实际使用中, 不会与沥青混合料产生隔离。经涂覆处理后, 玻纤格栅还能具有良好的物理化学稳定性, 能够抵抗各类物理磨损、化学侵蚀、生物侵蚀和气候变化。

2.3 钢塑土工格栅

钢塑土工格栅是由高强度钢丝通过高密度聚乙烯包裹成高强度条带, 按平面经纬成直角, 经超声波焊接成型的土工合成材料。

钢塑土工格栅的拉力由高强钢丝承担, 在低应变能力下可产生极高的抗拉模量, 纵横向肋条协同作用, 能充分发挥格栅对土体的嵌锁作用。格栅外包裹层一次成型, 钢丝与外包裹层能起协调作用, 破坏伸长率极低, 同时因格栅的主要受力单元为钢丝, 蠕变量也非常低。

钢塑土工格栅采用的高密度聚乙烯包裹可确保:在常温下不会受到酸碱及盐溶液, 或油类的侵蚀, 不会受到水溶解或微生物的侵害;同时, 聚乙烯的高分子性能也足以抵抗紫外线辐射所造成的老化。

2.4 聚酯 (涤纶) 土工格栅

相较于前三种类型, 聚酯土工格栅在市场上的占有率较低。它是采用高强涤纶纤维或丙纶纤维为原料, 经过经编定向织造, 经特殊工艺浸胶涂敷处理而成。

在经编过程中, 织物中的经纬向纱线相互间无弯曲状态, 交叉点用高强纤维长丝捆绑结合起来, 形成牢固的结合点, 从而使聚酯土工格栅具有抗拉强度高, 抗撕力强度大的特点。同时聚酯土工格栅还具备延伸率较小、耐侵蚀、耐老化、与基料有较强的咬合力、质量轻等特性。

3 土工格栅的工程应用

与普通施工相比, 运用土工格栅施工, 具有省工省时缩短工期;美观抗震;造价低廉, 性能良好等优势, 因此土工格栅的应用非常广泛, 其中最具代表性的是其在道路工程中的应用。

3.1 在软土地基中的应用

软土地基容易使基础层出现沉降、位移、开裂等现象。由于基础层的变化, 会导致路面发生不规则的曲率变化, 使路面出现裂缝、起皱等现象。采用土工格栅, 能使基础层的整体强力大大提高。

土工格栅在软土地基处理中常见三种形式: (1) 基床式:当构造物对沉降和变形有冲刷或地表浅层范围内有一地质硬壳时, 可将格栅置于暗基床内; (2) 筏垫式:当场地开阔, 较平坦, 坡脚无要求以及施工车辆机具不能直接在软基上行走时, 可将格栅直接铺筑在软土地基表面, 形成一筏片式垫层; (3) 桩承式:对于重要构筑物, 且基底较高时, 可将格栅置于由桩或形成井的复合地基表面, 以最大限度减少地基的不均匀沉降和提高地基的整体稳定性。

进一步分析土工格栅对软土地基的加固机理, 可总结为以下几点:

⑴土体力的变化:经试验表明[1], 在土体中合理布置土工格栅, 可使土体的垂直应力、水平应力明显降低, 土体剪应力 (土颗粒之间的摩擦作用) 明显提高, 土体的抗剪强度得到充分发挥, 大大提高了土体的承载能力、抗裂能力;同时土体竖向应力的减小, 使土体竖向压缩变形减小, 从而调整了地基的不均匀沉降。

⑵砾石锁合:砾石能与土工格栅网孔互相锁合, 形成稳固的平面, 防止砾石下陷。

⑶侧向变形减小:当软基可能产生很大变形时, 铺设的土工格栅由于其承受拉力和与土摩擦作用而增大侧向限制, 阻止侧向挤出, 减小侧向变形。

⑷抗震性:由于土工格栅的柔韧性和高弹模量能有效地吸收振动所传递的能量, 因而具有良好的抗震性。

3.2 在沥青道路中的应用

在车辆荷载作用、气温等影响下, 沥青路面可能会发生车辙、疲劳破坏、低温缩裂等病害, 应用土工格栅, 可使病害消除或减缓, 延长道路使用寿命, 降低维修成本。

⑴抵抗车辙:形成车辙的根本原因在于, 高温下的沥青混凝土在受到荷载的碾压作用下, 形成微量的波形流变, 面层中没有任何可以约束沥青混凝土流变的骨架材料, 造成沥青面层流变的累积叠加。土工格栅可在沥青面层中起到骨架作用, 集料贯穿于格栅间, 形成复合力学嵌锁体系, 限制了集料的运动, 增加了沥青面层中的横向约束力, 沥青面层中各部分彼此牵制, 防止了沥青面层的推移, 从而起到抵抗车辙的作用。

⑵减缓疲劳开裂:沥青路面在直接与车轮接触的下面层受到压应力作用, 在轮载边缘以外的区域, 面层受到拉应力作用, 由于两区域所受力的性质不同, 而又彼此紧靠, 因此在两区域的交界处即力的突变处发生破坏, 在长期荷载的作用下, 发生疲劳开裂。土工格栅能将上述的压应力与拉应力分散, 在两区域之间形成缓冲带, 减少应力突变对沥青面层的破坏, 从而抵抗疲劳开裂, 提高路面使用寿命。

⑶消除低温裂缝:寒冬期, 沥青混凝土面层的温度与气温接近, 遇冷收缩, 产生拉应力, 在受到荷载反复作用下, 拉应力进一步增加, 当拉应力超过沥青混凝土拉伸强度时, 产生裂纹, 在裂纹两端处, 拉应力更加集中, 裂纹逐步形成裂缝。加入土工格栅, 可使沥青混凝土的拉伸强度大大提高, 足够抵抗较大的拉应力而不致于发生路面破坏, 即使因局部产生微小裂纹, 裂纹处的应力亦会经土工格栅的传递而消失, 不会发展成裂缝。

3.3 在水泥道路中的应用

雨水造成的唧泥现象, 可使石灰土基层表面凹凸不平, 从而使混凝土板底脱空, 导致板体的荷载应力增大, 加速混凝土板体断裂, 从而造成水泥混凝土路面损坏。在石灰土基层表面铺设土工格栅, 增强基层的整体强度, 再喷洒一层重油热沥青起防水作用, 能有效阻止雨水对石灰土基层面的侵蚀。

同时土工格栅的加入, 能有效阻止石灰土基层因疲劳开裂、低温收缩开裂等引起的裂缝向上对水泥路面产生反射裂缝, 从而延长水泥路面的使用寿命。

3.4 在其它工程中的应用

⑴在路堤中铺设土工格栅对减小边坡位移防止整个路堤滑塌有很大作用;铺设土工格栅对减小路肩两侧的不均匀位移, 防止路面的开裂效果显著;土工格栅对抗震性能的提高也十分重要。研究资料[2]显示, 对震后路堤变形数据进行分析, 铺设土工格栅的路堤比未铺设的变形可减小27.6%, 表明土工格栅对路堤变形、路堤的抗震性能有明显的影响。

⑵在桩基础工程中增加土工格栅作为加固补强材料, 可有效调节桩土应力比使桩土应力比能够协调一致, 从而可减小桩与桩之间的不均匀沉降[3]。

⑶在国家西部大开发进程中, 将土工格栅利用在需高填深挖的路堤中, 可加快工程施工进度、增加承载力、节约经费等, 同时可减少路堤变形;但施工过程中需注意选用长度合适的格栅, 才能有效限制侧向位移, 提高路堤稳定性[4]。

⑷将土工格栅应用在道路拓宽工程中, 能加强新老路基的结合强度, 从而解决新老路基的不均匀沉降;同时土工格栅在新旧土体结合处的联结作用, 增大了土体内摩擦角, 使新旧土体和土工格栅形成承重板体, 提高路面的整体强度和平整度[5]。

4 土工格栅发展展望

由于土工格栅对土木工程的巨大影响, 使其在土木工程很多领域得到广泛的应用。同时通过引进国外先进技术和设备, 产品的质量有了很大的提高, 品种和数量正在逐渐增多, 产品结构发生了变化, 土工格栅使用更加普遍。

但目前, 土工格栅对土木结构的影响机理尚需进一步的研究, 在测试技术、施工水平、理论研究、技术创新等方面还需继续发展。例如, 土工格栅的抗拉模量、加筋长度等对土力学性能加固效果, 如何选择合适的性能参数使加固效果最大化, 这些均是土工格栅今后发展的重要方向。

参考文献

[1]薛瑞峰.土工格栅在公路建设中的性能及应用[J].山西建筑, 2010, 36 (16) :253-254.

[2]何海清, 姚令侃, 王建.土工格栅加固高路堤的抗震性能分析[J].路基工程, 2010 (3) :78-80.

[3]蒙庆辉, 夏银飞, 夏元友.土工格栅对复合地基桩土应力比的影响[J].土工基础, 2004, 18 (6) :52-54.

[4]范臻辉, 王永和.土工格栅加筋高路堤边坡稳定性的弹塑性有限元分析[J].中南大学学报, 2005, 36 (5) :904-909

力学性能工程应用 篇2

气泡混合轻质土的特殊性能及工程应用

介绍了气泡混合轻质土的.生产方法与制作,详细分析了其轻质性、高流动性、自立性、高强性等力学特性.并结合工程实例,论证了利用其特殊性能,作为良好填料在减轻路基自重、处理路堤地基、拓宽道路、解决桥台跳车问题等工程实践中应用前景广阔.

