高强度大体积混凝土材料特性研究_开题报告

高强度大体积混凝土概况

1.高强度大体积混凝土含义

什么是大体积混凝土，目前国内尚无统一的定义。只有《普通混凝土配合比设计规程》JGJ/55-2000中认为“混凝土结构物中实体最小尺寸大于或等于1m的部位所用的混凝土简称大体积混凝土”，但这种提法不够科学准确，因为有很多独立基础的最小尺寸大于1m,却不是大体积，也有很多结构最小尺寸小于1m,但体积却较大。美国混凝土学会AC1207曾提到过，大体积混凝土是“现场浇筑的混凝土，尺寸大到需要采取措施降低水化热和水化热引起的体积变化。以最大限度地减少混凝土的开裂。”在国际预应力混凝土协会（FIP)《海工混凝土设计与施工建议》中则有规定“凡是混凝土一次浇筑最小尺寸大于0.6m。特别是水泥用量大于400kg/m3时，应考虑采用水化放热慢的水泥或采取其他降温散热措施”。也就是说结构最小的尺寸大于0.6m,即应考虑水化热引起体变化与开裂问题。日本建筑学会标准（JASSS)则提出“结构断面最小尺寸在80cm以上，水化热引起混凝士内最高温度与外界气温之差超过25℃的混凝土称为大体积混凝土”。

而国外对大体积的定义，即考虑了混凝土结构的几何尺寸，同时也考虑了水泥水化热引起体积变化与裂缝问题。参照国外的标准，结合实际的工作经验，我认为为，大体积混凝土的定义为：现场浇筑混凝土结构的几何尺寸较大，且必须采取技术措施以避免水泥水化热及体积变化引起的裂缝，这类结构称为大体积混凝土。

2.高强度大体积混凝土的特点

早在1933年-1936年美国建成的大苦果重力坝，混凝土浇筑量达250万立方米，并且未出现裂缝。我国的三峡大坝，在各方面都取得了很大的成功。但是，建筑大体积混凝土由于工程规模的大小、结构形式、混凝土特点、配筋构造及受荷情况都与水利水电类建筑物差异很大。建筑工程大体积混凝土相比于一般混凝土块体较薄，体积较小；混凝土设计强度高，单方混凝土水泥用量较大；连续性整体浇筑要求较高：结构构筑物多属于地下、半地下或室内，受外界条件变化影响较小。

根据朱伯芳对高强度大体积混凝土的特点总结，混凝土主要有以下五个特点：①混凝土是脆性材料，抗拉强度只有抗压强度的1/10左右。拉伸变形能力也很小，短期加载时的极限拉伸变形只有（0.6”-1.0)*10-4,约相当于温度降低6-10”C的变形；长期加载时极限拉伸变形也只有（1.2~2.0）*10-4.②大体积混凝土结构断面尺寸比较大，混凝土浇筑以后，由于水泥的水化热，内部温度急剧上升，此时混凝土弹性模量很小，徐变很大升温引起的压应力并不大：但在日后温度逐渐降低时，弹性模量比较大，徐变较小，在一定的约束条件下会产生相当大的拉应力。③大体积混凝土通常是暴露在外面的，表面与空气或水接触，一年四季中气温和水温的变化在大体积混凝土结构中会引起相当大的拉应力。④大体积混凝土结构通常是不配筋的，或只在表面或孔洞附件配置少量钢筋，与结构的巨大断面相比，含钢率是很低的。在钢筋混凝土结构中，拉应力主要由钢筋承担。⑤混凝土只承受压应力。在大体积混凝土结构内，由于没有配置钢筋，如果出现了拉应力，就要依靠混凝土本身来承受。

国内研究现状

 在现代化社会的建设下，大体积混凝土的应用也逐步开展起来，更随着全球范围的经济发展开始受到了广泛的运用。

在我国，一直到20世纪初，我们对大体积混凝土的材料特性，以及运用过程中会产生的温变现象的了解始终停留在起步阶段。由于缺乏足够的了解，施工浇筑时仍采用整体式大块的形式，浇筑后期在不同的建筑物表面和内部均发现了不同程度的裂缝，有些裂缝甚至对整个建筑都会产生决定性的损害。为了避免裂缝带来的缺点，在后期的一些工程中相应的采取后浇带的办法控制裂缝，人民大会堂的后浇带间距为44米，毛主席纪念堂后浇带间距控制为30米。但后浇带的方式，导致工期被延长，给施工带来麻烦，还极大的降低了整体混凝土的强度。也有些工程采取不留缝的做法，但实际操作时多时根据经验进行施工，简化计算易于运用，未能考虑到混凝土内部温度的连续性与外界气温的连续性变化影响，也不能考虑到浇筑厚度修正系数，在实际施工过程中温度场变化的规律很难确切的反映。对于施工期温度应力的计算，由于没有考虑到变化的影响，假设的温度场与实际的温度场不符，不能反映混凝土的应力场，因此很难一句这些经验。到20世纪50年代左右，初期修建丹江口工程时，混凝土也出现了大量裂缝，不得已强制停工整顿时，随着在现场对此现象的长期观察记录和不断的试验，并结合设计施工多方面的经验，终于总结出大体积混凝土之所以产生裂缝，基于大体积混凝土的特性对于温度应力所产生的反映。随着这个观点的产生，随机提出了相应的控制防裂措施。一是严格控制基础允许温差、新老混凝土上下层温差和内外温差；二是严格执行新浇混凝土的表面保护；三是提高混凝土的抗裂能力。正式复工后，不仅没有产生严重危害性的贯穿裂缝和深层裂缝，甚至连表面的裂缝也很少出现，也为后期的防裂技术奠定了基础。在60年代左右，我国开始在在施工方面进行不断的试验，并逐步开始重视混凝土表面的裂缝问题，研究表面裂缝所形成的的规律，刘家峡水电站所进行过的真空汽化预冷骨料试验，第一次提出了保温和降温兼顾的理念。70年代，葛洲坝水电站通过人工预冷骨料的技术，创造出入仓温度为7摄氏度的记录。到90年代我国已经开始采用块长超过50米的筒仓浇筑，取得了很大的成就，在世界上开始有一定的地位。

