某泵站混凝土防裂方法研究

2012-12-08周曰农国务院南水北调工程建设委员会办公室

河南水利与南水北调 2012年6期

□周曰农（国务院南水北调工程建设委员会办公室）

□郭磊 □陈守开（华北水利水电学院）

1.引言

泵站结构一般属于薄壁结构，断面形状不一，比表面积大，受外界环境气温、水温及湿度影响大，加上如果浇筑顺序或工程施工质量不好，就可能使得混凝土出现较大的拉应力，超出允许抗拉强度就导致裂缝产生。对于裂缝，普遍认为是多种因素共同作用的结果，主要是由于体积的变化及由体积变化受到约束而产生的应力所造成的。国内外学者从温度和结构着手，对防裂方法做了大量的研究，而其中以温控防裂研究最多。常用的温控防裂方法有：表面保温，通水冷却及添加外加剂等，墩墙内布置砌体也可达到理想的防裂效果。

2.基本原理

砌体是包括多种材料的块体砌筑而成的，其运用在结构中的主要原理是减少混凝土的用量，节约成本，不会产生水化热，引起温度变形，并且和混凝土结构一样有较强的抗压性能。

在计算域R内任何一点处，热传导方程可以表示为：

式中：为混凝土温度（℃），a为导温系数（m2/h），θ 为绝热温升（℃），τ为龄期（d），t为时间（d）。

所引起的温度变形为：

式中：εx、εy、εz为温度引起正应变，γxy、γyz、γzx为温度引起剪应变，α-混凝土线胀系数或冻土自由冻胀系数，T-温度。

3.工程实例

杭州某大型混凝土泵站采用C30混凝土，9月中旬浇筑，地基为砂土，相关参数见表1，钢模板支护，表面裸露，就泵站进水流道的渐变段设置砖砌体和没有砌体两种情况自然状况施工进行仿真分析，其中砖砌体是在周围混凝土浇筑前施工，在周围混凝土浇筑前保持砌体湿润，砌体的设置都是由经验而来，砌体布置位置及特征点位置见图1。

图1 砌体设置部位和特征点布置图

就第3流道的进水流道段进行研究，由于结构对称，取一半建模，有限元计算模型见图2。

3.1 气象资料

由于缺乏实测数据，考虑温度年变化，参考文献来选取平均各月相对湿度和月平均温度见表1。

3.2 计算参数

图2 有限元模型图

表1 月平均温度表

图3 有无砌体特征点温度、应力历时曲线图

式中：C 为徐变度；t为时间（d）；为混凝土龄期（d）。

3.3 结果分析

通过对有无砌体两种施工情况计算结果分析可知，设置砖砌体减小了水化热，使得流道混凝土内外温度都有所降低，只是降低的幅度有所不同。靠近砌体的内部点在没设砌体时最高温度为43.7℃，出现在龄期3.3d，而设置砌体之后内部点温度峰值为38.5℃，出现在龄期1.5d；对于流道表面点，降温幅度不是很明显，由此可见，设置砌体可以大大减小流道内外温差，从而减小早期表面的温度应力。

设置砖砌体对内部点应力的影响是不利的，设置砖砌体导致内部点应力增加，增大了后期“由里及表”型裂缝出现的几率。这种不利影响的主要原因应该是混凝土与砖砌体变线膨胀系数相差过大。一般认为混凝土线膨胀系数比砖砌体线膨胀系数大一倍，在环境温差影响下，混凝土产生热胀冷缩变形比较大，而砖砌体变形则小得多，两者之间因性能差异产生相对位移，致使内部应力加大。改变这种情况的措施是选择线膨胀系数与混凝土相差不多的砌体材料。