结构力学概念内涵与外沿及工程应用 篇3

关键词：结构力学内涵概念外沿概念工程应用

引言

结构力学主要研究工程结构荷载传递的基本规律，重点培养学生结构计算和分析能力，进而培养学生的工程推理和解决问题的能力，是土建类和机械类专业必修的一门专业基础课[1]。目前，不少毕业生存在对结构基本概念不清，工作中解决实际问题能力较差的现状[2]。本文结合结构力学中基本概念，阐述其外沿概念以及在工程应用中的重要性。

1。结构刚度

结构刚度是结构抵抗变形的能力。刚度定义为作用在弹性体上的力F与位移Δ的比值：KS=FΔ。随着结构越来越高，工程用何种方案来提高结构刚度？解决上述实际问题比掌握刚度基本概念更加重要，对学生的能力培养也更为重要。

1.1 结构刚度外沿概念

为某实际工程原方案屈曲约束支撑布置情况，混凝土柱截面为700×700mm，梁截面为400×700mm，屈曲约束支撑弹性刚度为4200kN/mm。原方案并不完全满足提高刚度外沿概念。图2为采用提高刚度外沿概念优化布置结果，与原方案相比，所采用的支撑数量相同。在结构顶部施加1000kN水平荷载，原布置方案顶点变形为2.32mm，优化方案变形为0.91mm，与采用提高刚度外沿概念一致。

由刚度外沿概念可很好指导屈曲约束支撑构件的设计。该思路也适用于支撑构件在高层结构、脚手架等结构应用，同理，该概念也可推广至梁式结构。结构力学外沿概念理解与掌握对学生的工程能力和创新能力培养具有实际意义。

2.单自由度系统

系统的位置由一个变量来唯一确定，则该系统称为单自由度系统（SDOF）。掌握单自由度系统反应特点是理解结构动力响应的核心。

2.1 单自由度系统在简谐荷载作用下的响应

我国《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）[4]加速度反应谱采用地震影响系数曲线表示，以北京、东京、台北、洛杉矶和波坦察为代表[5]，反应谱进行对比见图5。我国规范反应谱存在以下特点： 2s以内结构的地震作用较小，多层结构抗震能力水平处于较低水平；长周期段为直线下降段，3s以上结构地震作用偏大，超高层结构抗震水平有保障。

水平隔震技术原理是通过在下部结构与上部结构之间设置隔震层来改变整体结构的动力特性。隔震系统因水平刚度较小，可延长上部结构的周期至3 s以上（图6），使建筑物因地震而产生的加速度反应可大量减小，而达到保护建筑结构物的目的。结构减震原理也可通过不同阻尼比对应反应谱曲线规律进行理解，随着阻尼比增加，结构响应减小。通过单自由学习，可培养学生从总体出发解决工程技术问题，进而培养学生的创新能力。

3.结论

1）掌握刚度外沿概念可很好指导支撑类构件的设计。

2）单自由度系统简谐荷载作用下的响应规律也可广泛解决实际工程振动问题。

3）通过单自由度系统反应谱分析，可掌握我国建筑抗震现状以及减、隔震基理。

4）结构力学外沿概念掌握对培养学生的工程能力和创新能力具有实际意义。

参考文献：

[1]李廉锟. 结构力学（第5版）[M]. 北京：高等教育出版社，2010.

[2]蒋永生，邱洪兴，陈以一. 土建类专业工程素质和实践能力培养的研究与实践[J] . 高等建筑教育， 2003（ 2 ）：pp14- 16.

[3]季天健，Adrian Bell. 感知结构概念 [M]. 北京：高等教育出版社，2009.

[4]GB50011-2010建筑抗震设计规范 [S]. 北京：中国建筑工业出版社，2010.

力学知识在实际工程中的应用 篇4

如何结合实际情况, 选择合理的建筑知识及结构布局, 让建筑物的造价控制在合理的范围内, 达到结构的安全、耐久、适用。以满足人们生产、生活的正常需要。如何归纳和总结工程实际中所用到的力学知识, 并把它们提炼出来, 归纳总结实施教学于课堂就是本文需要讨论的问题。

首先, 从一个工程实例来说明工程实际中用到的力学知识。

卸料平台方案设计中涉及到的力学计算、悬挂式卸料平台的计算参照简支梁的计算进行。

平台水平钢梁 (主梁) 的悬挑长度3.5m, 悬挑水平钢梁间距 (平台宽度) 2.7m。

次梁采用18号工字钢, 主梁采用18号工字钢, 次梁间距2.00m。

容许承载力均布荷载2.00KN/m2, 最大堆放材料荷载10.00KN。

1 次梁的计算

次梁选择18号工字钢, 长2.7m, 间距2m。

1.1 荷载计算

面板自重标准值为0.30KN/m2,

最大容许均布荷载为2.00KN/m2,

工字钢自重荷载Q3=0.24KN/m

则静荷载计算值q=1.2× (Q1+Q2+Q3) =1.2× (0.60+4.00+0.24) =5.80KN/m

活荷载计算值P=1.4×10.00=14.00KN

1.2 内力计算

内力按照集中荷载P与均布荷载q作用下的简支梁计算, 计算简图如下。

则最大弯矩M为

1.3 抗弯强度计算

其中γx取1.05, [f]=205.00N/mm2, Wx=185cm2。

满足要求!

1.4 整体稳定性计算

其中￠b查表得到￠b=1.51。由于￠b大于0.6, 按照规范规定, 其值用￠b, 查表得到其值为0.867。

满足要求!

2 主梁的计算

主梁选择18号工字钢, 间距2.70m。

2.1 荷载计算

栏杆自重标准值Q1=0.14KN/m, 工字钢自重荷载Q2=0.24KN/m

各次梁集中荷载取次梁支座力, 经计算分别为

2.2 内力计算

卸料平台的主梁按照集中荷载P和均布荷载q作用下的简支梁计算。

经过简支梁的计算得到

(1) A支座处的支座反力为RA=10.47KN (钢丝绳位置支撑反力) 。

(2) 均布荷载下最大弯矩值:

集中荷载下最大弯矩值:

则最大弯矩:

2.3 抗弯强度计算

其中γx取1.05

满足要求!

2.4 整体稳定性计算 (主次梁焊接成整体此部分可以不计算)

其中￠b查表得到￠b=1.15。由于￠b大于0.6, 按照规范规定, 其值用￠b′, 查表得到其值为0.807。

满足要求!

3 钢丝拉绳计算

钢丝拉绳的轴力Ru在竖直方向的分力与A支座的支座反力相等, 即Rc=Rusinθ=RA=10.47KN

3.1 选择6×19钢丝绳, 钢丝绳公称抗拉强度1550MPa, 直径15mm。

3.2 钢丝绳的容许拉力按照下式计算:

其中Fg查表为134.5KN, а为0.85, K取8.0。

所以选用1根15mm钢丝绳满足要求。

从上述实例我们能得到如下结论:

(1) 结构计算简图的简化

第一, 结构的简化。

第二, 结点的简化。

第三, 支座的简化。

第四, 荷载的简化。

(2) 结构内力的求解及内力图的画法

建筑结构的内力主要包括:轴向拉力和压力、剪切力、扭矩、弯矩。其中弯剪最常见, 也是最重要的内力形式。

(3) 如何应用结构内力的计算结果

第一, 弯矩包络图配置钢筋。

第二, 由计算得到的内力最大值, 选择截面尺寸。

第三, 由已知的材料特性, 确定其最大受力能力。

4 结论

要求学生弄懂最基本的力学原理, 然后明白建筑结构如何转化为力学模型, 用基本力学原理计算结构受力, 最终解决实际工程问题。

参考文献

[1]赵爱民.建筑力学[M].武汉理工大学出版社, 2004.

[2]梁春光.建筑力学[M].武汉理工大学出版社, 2004.

力学性能工程应用 篇5

【摘要】

高性能化的混凝土在理解上就是通过高强度的技术进行生产的。其实这样的理解是不全面的，低强度等级的混凝土同样可以进行高性能化的应用。本文介绍了低强度的高性能混凝土的发展现状和相关高性能化工程的应用。低强度混凝土的高性能化对传统的混凝土是一次突破性发展，在环境、经济上也都有很重大的影响。

【关键词】

高性能化;低强度等级;混凝土

1.引言

高强度混凝土微观结构比较密实，但是此类混凝土的优良强度和密实性也会带来脆性大、温度收缩性大等缺点、导致混凝土开裂。基于应用高强度混凝土带来的诸多不利因素，在实际的应用中不要求高强度而是在整体性能上表现良好。结构在某些使用情况下，混凝土只要某方面有很好性能的混凝土就被视为高性能混凝土，这种为特定环境而出现的混凝土应用十分广泛。随着低强度等级的混凝土在应用中逐年增加，高性能化的研究也就越来越重要。

2.高强度混凝土的劣势

(1)高强度混凝土在近几十年的应用较为广泛，但是由于其不具有较好的耐久性故其在高性能场合并没有得到很好的应用。高强混凝土的出现只有几十年，主要是通过降低水胶比来增加其强度。低水胶比造成了混凝土在微观结构上易变脆，在混凝土硬化后其强度会随着时间的推移而变得很差。高强度混凝土建筑在微观上结构致密，与外界的湿度交换较少，结构内部已产生负压而被压缩。

(2)其水胶比的减少也减少了其防火的能力。致密的结构会造成内部的混凝土不能水化，长期吸收外界水分会使体积膨胀。如果混凝土外加剂和混凝土之间的相容性不好，也能降低混凝土的性能。

(3)高强度混凝土性能转脆，强度减弱的严重问题，成为阻碍高强度混凝土成为高性能混凝土的主要原因。实际应用中，钢筋的增加虽然能够改善脆性，但是由于混凝土搅拌技术的不成熟，成效并不明显。这些缺点在应用中会导致很大的经济损失，使得人们明白高性能与高强度不能画上等号。

3.低强度混凝土的高性能化研究现状

在原材料上保证质量，低强度混凝土在通过一系列的优化，生产出性能良好的.混凝土就叫做低强度混凝土的高性能化。使混凝土结构得到改善，提高了强度等级，增强了耐久性。

3.1高性能的定义。

在过去实际工程的使用上，很多时候会通过增加水泥的用量来增加强度，水和水胶的含有量越来越小。虽然强度是得到了增加，但是由于材质劣化以及周围环境的变化对于建筑的侵蚀越来越明显。上个世纪末期增加强度带来的经济损失越来越大，让人们认识到高性能混凝土与高强度混凝土并不能对等。从微观上看高强度混凝土，在硬化过程中未出现毛细孔水，出现了混凝土颗粒不能水化等等情况，混凝土硬化后，其强度等特性与混凝土中氢氧化钙的排列有很大的关系。一定程度上可以这样判断高性能混凝土，耐久性良好的混凝土就属于高性能混凝土，而和强度等级并无较大的直接关系。