随着我国筑坝工程的开展，国内对大体积混凝土结构的裂缝控制问题也作了大量的研究，水工方面防裂技术发展迅速，也是跨世纪宏伟工程三峡大坝能够顺利建设的前提下之一。近年来，随着国民经济和建筑技术的发展，建筑规模不断扩大，大型现代化技术设施或构筑物不断增多，国内许多学者结合基本理论和计算基数，考虑混凝土入摸温度、混凝土的弹性模具变化、水泥水化热散热规律、外界气温变化、养护措施、地基约束及徐变影响等因素，开始采用有限差分法或有限单元法求解一维、二维以及三维打印体积混凝土温度场取得结果。随着一些高校以试验的方式，不断对大体积混凝土结构温度与裂缝控制进行研究，优化混凝土材料及配合比的方案，改善混凝土的力学性能和变形的特性，更以实际工程为背景，对施工裂缝进行研究。因此如何在大体积混凝土的应用中做到既满足混凝土的强度、整体性、和易性以及耐久性等要求，又能够较好控制温度应力和大体积混凝土的温度裂缝问题，成为多年来众多高校师生和工程单位研究的热点内容。

国外研究现状

    

大体积混凝土的裂缝问题在国外研究较早。1915年，美国在爱德荷州建成了世界上第一座高于100m的混凝土坝（坝高107m),即箭石坝（Arrow Rock)。但是由于在施工时用期落度测稠度、塑制试件测定抗压强度，然而疏于对加水量的严格控制，这一疏忽直接导致拌制的混凝土特别稀。正是这一个施工技术上的缺陷，当时混凝土坝出现了严重的裂缝。直到1933年，美国修建世界上第一座高于200米（221米高）的混凝土坝——鲍尔德坝（现改称胡佛坝）开始注意到大坝混凝土的裂缝问题，自此开始对大体积混凝土防裂措施进行研究。提出了柱状分块，薄层浇筑，并采用水管冷却，低热水泥等降温措施，主要包括横缝分布均为15m,混凝土的水泥用量为223kg/m3,采用低热水泥，浇筑层厚1.5m并限制间歇期、预埋冷却水管等，从而防止了危害性裂缝的形成，结果表明这些温控防裂措施是比较成功的，这种研究成果至今仍有普遍影响。1953年美国陆军工程师团又发展了预冷骨料，通仓浇筑方法，首次对混凝土的表面保温提出了明确要求：首先当温度骤降超过14摄氏度时，必须对混凝土表面进行保温，其次在每年九月至次年的四月的低温季节，当浇注块项面和侧面暴露时间超过了30天，也需要对混凝土表面进行保温。1956年George Earl Troxelle 和 Harmer E.DavisIT研究了水泥的矿物成分（水泥的品种）对混凝土绝热温升的影响，认为细水泥的发热速率比粗水泥快，而水泥细度对最终发热量没有影响。J.J.Brooks和AF.AI-kaisi研究了波特兰水泥和矿渣水泥在升温后浇筑的早期强度发展规律。在美国在对水工大体积混凝土温控裂缝方面，在20世纪60年代初己形成了一套比较定型的设计、施工模式。前苏联在1977年修建了托克托古尔电站，也形成了一套行之有效的大体积混凝土温控防裂措施，即托克托古尔法。

自40年代至今，各国（如美国、俄罗斯、巴西和中国等）对大体积棍凝土的裂缝问题的研究都做了深入的探讨，并提出了一些防裂措施。

^范文提纲格式

摘要：简述高强度大体积混凝土材料特性研究的必要性

一、高强度大体积混凝土产生的背景和研究现状

（一）高强度大体积混凝土的背景

（二）高强度大体积混凝土的研究现状

（三）高强度大体积混凝土的发展前景

二、高强度大体积混凝土的性能研究

（一）高强度大体积混凝土的概念

（二）高强度大体积混凝土的性能

（三）高强度大体积混凝土的特点

三、高强度大体积混凝土的应用与分析

（一）高强度大体积混凝土的应用

（二）高强度大体积混凝土施工存在的问题分析

四、高强度大体积混凝土的质量与施工控制

（一）高强度大体积混凝土原材料性质

（二）高强度大体积混凝土的材料选用与配比

（三）高强度大体积混凝土的施工控制

五、结论

参考文献

致谢

参考文献

[1]袁勇，混凝土结构早期裂缝控制M].科学出版社，2004

[2]朱伯芳，大体积混凝土温度应力与温度控制M】北京：中国电力出版社，1999

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