3.2研究现状。

(1)高性能混凝土研究应用在我国的起步较晚，近几年才迅速发展，在很多基础建筑工程中高性能化的混凝土成为了主力军。但是对于中低强度混凝土，特别是对于低强度混凝土高性能化的研究起步较晚，所以在高性能化的研究上并无较大的进步。

(2)国内对于低强度混凝土高性能化的研究备受关注，在研究中出现了很多的难题。其中最重要的就是在高性能概念的认知上，虽然研究的高性能混凝土采用的是高强度技术，但是并不能很好将低强度混凝土高性能化。在混凝土的强度设计过程中，水胶比和砂率是主要考虑的因素，不仅要通过相关强度公式来计算，还要考虑环境对于混凝土的各种侵蚀作用，这样才能获得理想的设计。

4.应用工程范围

(1)很多基础设施项目，比如地铁工程，要求其使用年限要长，因此对于混凝土的要求很高。一旦出现问题维修，则要耗费大量的人力物力，而且由于维修造成的地铁使用中断带来很多不便，使维修工作成为非常麻烦的事。所以混凝土的性能在使用之初就要得到充分的保障，耐久性成为必须考虑的问题。

(2)耐久性包括很多方面。就地铁工程而言，若使用的是低强度的混凝土，而混凝土的抗渗等级对于地下工程的要求很高，混凝土在地下特别是在地下水多的地方就特别要考虑渗漏问题，因此在设计上要求抗渗等级保持在P8～P12等级。实际上抗渗等级是地铁工程质量的主要考虑因素，混凝土耐久性就体现在混凝土的抗渗等级上。一旦发生渗漏就易造成混凝土性能降低，混凝土中的钢筋在水渗透后会锈蚀，使工程的使用寿命大大折扣。

(3)从微观上看渗漏，可以认为没有良好密实度的混凝土在水压力大时就容易产生渗漏，可以用抗渗等级来评价混凝土的抵抗压力液体渗漏的能力。还有一个主要的原因就是混凝土的开裂，这是混凝土使用过程中最致命的。在地铁工程的建造工程中混凝土的变形能引起混凝土体积的变化，所以很容易造成混凝土的开裂。控制使用过程中混凝土体积变化成为主要的方法，在选材上也要进行考虑。混凝土一旦发生了开裂现象，就很难通过有效的方法进行定量评价，其形成原因和应用环境是主要的因素。从分析可以看出，地铁工程中需要的是密实度高和体积稳定性好的混凝土，对于强度的要求并不高。

5.高性能化过程

对于高性能的混凝土，虽然在制造工艺上并没有很高的要求，无特别之处，但在选择混合料上要求十分严格。改善低强度混凝土的性能从很大程度上就是靠合理的外掺料，矿物材料是高性能化的必要条件。正确地进行配料可以减少成本投入。地下工程中要求的高密实性不能通过加大水泥的用量来实现，这样虽然可以提高密实度，但是会使体积稳定性降低，且混凝土硬化后水泥体积收缩会产生开裂。提高矿物的掺合量不仅可以提高混凝土的密实度，而且还可以减少水泥的应用成本，不会带来增加密实度而引起的体积不稳定。

5.1矿物掺和料。

(1)由于钢筋和混凝土的接触过渡区狭窄，所以导致了钢筋和混凝土的接触面很薄弱，结合面区域强度和耐久性都比较差。混凝土中的氢氧化钙在结晶后定向排列，形成的多孔结构会导致其界面结合过渡区增大。对于外掺材料，可以加入粉煤灰等矿物材料降低氢氧化钙的沉淀，在结合处可以减少空隙，从而增加了抗渗漏性提高了耐久性。

(2)常用的高性能化的掺和料有很多，其中粉煤灰、矿渣和硅粉应用较多。增加硅粉用量可以提高混凝土强度，但是由于硅粉价格较贵，在实际使用中较少，故主要是使用粉煤灰、矿渣较多，用来增加混凝土的强度。混凝土水化热的效果在增加矿渣量掺后会降低，因此效果不好，所以在很多情况下可以使用粉煤灰来代替矿渣改善混凝土的性能。

(3)混凝土中的相关成分进行的化学反应是活性反应，对于添加有粉煤灰的混凝土中产生的活性反应，主要就是指活性氧化硅、氧化铝的反应和氢氧化钙的生成。粉煤灰产生的物理性能来自其形态效应。粉煤灰的活性玻璃态球状颗粒能改善混凝土的和易性，提高混凝土的密实度，混凝土中的含气量和泌水性都会因此降低。在选择粉煤灰时要注意其形状和成分，其品质主要由它们决定，通过相关的测试来选择活性高、有害成分少的粉煤灰。

5.2混凝土配制。

(1)用水量的减少可以增加高性能混凝土的密实性，但是在耐久性上并不能得到保障。在实际配制混凝土时可以保证胶结材料的用量，水泥要保证不过量使用，增加粉煤灰的量替代水泥的功能，从而降低了温度变化导致的收缩性，不仅要保证混凝土材质的均匀性还要保证其和易性。

(2)混凝土中使用外加剂可以很好地提高流动性，而且不会对混凝土结构造成损害。想要减少混凝土中产生的孔隙可以使用高效减水剂，欧洲国家在很早之前就开始使用，现今成为一种普遍使用的方法。高效减水剂可以在保证水泥用量的同时可以提高混凝土的流动性，对于吸附在一起的水泥有明显的分散作用。比如地铁工程，降低混凝土泌水的有效方法则是使用引气剂，它是一种表面活性剂，使用引气剂后，混凝土在搅拌过程中产生的微气泡就会均匀分布，不仅改善了混凝土内部的孔结构，而且提高了其密实性。这些微气泡在混凝土硬化后存在于混凝土中，显著提高混凝土的抗冻性和抗渗性。

6.结束语

在广泛应用低强度混凝土的今天，要进行其高性能化的研究很有必要，使用外加剂的方法是一种有效的途径。科学的选材，使用合理的外加剂和外掺材料，改进施工工艺，就可以将低强度等级的混凝土进行高性能化。高性能化的应用可以降低成本，提高资源的合理利用，国内外低强度的混凝土使用量还是占有很大的比例，在高性能化研究上尤为重要。

参考文献

[1]冯浩，朱清江.混凝土外加剂工程应用手册[M].中国建筑工业出版社.

[2]吴中伟，廉慧珍.高性能混凝土[M].中国铁道工业出版社.

[3]莫庭斌.关于地铁工程结构防水的思考[J].地铁科研工作简报第3、4期.

[4]高小建，巴恒静.混凝土结构耐久性与裂缝控制中值得探讨的几个问题[J].混凝土，，11：12～13.

[5]冯乃谦，邢锋.高性能混凝土技术[M].原子能出版社.2001.

高性能混凝土在建筑工程中的应用 篇6

关键词:高性能混凝土；技术要求；优化配合比；防水剂；应用效果

高性能混凝土作为建设部推广应用的十大新技术之一，是建设工程发展的必然趋势。随着国民经济的发展，高强高性能混凝土以其高强度、良好的施工容易性、优异的耐久性和均匀密实性等优良性能被广泛应用于建筑、道路、桥梁、港口、海洋、大跨度及预应力结构、高耸建筑物等工程中。

1．工程概况

该工程结构为框剪结构形式，其剪力墙、地下室墙多分布为高强混凝土。

2．对高强高性能商品混凝土的技术要求

2.1 对商品混凝土原材料的要求

（1）对水泥的要求。商品混凝土使用P042.5的普通硅酸盐水泥，水泥要求有出厂合格证和复试报告。搅拌站使用的水泥质量应严格控制，严禁使用不合格或过期的水泥。

（2）对砂石的要求。粗骨料的最大粒径不得超过25mm，此粒径应满足泵送混凝土骨料最大粒径与输送管内径之比不大于1︰3的要求。砂宜选用质地坚硬、级配良好的河沙，其细度模数不宜小于2.6。碎石应质地坚硬、级配良好，骨料母材的抗压强度应比所配制的混凝土强度高20%以上。砂石含泥量≤2.0%（按重量计），泥块含泥量≤1.0%（按重量计），有害物质≤1.0%（按重量计），有机物质含量用比色法试验要求不深于标准色。

（3）对掺合料的要求。用作掺合料的粉煤灰宜符合《粉煤灰在混凝土和砂浆中应用的技术规程》（JGJ28—86）中规定的Ⅰ级灰标准，尽可能选用细度大且烧失量低的粉煤灰，必要时通过试验也可使用Ⅱ级灰。

（4）外加剂要求。配制高强混凝土需使用高效减水剂，并且要求高效减水剂的质量符合《混

凝土外加剂质量标准》的规定。当采用复合型高效减水剂时，应有国家正式批准的质量检验中心（站）的检验证明。

（5）对水的要求。拌制高强混凝土宜使用饮用水。

2.2 高强混凝土的配合比要求

（1）高强混凝土的配合比应根据结构设计所要求的强度和耐久性、施工工艺所要求的拌制工作度与凝结时间，并充分考虑施工运输和环境温度等条件通过试配确定，经现场试验确认合格后，方可正式使用。

（2）混凝土的施工配制强度必须超过设计要求的强度标准值，以满足强度保证率的需要，其超出的数量应根据混凝土强度标准差而定。当无可靠的强度统计数据和标准差数值时，混凝土的施工配制强度（平均值）对于C50混凝土应不低于强度等级值的1.5倍（强度等级用标号表示时为1.1倍）。

（3）配制高強混凝土所用的水胶比（水与胶结料的重量比，后者包括水泥及掺合料的重量）宜控制在0.24～0.38的范围内，强度等级越高，水胶比及用水量越低。

（4）配制高强混凝土所用的硅酸盐水泥量不宜超过500kg/m3，水泥与掺合料的胶结材料总量不超过600kg/m3。

（5）粉煤灰掺量一般不超过胶结料总量的30%。

（6）混凝土浇筑采用泵送工艺，混凝土的砂率宜控制在32%～40%的范围内。

（7）高效减水剂的掺量一般为胶结材料的0.5%～1.8%。为减少混凝土坍落度在运输、浇筑过程中的损失，可采用载体流化剂、复合缓凝高效减水剂以及将减水剂分两次或多次添加的方法。

2.3 对商品混凝土坍落度的要求

为了保证泵送能顺利进行，要求入泵时坍落度控制在180±20mm。

混凝土搅拌站根据气温条件、运输时间（白天或夜天）、运输道路的距离、混凝土原材料（水泥品种、外加剂品种等）变化、混凝土坍落度损失等情况来适当调整原配合比，确保混凝土浇筑时的坍落度能够满足施工生产需要，确保混凝土供应质量。

当气候有变化时，要求混凝土搅拌站提供不同温度下单位时间内的坍落度损失值，以便现场能够掌握混凝土罐车的停置时间，并且可以根据混凝土浇筑情况随时调整混凝土罐车的频率。浇筑混凝土时，搅拌站要派一名调度现场调配车辆。

此外，浇筑前测试不符合坍落度要求的商品混凝土必须退场。

2.4 对碱—集料的要求

若混凝土含碱量过大，会引起碱—集料反应，导致混凝土被破坏，因此要求搅拌站严格控制水泥中含碱量（Na2O+0.658K2O）不得超过5kg，活性集料含量不得超过1%。

2.5 对混凝土初凝时间的要求

为了保证混凝土浇筑不出现冷缝，根据当时气候，要求商品混凝土在地下室结构施工期间的初凝时间为6h～8h。

3．优化配合比

为确保商品混凝土搅拌站生产出的高强度、高性能混凝土变异性小，能满足现场施工要求，我们组织专人对附近有一定生产规模的搅拌站进行考察，在确定搅拌站后派技术员结合现场要求参与混凝土试配工作，以下是几种高强度、高性能混凝土经多次试配和使用确定的配合比。

（1）C50P12混凝土配合比方案一。强度等级为C50P12，水灰比为0.34，砂率为38.5%。采用P.O42.5硅酸盐水泥，砂含泥＜2%，石含泥＜1%，粒径为5mm～25mm。坍落度为160mm～200mm。

（2）C50P12混凝土配合比方案二。强度等级为C50P12，水灰比为0.35，砂率为39%。采用

P.O42.5硅酸盐水泥，砂含泥＜2%，石含泥＜1%，粒径为5mm～25mm。坍落度为160mm～200mm。

（3）C 5 0 混凝土配合比三。强度等级为C50，水灰比为0.33，砂率为38%。采用P.O42.5硅酸盐水泥，砂含泥＜2%，石含泥＜1%，粒径为5mm～25mm。坍落度为160mm～180mm。实践证明，采取加微膨胀剂和其他外加剂，特别是在高强度等级混凝土中加硅粉的办法对控制混凝土裂缝及气泡。保证混凝土外观效果起到良好的作用。

4．FS-H混凝土防水剂

在抗渗混凝土中，按照设计要求，采用FS-H混凝土防水剂（按水泥用量的10%内掺，后浇带掺12%），尤其在底板大体积混凝土施工中，取得了较好的效果。

4.1 FS-H混凝土防水剂的主要性能指标

FS-H混凝土防水剂的主要性能指标可见表5。

4.2 FS-H混凝土防水剂的主要作用

FS-H混凝土防水剂的膨胀作用具有较大的温度补偿效应，其补偿冷缩开裂的作用非常明显，FS-H可补偿温差25℃～30℃。FS-H具有一定减水作用，并替代等量水泥，掺入混凝土中可节省大量水泥，因此大幅度降低了混凝土内部的绝对温升。

FS-H掺入混凝土中，可减小水灰比，改善混凝土的孔结构，使空隙率减小，混凝土更密实。在限制条件下，它产生的膨胀能转为自应力，使混凝土处于受压状态从而提高混凝土的抗裂抗渗能力。

5．应用效果

（1）混凝土色泽均匀一致，常见的质量通病，如混凝土裂缝、气泡等得到了良好的控制，工程主体结构获相关奖项。

（2）质量可靠，操作方便。高强度、高性能混凝土加入了外加剂和掺合料后，施工工艺与常规混凝土基本一致。混凝土经取样试验，都超过设计标准强度25%以上。

（3）施工进度较快。由于配合比适当，混凝土和易性得到了保证，标准层结构速度为一个月五层。

6．结语

目前工程施工中混凝土等级应用愈来愈高，商品混凝土搅拌站生产能力也在不断增强，但作为施工总承包单位，一定要结合项目工程的具体特点，因地制宜，掌握高强度、高性能混凝土的技术要求，必要时与搅拌站联合攻关，以保证工程的顺利实施。

参考文献

[1]马松华 吕新世，谈公路桥梁施工中高性能混凝土的应用[J].中国科技财富，2011 .02

断裂力学在道路工程中的应用 篇7

断裂力学真正成为一门学科, 也就是最近几十年的事。但断裂力学的出现, 为固体力学注入了新的活力。虽然断裂力学现在还没有自己的一套理论体系, 但这也不妨碍对其不断的探索。近几十年来, 断裂力学依据弹性力学和弹塑性力学的理论, 在线弹性断裂力学中取得了一些进展, 但在弹塑性断裂力学中进展不大。断裂力学是带裂纹的固体力学, 它与传统固体力学的区别是, 在连续物资中多了一个自由边界。断裂力学对于诸如金属物理、冶金学、材料科学以及航空、机械、建筑和地震工程等各工程技术部门都产生了重大的影响。

1 基于断裂力学理论对传统路面假设的挑战

(一) 理论路面特性及模型假设

水泥混凝土路面由于强度高、稳定性好、耐久性优良, 又由于它呈灰白色有利于夜间行车, 因而被人们所广泛使用。传统路面模型假设有三, (1) 路面与基础光滑接触, 即紧密接触, 不留缝隙, 可以滑动; (2) 支撑面层的体系是完好的; (3) 各自界面完好无损。

(二) 实际路面特性

在现实中, 建成好的路面往往在低应力状态下就发生了开裂破坏, 在汽车荷载的作用下产生的路面应力远远低于破坏应力 (即:应力强度) 。这是因为由于在修路面混凝土时, 水泥浆会侵入到基层中, 从而形成过渡层。过渡层将面层与基层连接起来, 这样路面与基层之间就不是光滑基础, 即与传统路面模型假设1与实际不符。

由于混凝土浇筑成型早期会有很大的收缩, 为防止由于收缩产生的收缩裂纹, 现今的施工工艺是在路面上设横向缝。一旦割缝后, 两条横缝中间的板必定有向内收缩的趋势, 为阻止板向内收缩, 路面与基层定会产生剪力。如果面层与基层接触够牢固, 由于变形协调原理, 横缝在收缩产生的力作用下, 裂缝会向基层扩展。同样, 因为变形协调原理, 但面层与基层接触不够牢固, 不足以抵抗住由板收缩产生的剪力, 那么面层与基层必定会产生一定的相对位移, 当横缝与基层接触瞬间, 面层与基层必定会脱离。如果面层与基层没有完全分离, 又由于板的收缩产生的力与它相平衡的剪力会产生一个力矩, 这个力矩通过面层与基层之间的粘结力与之平衡。由于界面上同时存在剪力和粘结力, 这使得裂缝向基层延生。使基层破坏, 以上两种情况都与传统路面模型假设2相违背。

如果由于板收缩使面层与基层有相对位移, 并使面层与基层完全分离, 由于过度层的存在, 必定会在过渡层中产生无规则的裂纹, 使得面层与基层的接触面有破损。这与传统路面模型假设3不相符。

2 基于断裂力学理论认清纤维砼的阻裂机理

纤维混凝土是路面发展的一个热门方向, 由于纤维的作用, 混凝土的断裂、疲劳特性和强度都将得到显著的改善。

为了弄清纤维在混凝土中的阻裂作用。在平面应力状态下, 基于线弹性断裂力学原理的应力强度因子替加法 (K叠加法) , 解释纤维在混凝土中的阻裂作用。K叠加法, 纤维增强混凝土中的应力强度因子可以表示为:

其中, KC是素混凝土在应力作用下的应力强度因子, Kf是纤维在混凝土中应力作用下的应力强度因子。

当裂纹在两条纤维之间并且纤维与混凝土完全链接时, 纤维的作用可等效为锚固力。

当裂纹刚好穿过一根纤维时, 利用K叠加法, Kf将会减小应力作用下纤维混凝土的应力强度因子。在远场均布力作用下

式中:a为裂纹的半长。

考虑一根纤维作用下的情况, 将纤维的作用等效为集中力P。纤维的应力强度因子Kf为:

式中, b-纤维离裂纹间断的距离, 当裂纹刚穿过纤维的瞬间, b→0, 则由式 (3) , Kf→∞。则式 (1) 中的K→0。由此可看出, 当裂纹刚穿过纤维的瞬间, 纤维的阻裂作用非常明显。

当裂纹穿过一系列纤维时, 如图2, Kf可表示为:

由 (4) 式可知, 裂纹不仅穿过一根纤维时, 纤维会有明显的阻裂效应, 当裂纹穿过多条纤维是也具有同样的阻裂效应。

利用断裂力学应力强度因子K叠加法清楚的分析了。裂纹穿过纤维时, 纤维是怎样起到阻裂效应的。

3 结语

道路在修筑的时候就会存在很多缺陷, 会存在一些细小的微裂纹。传统固体力学的观点很难对道路结构进行正确的分析, 断裂力学有别于传统的固体力学, 其能够科学的解释实际道路所出现的一些问题, 以及细小的纤维为什么能够起到阻裂的效果。利用断裂力学的知识去认识道路, 对以后道路设计有很重要的帮助, 同样也为道路发展提供正确的方向。

摘要：道路修好后, 在正常运营的情况下, 运营时间往往低于设计年限就会发生破坏, 造成这种现象的原因是实际施工和理论假设存在一定的差别;由于混凝土天生就会有很多缺陷, 这些细小的微裂纹混泥土体中非常常见, 为阻止这些细小裂纹在拉应力的作用下发生扩展, 纤维混土路面是最近路面发展的一个新的方向, 因其能有效的阻止微裂缝在拉应力状态下阻裂, 从而提高普通水泥混凝土的力学性能, 而且还能提高路面的耐久性。无论是普通混凝土路面的破坏机理还是纤维混凝土路面的阻裂机理, 都很难用传统的固体力学的思路去解释, 但断裂力学有别于传统的固体力学, 能够科学的解释以上的问题。

关键词：阻裂机理,断裂力学,混凝土强度,路面耐久性

参考文献

[1]洪起超.工程断裂力学基础[M].上海交通大学出版社, 1987.

[2]易志坚, 吴国雄, 周志祥, 杨庆国, 周水兴, 巫祖烈.基于断裂力学原理的水泥砼路面破坏过程分析及路面设计新构想[J].重庆交通学院学报, 2001, 20 (1) .

[3]易志坚, 唐伯明, 李祖伟, 杨庆国, 巫祖烈.水泥砼路面面层与基层相互作用引起的基本破坏形式及重要影响[J].重庆交通学院学报, 2001, 20 (11)

流体力学在工程中的应用 篇8

流体力学是力学的分支学科;流体主要分为气体和液体。在实际工程问题中, 流体力学得到了相当广泛的应用。本文主要以液体为工作介质, 讨论流体与固体壁面、流体与流体之间、流体与其他运动形态之间的相互作用;通过对这些相互作用的分析, 优化整个系统。

1 流体的主要物理性质

1.1 流动性

流动性是流体与固体最本质的区别, 即固体没有流动性, 在剪切力的作用下可以保持平衡状态, 而流体无论是处于静止还是运动状态, 几乎都不能承受拉力;因此, 流体具有抵抗压缩变形的能力, 而没有抵抗拉伸变形的能力。当压强或温度发生变化时, 流体的密度也随之产生变化, 对于液体而言, 变化量较小, 因此在实际工程应用中, 一般可视为常数。

1.2 黏性

1.3 压缩性与热膨胀性

流体的压缩性是指在流体表面压力增大时, 流体体积缩小、密度增大, 除去外力后能恢复原状的性质。压缩系数可以表示出液体的压缩性

热膨胀系数可以表示液体的热膨胀性

一般情况下, 在考虑实际工程情况时, 将液体当成不可压缩气体, 即不考虑液体密度的变化, 将密度视为常数;但是当工作温度变化较大时, 必须考虑液体体积膨胀对系统造成的影响。

2 实际工程应用

2.1 确定水泵的安装高度

由于流体黏性的存在, 流体在通道内流动的过程中, 流体内部各流层之间存在相对运动, 各流层之间产生了摩擦力, 因此就有一部分机械能的损失, 用水头损失来表示。水头损失分为沿程水头损失和局部水头损失两种:沿程水头损失均匀分布在整个流段上, 与流段的长度成正比, 用hf来表示;局部水头损失一般产生在能够改变其流速的局部阻碍处 (如弯管处、三通处等) , 用hj表示。总的水头损失为hw=hf+hf。

离心泵是实际工程中经常应用到的管路设备, 泵的工作效率的高低直接决定了整个管网的工作运行情况。离心泵在安装时, 其安装高度过高时, 当泵吸入口处压力大于其允许吸上真空高度时, 会产生汽蚀现象。泵的允许吸上真空高度可以通过查设备制造厂家样本得到。

下面具体以某工程实例来具体阐述如何计算泵的安装高度。图1中, 离心泵的吸水量Q=150m3/h, 吸水管长度l=5m, 管径d=219mm, 沿程阻力系数λ=0.045, 底部带滤网的阀门的局部阻力系数ξ1=10, 90°弯头的局部阻力系数ξ2=0.4, 经查设备样本可得水泵的允许吸上真空高度[hv]=6m, 试确定水泵的最大安装高度Hg。如图1所示, 取断面1-1和2-2为控制体的断面, 1-1为基准面。根据总流的伯努利方程, 对2-2断面列方程可得

对1-1断面, 相对于大气压力, P1=0, 位置水头H1=0, 速度水头为0, 因此

为了避免产生汽蚀现场, 在实际安装时, 安装高度一定要低于计算出的高度Hg。

2.2 计算固体管壁所受力的大小

如图2所示, 取管网中的一段变径截面做示意图, 当液体以流速V1流进变径, V2流出时, 变径截面积由A1缩小为A2, 其中V2已知, V1未知, A1, A2测量可知。由于截面积的变化, 液体的压力和速度都会发生变化, 对管壁产生一个作用力, 当速度变化比较大时, 产生的作用力的合力也比较大。在实际工程中, 选择固体管壁的厚度时, 太薄会使管壁强度不够, 不能承受液体产生的作用力, 当壁厚过厚时, 又不经济, 因此, 应该首先计算出合力的大小, 再决定管壁的厚度值。在实际计算过程中, 按照变径大小取控制体, 流进面上液体所受平均压强大小为P1, 流出面上液体所受的平均压强大小为P2, 管壁对液体的合力大小为F, 流进处液体相对压强为P1-Pa, 流出液体相对压强为0 (流出为流进大气, 压强实际值为大气压强) 。

根据流体运动的连续性方程

式中Q为流量, 可以用Q=V2A2表示。且

将P1-Pa值代入上式可以得到

求出具体F值后, 即可取合适的管壁厚度。

3 结束语

在工程中, 流体力学被应用于各个领域;特别是在供热通风和燃气工程中, 以流体为介质, 实现了热的供应, 空气的调节, 燃气的输配等等。只有在充分了解流体的特性, 建立合适的模型, 才能对流体的流动情况有所掌握, 进而设计出合理、高效的系统。

摘要：简述了流体的流动性、黏性、压缩性与热膨胀性等几个特性;主要以液体的特性为讨论重点, 再结合工程实例, 描述了几种常见工况下, 如何应用流体力学的相关理论知识, 从而确定系统中其他的参数。

关键词：流体力学,伯努利方程,水头损失,黏性

参考文献

[1]蒋宝军.流体力学[M].北京:化学工业出版社, 2015.

工程常用混凝土材料的性能与应用 篇9

混凝土是现代工程结构的主要材料, 我国每年混凝土用量约40亿立方米, 钢筋用量约8500万吨, 规模之大, 耗资之巨, 居世界前列。可以预见, 钢筋混凝土仍将是我国在今后相当长时期内的一种重要的工程结构材料, 物质是基础, 材料的发展, 必将对钢筋混凝土结构的设计方法、施工技术、试验技术以至维护管理起着决定性的作用。

2 混凝土

组成钢筋混凝土主要材料之一的混凝土的发展方向[1]是高强、轻质、耐久 (抗磨损、抗冻融、抗渗) 、抗灾 (地震、风、火]、抗爆等。

2.1 高性能混凝土 (high performance con-crete, hpc)

高性能是指混凝上具有高强度、高耐久性、高流动性等多方面的优越性能。从强度而言, 抗压强度大于c50的混凝土即属于高强混凝土, 提高混凝土的强度是发展高层建筑、高耸结构、大跨度结构的重要措施。采用高强混凝土, 可以减小截面尺寸, 减轻自重, 获得较大的经济效益。高强混凝土一般也具有良好的耐久性。我国己研制成c100的混凝土, 而国外在试验室高温、高压的条件下, 水泥石的强度达到662MPa (抗压) 及64.7MPa (抗拉) 。

提高混凝土强度的主要措施有: (1) 合理利用高效减水剂, 采用优质水泥, 利用优质掺合料, 如优质磨细粉煤灰、硅灰、天然沸石或超细矿渣。采用高效减水剂以降低水灰比是获得高强及高流动性混凝土的主要技术措施; (2) 采用525, 625, 725号的硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥及相应的外加剂[2], 这是中国建筑材料科学研究院制备高性能混凝土的主要技术措施; (3) 以矿渣、碱组分及骨料制备碱矿渣高强度混凝土, 这是重庆建筑大学在引进前苏联研究成果的基础上提出的研制高强混凝土的技术措施; (4) 采用某些金属矿石粗骨料如赤铁矿石、钛铁矿石等, 可以比用普通石料作粗骨料获得强度更高、耐久性和延性更好的高性能混凝土。

高性能混凝土具有优良的物理力学性能及良好的耐久性, 缺点是延性较差。在高性能混凝土中加入适量钢纤维后, 抗拉、抗弯、抗剪强度均有提高, 其韧性 (延性) 和抗疲劳、抗冲击等性能则有大幅度提高。此外, 在高层建筑的高性能混凝土柱中, 也可采用x形配筋、劲性钢筋或钢管混凝土等结构方面的措施来改善高性能混凝土柱的延性和抗震性能。

2.2 活性微粉混凝土 (reactive powder con-crete, rpc)

rpc是一种超高强的混凝土, 其立方体抗压强度可达200-800Mpa, 抗拉强度可达25～150MPa, 断裂能可达30kJ/m2, 单位体积质量为2.5-3.0T/m3。制成这种混凝土的主要措施是: (1) 减小颗粒的最大尺寸, 改善混凝土的均匀性; (2) 使用微粉及极微粉材料, 以达到最优堆积密度 (packing density) ; (3) 减少混凝土用水量, 使非水化水泥颗粒作为填料, 以增大堆积密度; (4) 增放钢纤维以改善其延性 (5) 在硬化过程中加压及加温, 使其达到很高的强度。

普通混凝土的级配曲线[3]是连续的, 而rpc的级配曲线是不连续的台阶形曲线, 其骨料粒径很小, 接近于水泥颗粒的尺寸。rpc的水灰比可降低到0.15, 需加入大量的超塑化剂, 以改善其工作度。rpc的价格比常用混凝土稍高, 但大大低于钢材, 可将其设计成细长或薄壁的结构, 以扩大建筑使用的自由度。

2.3 低强混凝土

美国混凝土学会曾提出了在配料、运送、浇筑方面可控制的低强混凝土, 其抗压强度为8Mpa或更低。这种材料可用于基础、桩基的填、垫、隔离及作路基或填充孔洞之用, 也可用于地下构造, 在一些特定情况下, 可用其调整混凝土的相对密度、抗压强度、弹性模量等性能指标, 而且不易产生收缩裂缝。荷兰一座隧洞工程中曾采用了低强度砂浆 (1ow-strength mortar, lsm], 其组分为:水泥150kg/m3;砂1080kg/m3;水570kg/m3;超塑化剂6kg/m3;膨润土35kg/m3, 所制成的砂浆抗压强度为3.5mpa, 弹性模量低于500mpa。砂浆制成的隧洞封闭块, 比常规的土壤稳定法节约造价50%, 故这种混凝土可望在软土工程中得到发展应用。

2.4 轻质混凝土

利用天然轻骨料 (如浮石、凝灰岩等) 、工业废料轻骨料 (如炉渣、粉煤灰陶粒、自燃煤矸石等) 、人造轻骨料 (页岩陶粒、粘土陶粒、膨胀珍珠岩等) 制成的轻质混凝土具有密度较小、相对强度高以及保温、抗冻性能好等优点利用工业废渣如废弃锅炉煤渣、煤矿的煤矸石、火力发电站的粉煤灰等制备轻质混凝土, 可降低混凝土的生产成本, 并变废为用, 减少城市或厂区的污染, 减少堆积废料占用的土地, 对环境保护也是有利的。

2.5 纤维增强混凝土

为了改善混凝土的抗拉性能差、延性差等缺点, 在混凝土中掺加纤维以改善混凝土性能的研究, 发展得相当迅速。目前研究较多的有钢纤维、耐碱玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚丙烯纤维或尼龙合成纤维混凝土等。

在承重结构中, 发展较快、应用较广的是钢纤维混凝土。而钢纤维主要有用于土木建筑工程的碳素钢纤维和用于耐火材料工业中的不锈钢纤维。用于土木建筑工程的钢纤维主要有以下几种生产方法: (1) 钢丝切断法; (2) 薄板剪切法; (3) 钢锭 (厚板) 铣削法; (4) 熔钢抽丝法。

当纤维长度及长径比在常用范围, 纤维掺量在1%到2%的范围内, 与基体混凝土相比, 钢纤维混凝土的抗拉强度可提高40%～80%, 抗弯强度提高50%～120%, 抗剪强度提高50%～100%, 抗压强度提高较小, 在0～25%之间, 弹性阶段的变形与基体混凝土性能相比没有显著差别, 但可大幅度提高衡量钢纤维混凝土塑性变形性能的韧性。

钢纤维混凝土采用常规的施工技术, 其钢纤维掺量一般为0.6%～2.0%。再高的掺量, 将容易使钢纤维在施工搅拌过程中结团成球, 影响钢纤维混凝土的质量。但是国内外正在研究一种钢纤维掺量达5%～27%的简称为sifcon的砂浆渗浇钢纤维混凝土, 其施工技术不同于一般的搅拌浇筑成型的钢纤维混凝土, 它是先将钢纤维松散填放在模具内, 然后灌注水泥浆或砂浆, 使其硬化成型。sifcon砂浆与普通钢纤维混凝土相比, 其特点是抗压强度比基体材料有大幅度提高, 可达100～200mpa, 其抗拉、抗弯、抗剪强度以及延性、韧性等也比普通掺量的钢纤维混凝土有更大的提高。

在砂浆中铺设钢丝网及网与网之间的骨架钢筋 (简称钢丝网水泥) 所做成的薄壁结构, 具有良好的抗裂能力和变形能力, 在国内外造船、水利、建筑工程中应用较为广泛。近年来, 在钢丝网水泥中又掺入钢纤维来建造公路路面、渔船、农船等, 取得了更好的双重增韧、增强效果。

2.6 自密实混凝土 (self-compacting con-crete)

自密实混凝土不需机械振捣, 而是依靠自重使混凝土密实。混凝土的流动度虽然高, 但仍可以防止离析。配制这种混凝土的方法有: (1) 粗骨料的体积为固体混凝土体积的50%; (2) 细骨料的体积为砂浆体积的40%; (3) 水灰比为0.9-1.0; (4) 进行流动性试验, 确定超塑化剂用量及最终的水灰比, 使材料获得最优的组成。

这种混凝土的优点是:在施工现场无振动噪音;可进行夜间施工, 不扰民;对工人健康无害;混凝土质量均匀、耐久;钢筋布置较密或构件体型复杂时也易于浇筑;施工速度快, 现场劳动量小。

2.7 智能混凝土 (smart concrete)

利用混凝土组成的改变, 可克服混凝土的某些不利性质, 例如:高强混凝土水泥用量多, 水灰比低, 加入硅灰之类的活性材料, 硬化后的混凝土密实度好, 但高强混凝土在硬化早期阶段, 具有明显的自主收缩和孔隙率较高, 易于开裂等缺点。解决这些问题的一个方法是, 用掺量为25%的预湿轻骨料来替换骨料, 从而在混凝土内部形成一个"蓄水器", 使混凝土得到持续的潮湿养护。

2.8 预填骨料升浆混凝土

国内在大连中远6万吨船坞工程中, 因地质条件复杂, 船坞底板首次采用了坐落于基岩上的预填骨料升浆混凝土, 即用密度较大的厚4～5m的铁矿石作为预填骨料, 矿石层下再铺设1m厚的石灰石块石。矿石层上是厚60～80cm的现浇钢筋混凝土板在预填骨料层中布置压浆孔注入砂浆, 形成预填骨料升浆混凝土。采取这种工艺, 缩短了工期, 取得了良好的经济效益。

2.9 碾压混凝土

碾压混凝土近年发展较快, 可用于大体积混凝土结构 (如水工大坝、大型基础) 、工业厂房地面、公路路面及机场道面等。

用于大体积混凝土的碾压混凝土的浇筑机具与普通混凝土不同, 其平整使用推土机, 振实用碾压机, 层间处理用刷毛机, 切缝用切缝机, 整个施工过程的机械化程度高, 施工效率高, 劳动条件好, 可大量掺用粉煤灰, 与普通混凝土相比, 浇筑工期可缩短1/3～1/2, 用水量可减少20%, 水泥用量可减少30%～60%。

在公路、工业厂房地面等大面积混凝土工程中, 采用碾压混凝土, 或者在碾压混凝土中再加入钢纤缝, 成为钢纤维碾压混凝土, 则其力学性能及耐久性还可进一步改善。

2.1 0 再生骨料混凝土

建国前后修建的不少混凝土结构, 因老化或随着经济的发展, 需拆除重建, 其拆除量十分巨大, 在拆除的混凝土中, 约有一半是粗骨料, 应该考虑如何使之再生利用。以减少环境垃圾, 变废为用。

3 结束语

混凝土是水泥、砂、石、水、外加剂、掺合料等多组分构成的一种性能多样化的材料, 其性能不仅与组成材料的性能有直接关系, 而且还与施工技术、所处环境及维护条件等有关;同时, 在混凝土结构领域内, 只有不断研究和开发出更多新的材料, 并将这些材料应用于结构工程的设计、施工和维护[4之中, 才能促进我国混凝土结构技术的进一步发展。

参考文献

[1]徐有邻, 周氐.混凝土结构设计规范理解与应用[M].北京:中国建筑工业出版社, 2002.

[2]亢景富.砼硫酸盐侵蚀研究中的几个基本问题[J].混凝土, 1995, (3) .

[3]王世芳.建筑材料[M].武汉:武汉大学出版社, 2000.

低标号混凝土高性能化工程应用 篇10

关键词：低标号,高性能化,聚羧酸高性能减水剂,耐久性

1 工程概况

江西省赣江石虎塘航电枢纽工程系赣江赣州至湖口河段自上而下6个规划梯级中的第3个梯级, 坝址位于泰和县城公路桥下游26km的石虎塘村附近, 下距吉安井冈山大桥33km, 坝址左岸有赣粤高速公路京九铁路和105国道通过, 现有航道等级为Ⅵ级, 对外交通较方便。

该工程位于江西省赣江中游泰和县城公路桥下游26km的石虎塘村附近, 下距吉安市井冈山大桥33km。泰和县地理位置优越, 对外交通十分方便。公路方面目前公路已基本形成以南昌、吉安、赣州为中心的辐射网, 基本实现乡乡通公路, 粤赣高速、昌泰高速、105国道及319国道均经过泰和县可直通南昌;铁路方面京九铁路经坝址附近通过, 距枢纽较近的货运站为吉安火车站, 距离约30km, 大型机电设备可通过铁路运至吉安火车站, 再经公路运至工地;水路方面赣江可全年通航, 上可达赣州市, 下可达九江市、长江。其中赣江在吉安市以下河段现有航道等级为Ⅲ~Ⅴ级, 吉安市以上至赣州河段现有航道等级为Ⅵ级, 大型机电设备亦可通过水运至吉安码头, 再经公路运至工地。该工程的重要性由此而知。

石虎塘航电枢纽是一个以航运为主, 兼顾发电等综合利用的航电枢纽工程, 工程正常蓄水位56.5/57.0m, 水库总库容约7.43亿m3, 航道及船闸等级为Ⅲ级, 电站装机容量120MW。枢纽主要水工建筑物按3级设计、次要建筑物按4级设计。本枢纽工程各建筑物工程等级及设计标准见表1。

(1) 枢纽总体布置:枢纽建筑物从左到右依次为左岸土坝、船闸、泄水闸、厂房、右岸连接坝段和右岸土坝, 鱼道和导排渠从右岸土坝穿过, 二线船闸布置在左船闸的左侧。枢纽建筑物坝顶总长度1645.7m, 其中左岸土坝长度447.6m, 船闸宽度43.4m, 泄水闸长度532m, 主厂房长度139m, 连接段长度83.5m, 右岸土坝长度400.2m。

(2) 枢纽建筑物:泄水闸、厂房及开关站、船闸、右岸混凝土连接坝、土坝。

该工程施工单位为中交二航局五分公司, 混凝土设计强度为C15-C30低标号混凝土混凝土, 为保证混凝土施工性能, 提高混凝土耐久性, 通过优选原材料、良好配合比设计、规范的施工工法最终满足设计和施工要求, 并达到低标号混凝土高性能的目的。

2 混凝土配合比设计及温控措施

2.1 原材料

(1) 水泥:江西齐峰水泥有限责任公司P.O42.5级, 其主要性能指标见表2:

(2) 粉煤灰:华能电厂Ⅱ级, 其主要性能指标见表3:

(3) 矿粉:新钢矿渣微粉S95级, 其主要性能指标见表4:

(4) 砂:赣江中粗砂, 细度模数2.8, 含泥量1.0%, 泥块含量0.1%;

(5) 石:赣江卵石5~20、20~40、40~80连续级配, 含泥量0.3%, 泥块含量0;

(6) 外加剂:江西迪特科技有限公司聚羧酸系高性能减水剂

2.2 配合比设计

当混凝土中水泥用量大时, 其水化温升高, 收缩大, 易产生温度裂缝。为此, 采用密实骨架堆积法进行混凝土配合比设计, 从而达到了减少胶凝材料用量、提高混凝土耐久性和体积稳定性的目的。密实骨架堆积设计法不仅可以优化集料的组成级配, 而且显著提高了混凝土材料的结构致密性, 在保证混凝土具有良好工作性的条件下, 最大限度的降低胶凝材料的用量进而提高混凝土的力学性能、耐久性和经济性。用密实骨架设计配合比, 是通过寻求混凝土中的粗细骨料的最大密度来寻找最小空隙率, 因为粉煤灰的密度及细度都比砂要小, 因此可以在找出粗细骨料的最佳比例后, 再通过寻求掺合料和粗细骨料的最大密度, 计算出最紧密堆积时粗细骨料、掺合料的最佳比例。依据《水工混凝土施工规范》DL/T 5144-2001, 通过计算以及实验室反复试验提供的基础配合比综合考虑, 利用缓凝型高性能减水剂配制出以下配合比 (见表5) :

对密实骨架堆积法混凝土的3个配合比做了工作性能、力学性能试验, 得到数据如表6:

工作性能满足要求, 虽然水工大体积混凝土以90天龄期评定, 但60天强度已经达到所设计的配制强度要求。

2.3 混凝土总碱含量及氯离子总含量计算

混凝土总碱含量依据《水工混凝土施工规范》DL/T 5144-2001附录B计算:混凝土的总碱量包括水泥、掺合料、外加剂及水的碱含量之和。其中粉煤灰的碱含量以其所含可溶性碱计算。粉煤灰中可溶性碱量取粉煤灰总碱量的1/5, 矿粉中可溶性碱量取粉煤灰总碱量的1/2, 混凝土的总碱含量不应超过3.0kg/m3。该组混凝土每方总碱含量计算结果见表7:

注:水的密度ρ水取1kg/L

混凝土的氯离子总含量计算:钢筋混凝土结构的混凝土氯离子总含量包括水泥、矿物掺和料、粗骨料、细骨料、水、外加剂等所含氯离子含量之和, 其不超过胶凝材料总量的0.15%, 混凝土氯离子总含量计算结构见表8:

混凝土温度计算:混凝土绝热温升及实际最高温升的计算 (依据建筑工程简明计算手册)

Tn= (Mc+kf) Q/ (c•ρ) Td=ξTn

式中:Tn—混凝土绝热温升 (℃) ;

Td—混凝土的实际温升 (℃) ;

Mc—每立方米混凝土中的水泥用量 (kg) ;

Q—每kg水泥水化热量3d取310 (k J/kg) 、7d取340 (k J/kg) 、28d取360 (k J/kg) 、

c—混凝土的比热0.97[k J/ (kg·K) ];

ρ—混凝土的密度 (kg/m3) ;

f—每立方米混凝土中掺合料用量 (kg) ;

ξ—降温系数。

K—掺合料折减系数, 取0.3~0.5

2.4 混凝土施工要求及控温措施

2.4.1 施工注意事项

为确保大体积混凝土施工质量, 提高混凝土的均匀性和抗裂能力, 必须加强对混凝土每一施工环节的控制, 要求现场人员必须从混凝土拌合、输送、浇筑、振捣到养护、保温整个过程实行有效监控。混凝土施工应严格按照《水工混凝土施工规范》 (DL/T5114-2001) 进行, 并特别注意以下方面: (1) 混凝土拌制配料前, 各种衡器应请计量部门进行计量标定, 称料误差应符合规范要求。应严格控制新拌混凝土质量, 使其和易性满足施工要求。坍落度检验应在出机口进行, 每班2-3次, 拒绝使用坍落度过大和过小的混凝土料。应及时检测粗、细骨料的含水率, 遇阴雨天气应增加检测频率, 随时调整用水量。 (2) 浇筑混凝土前应对模板、钢筋、预埋件、监控元件及线路等进行检查, 同时应检查仓面内冲毛情况, 及是否有碎碴异物等, 检验合格后才能开盘。 (3) 自高处向模板内倾卸混凝土时, 为防止混凝土离析, 应符合下列规定:➀当直接从高处倾卸时, 高度不应超过2米;➁当高度超过2米时, 应通过串筒, 溜管等设施;➂在串筒出料口下面, 混凝土堆积高度不宜超过1米, 即时摊平, 分层振捣。 (4) 混凝土应按规定厚度, 顺序和方向分层浇筑, 必须在下层混凝土初凝前浇筑完毕上层混凝土。如因故停歇, 时间超过初凝时间时, 仓面混凝土应按工作缝处理。混凝土分层浇筑厚度不宜超过0.3米, 并保持从仓面一侧向另一侧浇筑的顺序和方向。 (5) 浇筑混凝土时, 应采用振动器振实:➀使用插入式振动器时, 移动间距不应超过振动器作用半径的1.5倍, 与侧模应保持5-10cm距离, 应避开预埋件或监控元件10-15cm, 应插入下层混凝土5-10cm;➁对每一部位混凝土必须振动到密实为止, 密实的标志是:混凝土停止下沉, 不再冒气泡, 表面呈平坦、泛浆。 (6) 在浇筑混凝土过程中, 必须及时清除仓面积水。 (7) 严格按《水工混凝土施工规范》 (DL/T5114-2001) 要求进行各层间和各块间水平和垂直施工缝处理。

2.4.2 取消冷却水管的讨论

(1) 冷却水管应用现状。采用冷却水管法降低大体积混凝土的中心温度, 降低内外温差, 改善应力的分布, 可以起到控制裂缝产生, 有效保证工程质量。在现在的桥梁、大坝等大型工程中经常可以看到冷却水管的应用。但是采用冷却水管降温, 有以下几个不利的方面:➀采用冷却水管降温措施会使施工工艺变得复杂, 一方面需要在浇筑混凝土之前预埋冷却水管, 另一方面在等到混凝土结构和温度均趋于准稳定状态时还需要进行注浆和封端处理;➁采用冷却水管降温措施大大增加工程造价, 不仅增加了购置冷却水管的这一部分费用, 而且在冷却水的运行过程中, 还会在人力、物力甚至在电力上增大投入, 在某些山区地带 (缺水、缺电) 这些措施是根本无法实现的;➂通冷却水管影响混凝土结构的耐久性, 从断裂—损伤力学上分析, 界面是最容易出现应力集中的地方, 冷却水管和混凝土接触的界面处容易产生裂纹, 同时, 后期注浆质量的好坏当也会影响混凝土整体的耐久性。

在一些大体积混凝土工程施工时, 许多专家学者也尝试采用取消冷却水管措施, 由于以下诸多原因未能取得很好的效果:➀混凝土配合比设计不当, 为了保证混凝土的强度和工作性能, 采用的胶凝材料特别是水泥的用量太大, 其水化过程中放出的巨大热量使得大体积混凝土中心温度与外界温差增大, 混凝土产生开裂;➁混凝土的原材料没有采取必要的降温处理, 混凝土的总温升以及内外温差升高, 使温度应力增大, 混凝土产生开裂;➂大体积混凝土分层浇筑设计不合理, 每层浇筑的厚度过大, 易造成混凝土内表温差过大而产生开裂。因此, 基于以上种种原因, 在大多数的大体积混凝土施工中, 还是采用了通冷却水管的措施。

针对本工程的实际, 考察沿线原材料, 对原材料进行必要的降温处理, 优化设计了混凝土的配合比, 同时采取合理的分层浇筑措施, 大大地降低了混凝土的水化热, 降低了混凝土的绝热温升, 实现了在泄水闸及上下闸首大体积混凝土的施工中取消冷却水管。

(2) 取消冷却水管要攻克的问题。据调查, 诸多大体积混凝土工程也采用了取消冷却水管以简化施工工艺, 降低成本, 减少混凝土的开裂, 但是如本工程这般巨大规模的大体积混凝土尚未有取消冷却水管的先例, 主要存在以下的几个问题:➀大体积混凝土的绝热温升过高, 影响大体积混凝土绝热温升高的因素有很多, 比如混凝土配合比水泥的用量, 水泥的发热量, 胶凝材料的总量, 还有混凝土浇筑温度和养护温度。➁大体积混凝土的内外温差大;由于混凝土一次浇筑方量大, 水泥水化放热时混凝土中心热量聚集, 温度上升很快, 过了水化放热最高峰后中心降温速度比混凝土表层降温速度缓慢很多, 使得混凝土内外温差拉大, 一般在配合比定下来以后只能采取通冷却水以降低中心温度, 以及加强混凝土养护工作。➂混凝土温度应力大, 混凝土的最大拉应力主要是内外温差产生的温度应力和混凝土自身收缩所产生应力的双重作用, 当拉应力大于混凝土的抗拉强度时, 混凝土就会开裂, 所以要采用通冷却水降低温度应力。

石虎塘航电枢纽工程水工大体积混凝土主要通过以下几个措施保证取消冷却水管后工程优质完成: (1) 在配合比设计的时, 选取发热量低的水泥, 同时通过密实骨架堆积法增加每方混凝土的砂石用量, 用粉煤灰和矿粉超量取代水泥, 降低混凝土中胶凝材料的单位用量, 减少混凝土水化时放出的热量, 从而降低混凝土的绝热温升。 (2) 通过混凝土配合比的优化设计降低了混凝土的绝热温升, 混凝土中心点的温度也相应较低, 在制定施工工艺时非常重视混凝土的养护, 制定了专门的混凝土养护措施以确保降低混凝土的内外温差, 在不通冷却水的情况下也远小于设计和规范要求值。 (3) 混凝土设计合理:一方面混凝土内外温差较小, 另一方面设计的混凝土自密实性好, 自收缩非常小, 通过仿真计算混凝土的最大应力远小于混凝土的抗拉强度, 在不通冷却水的情况下有较大的安全系数, 混凝土不会产生裂缝。 (4) 夏季大体积混凝土施工时除了对原材料进行必要的降温处理, 还购买了制冰机降低水温, 进而尽量降低了混凝土的入模温度。 (5) 根据施工部位和现场情况, 制定了科学有效的温控监测方案, 并在不同的季节采取不同的保温覆盖措施。

(3) 取消冷却水管的意义。取消冷却水管简化了施工工艺, 缩短了混凝土浇筑周期, 降低了工程造价, 可以取得显著的经济效益。我们通过温度场和应力场的分析, 说明在不同冷却水的情况下, 混凝土各龄期的最大应力远小于同龄期混凝土的抗拉强度, 具有较大的安全系数, 可以在施工中采用不通冷却水的方案。

(4) 保温及养护。各层混凝土浇筑完之后立即用湿麻袋覆盖混凝土表面进行养护, 一方面避免塑性收缩裂缝的出现, 另一方面起到保温的作用;上层混凝土顶面待混凝土终凝后应进行蓄水养护, 蓄水深度10-20cm。当遇到寒潮时, 混凝土各面应进行表面保温覆盖, 建议作法如下:在混凝土表面覆盖两层麻袋, 上面再包一层彩条布, 并适当推迟混凝土的拆模时间, 拆模后涂刷养护液并及时保温覆盖, 以满足内表温差要求, 且拆模时间应选择一天中较高温度的时刻。待混凝土浇筑到一定的高程后, 周边经检查认可及时回填。

冬季施工时保温措施非常重要, 是防止混凝土开裂的重要条件, 当气温骤降, 日平均气温下降6~8℃, 或昼夜温差超过上述温降幅度时, 对龄期不满28天的砼, 应采取表面保温措施, 以降低内表温差, 防止出现裂缝。

表面保温材料采用土工布覆盖, 并应在气温骤降前铺设于砼表面:➀表面保温材料在砼内表温差较小 (一般不超过10℃) 后方可撤去。➁浇筑砼不久的部位, 应避免在夜间或气温骤降期间拆模, 如果预计拆模后砼表面温降可能超过6~8℃, 应及时采取覆盖和其它保温措施。➂通过测温点检测所得的温度, 当内表温差接近20℃时, 应该对混凝土表面进行覆盖, 减缓混凝土表面的降温速率, 减小混凝土的内外温差, 防止出现裂缝。

(5) 混凝土温控施工的现场监测

➀检测工作顺序:为做到信息化温控施工, 出现异常情况及时调整温控措施, 在混凝土内部布设温度测点, 它是温控工作的重要一环。检测工作按图1进行。

➁检测所用仪器:温度传感器为PN结温度传感器, 温度检测仪采用PN-4C型数字多路自动巡回检测控制仪。温度传感器主要技术性能:a.测温范围-50℃~150℃;b.工作误差±0.5℃;c.分辩率0.1℃;d.平均灵敏度-2.1mv/℃;e.测点布置及检测基本要求。

根据对泄水闸以及上闸首平台和闸墩的分层图和温度场计算结果, 拟在各层埋设温度传感器, 各层均布置一层测温点, 位于每层竖向中心平面上, 并同时检测大气温度, 混凝土浇筑温度。各层混凝土温度测点平面布置示意图分别见图2~图10所示:

在监测混凝土温度变化的同时, 还对气温、混凝土的出机温度、入仓温度、浇筑温度等均进行了监测。

在混凝土浇筑前完成传感器的埋设及保护工作, 并将电缆接至测试房, 保护材料主要为角钢和塑料泡沫。各项测试应在混凝土浇筑后立即进行, 连续不断。混凝土的温度测试, 峰值以前每2小时观测一次, 峰值出现后, 每4小时观测一次, 持续5天, 转入每天测2次, 直至基本稳定。每次检测完后及时填写混凝土测温记录表。

➂温度控制标准:在仿真计算的基础上, 结合水工混凝土施工规范和项目部设计要求制定了混凝土在施工期内不产生有害温度裂缝的温控标准, 具体内容如下:a.混凝土绝热温升:不超过20℃;b.混凝土内表温差不超过20℃;c.相邻块体的混凝土温差不超过20℃;d.混凝土允许最大降温速率不超过2.0℃/d。

3 试验研究

经勘察进行的地下水水质分析, 6组样HCO-3离子含量均小于0.70mmol/L, 具分解类溶出型中等腐蚀, 其他指标均对混凝土无腐蚀性, 属V-C型中度化学侵蚀环境 (参照《GB/T 50476-2008混凝土结构耐久性设计规范》) 。

溶出性是指能够溶解水泥石组分的液体介质在混凝土内部发生的全部侵蚀过程。绝大多数天然水中都或多或少地存在着碳酸。一般在PH>8.4时, 未理解的碳酸实际上不存在, 在PH<6.5时, 水中二氧化碳含量较高, 则会发生一下反应:

其中, 生成的Ca (HCO3) 2被水带走, 使水泥石中石灰浓度降低, 引起溶出性侵蚀。

影响溶出性侵蚀发展速度和破坏顺序的因素, 不仅取决于水泥石中Ca2O与Ca (OH) 2总含量, 而且还取决于水泥熟料的矿物组成以及混凝土整体结构和密实性。因此, 在严格控制水泥选材及其质量的同时, 我们还应注意加强混凝土本身的密实性及抗渗性能。

对表中的配合比做了耐久性能试验, 混凝土耐久性取决于混凝土的抗渗、抗冻融、抗碳化、抗腐蚀和体积稳定性, 这些性能指标又互相关联, 因此我们我们依据DL/T5150-2001《水工混凝土试验规程》、JTG/T B07-01-2006《公路工程混凝土结构防腐技术规范》、GB/T50082-2009《普通混凝土长期性和耐久性试验方法》对以上性能进行了相关试验。

3.1 抗渗性

我国现行规范是通过抗渗等级试验确定混凝土的渗透性。我们按设计要求进行了C20、C25、C30强度等级混凝土的抗渗试件, 试验方法参照《GB/T50082-2009普通混凝土长期性能和耐久性能标准试验方法标准》中逐级加压法。其试验数据如下:

3.2 抗碳化性能

高性能化的混凝土采用了低水胶比和掺加高性能外加剂、高活性掺和料等技术手段使得混凝土结构致密, 依据《GB/T50082-2009普通混凝土长期性能和耐久性能标准试验方法标准》进行了3d、7d、14d和28d四个龄期碳化深度值的测试, 具体数据如下:

碳化深度最大仅为1mm, 基本未碳化, 具有明优异的抗碳化性能。

3.3 抗冻融性能

根据混凝土含气量测定, 含气量在3~5%之间, 同时部分试件进行了混凝土抗冻融实验, 试验方法参照《GB/T50082-2009普通混凝土长期性能和耐久性能标准试验方法标准》中规定的慢冻法进行试验, 经200次冻融循环后, 其具体数据见下表:

以上数据表明, 各个标号混凝凝土在经历100次慢冻法冻融循环后, 其质量损失、及抗压强度损失甚微, 均达到D200 (参照JGJ/T193-2009《耐久性评定标准》) 。其原因为混凝土的密实度较高, 单方用水量较低, 在受冻融循环下可结冰水的含量极低, 抗冻性能优异。

3.4 抗氯离子渗透性能

(1) 氯离子扩散系数:参照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》 (GB/T 50082-2009) 及《氯离子扩散系数快速测定方法》 (NTB492) 检测, 其结果表明该混凝土试件抗氯离子渗透性能非常好。

(2) 电通量法:参照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》 (GB/T50082-2009) 及《混凝土的电通量测定RCM方法》 (ASTM C1202) 其结果表明该混凝土试件使用年限级别为一级, 使用年限大于100年。

综上所述, 该混凝土具有较好的耐久性, 达到设计要求。

4 结论

根据以上检测及过程监测结果, 可以得出以下结论:

(1) 由测温点温度历时曲线可知, 混凝土温度变化都有急剧的升温和缓慢降温的特征, 直到最后达准稳定阶段。升温阶段一般只有2~3天, 升温达到峰值后, 高温峰值时间较短, 一般持续约6~8h。

(2) 从测温点温度历时曲线可知, 混凝土峰值出现后, 混凝土降温速率不尽相同, 这与各层混凝土浇筑时层厚、浇筑温度、气温等有关。

(3) 2#泄水闸底板第1层和第二层以及泄水闸闸墩第1层到第8层各层测温区平均最高温度为21.6℃~44.9℃;上闸首闸墩第1层到第7层各层测温区平均最高温度为36.7℃~44.5℃, 上闸首平台第1层到第4层各层测温区平均最高温度为37.6℃~44.4℃;比温控计算结果略高, 因为温控计算时按施工浇筑温度取值为28℃, 实际施工时较多部位在夏季, 虽然已经采取了廊道储存砂石集料以及降低水温等方法降温, 但实际浇筑入模温度一般为28℃~32℃, 因此实测值高于计算值。但通过现场检测得到的混凝土内部温度数据来对现场的养护工作做指导, 始终使混凝土内外温差小于20℃, 取得了较好的结果。

(4) 在石虎塘航点枢纽水工大体积混凝土各部位混凝土浇筑施工中, 依靠优化混凝土配合比, 降低水泥用量, 提高矿物掺和料用量, 很大程度上降低混凝土的水化温升, 提高耐久性能, 根据时实温度监测结果, 控制拆模时间和混凝土的养护, 降低了混凝土的水化温升和温度应力, 在取消冷却水管的情况下, 各部位混凝土均没有出现温度裂缝, 取得了令人满意的效果。同时该项目研究经专家鉴定达到国内领先水平。

混凝土的性能主要取决于水泥浆的数量和质量以及混凝土内部结构状态, 低标号混凝土是以C30及以下强度等级的混凝土为对象, 通过对原材料的选择和质量控制、配合比设计、生产过程的管理, 使混凝土具有良好的施工性能, 优良的物理性能和相对较高的耐久性。这一系列的控制改善了低标号混凝土的内部结构、提高性能、延长使用寿命的工作, 称为低标号混凝土高性能化。