混凝土裂缝变形及量测技术

混凝土裂缝、变形及量测技术水工混凝土裂缝和变形大体积水工混凝土结构：如大坝、船闸、泄洪建筑物、电站厂房等特点：1、体积大2、结构形式复杂通常要承受两种不同性质的荷载：1、结构荷载：包括水压、自重、扬压力、泥沙、土、地震、风、冰、浪等，其中水压、自重、扬压力等是主要荷载；2、混凝土本身的体积变化：包括温度、徐变、干缩和自生体积变形等。其中温度干缩和徐变是主要的体积变形。

继续大体积混凝土的定义80年代前：根据几何尺寸，主要根据厚度定义，国际上一般采用0.8～1.0m作为界限。80年代后：日本建筑学会标准(JASS5)规定：“结构断面最小厚度在80cm以上，同时水化热引起混凝土内部的最高温度与外界气温之差预计超过25℃的混凝土，称为大体积混凝土”。美国混凝土学会(ACI)规定：“任何就地浇筑的大体积混凝土，其尺寸之大，必须要求解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度减少开裂”。我国交通行业：“现场浇注的最小边尺寸为1～3m，且必须采取措施以避免水化热引起的温差超过25度的混凝土称大体积混凝土”建筑行业：“混凝土结构物实际最小尺寸等于或大于1m，或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土称大体积混凝土”返回混凝土裂缝按其深度一般可分为表面裂缝、深层裂缝和贯穿裂缝三种。1、贯穿性裂缝（thoroughcracks）切断了结构断面，破坏结构整体性、稳定性和耐久性等，危害严重。2、深层裂缝（deepcracks）部分切断了结构断面，也有一定危害性。3、表面裂缝（surfacecracks）虽然不属于结构性裂缝，但在混凝土收缩时，由于表面裂缝处断面削弱且易产生应力集中，能促使裂缝进一步开展。（劈头缝）

混凝土裂缝混凝土开裂判据1、变形：极限拉伸值2、强度：抗拉强度3、断裂判据：应力强度因子或断裂能4、复合判据：如热强比抗裂性指标混凝土裂缝的认识1、无坝不裂（消极）2、裂缝可以控制（积极）3、被动开裂——主动出击缝的设置：横缝、纵缝、周边缝诱导缝人工短缝拱坝分缝构造分缝：横缝：垂直于坝轴线布置纵缝：平行于坝轴线布置诱导缝：预设缝周边缝：坝体和周边垫座之间人工短缝：释放应力横缝（止水、止浆、键槽等）横缝间距：日本：15m左右美国：50ft（≈15.25m）我国：15～20m近些年随浇注强度的提高和温控措施的完善横缝间距有扩大的趋势，如凤滩24～26m。键槽：增加浇注块间的抗剪能力，灌浆后形成整体。国外有拱坝不设，认为拱向正应力很大足以承担断面横向剪力。诱导缝在坝体内部人为形成一个潜在的“缝”，具有一定抗拉能力，但强度较低，当缝面拉应力超过某一数值，诱导缝自动张开，消除拉应力。构成:按一定规律埋设诱导板，部分切断混凝土的联系，使连接面积减小，强度减弱。问题：不在诱导缝位置开裂。周边缝在拱坝和基础之间先浇注一层混凝土垫座，再在垫座上浇注坝体，坝体和垫座之间设置的缝称作周边缝。最早是1939年意大利77m高的奥西格林塔拱坝。前苏联的英古里水电站也采用。优点：1、静力状态好；2、适应某些不利的地形地质条件；3、抗震性能好；4、可消除部分温度应力。缺点：1、结构复杂、施工麻烦，质量难以控制；2、坝体结构的一个弱面，增加了坝体的抗滑稳定性。（梅花坝设置了周边缝而垮坝。）应用前景：高坝或规模大的拱坝没有使用过。人工短缝在拱坝的拉力区人为设置“缝”，释放水压和温度应力。前提：仿真计算分析——对坝体应力的了解局部缝－局部释放应力拱坝人工短缝新结构拱坝人工短缝构造和设置设置：短缝不超过坝厚的1/4，以免加大坝肩剪应力。人工短缝是构造缝（不是温度诱导缝），需要控制缝端断裂能以防止缝延伸。上游缝需设止水及缝内排水以防水压劈裂作用。作用：短缝的长度和形状，改变有效传力断面，可以改变水压作用下主应力的传力方向，达到释放应力的效果。上游坝肩人工短缝使坝肩上游部位的拉力区转移到内部缝端，用折缝将缝端转入低应力区，也减少缝和内部主拉应力方向的交角，以消减缝端断裂能，在缝端区埋设抗裂能力高的材料，以增大韧性，阻止裂缝发展。实测效果：溪柄实测应变<37μm，人工缝保持稳定混凝土变形砼体积变形温度变形（收缩）干缩自生体积变形（自收缩）徐变碳化收缩温度变形混凝土温度变化过程的三要素：入仓温度Tj(placingtemperature)—可降低水化热温升Tr(adiabatictemperaturerise)—可降低稳定温度Td(finalannualtemperature)—受自然条件制约，难以控制。混凝土温度变化过程曲线图考考你：1、混凝土开裂是在升温开裂？2、Tj=Td时，混凝土内是否有温度应力?TtTjTdTr温度变形量测技术温度变形量测：温度、线膨胀系数传统采用温度传感器最新温度量测技术：分布式光纤温度传感器Raman散射光：Stokes光Anti-Stokes光分布式光纤温度传感器优点：1、单根光缆长度可达20km2、每25cm为一个温度感应单元3、铺设简单，施工干扰小石门处子碾员压混童凝土秃拱坝言实例干缩定义承：混京凝土技在未音饱和倍空气吹中因狗水分亡散失贵而引技起体钱积减称小的吃变形杂。引伏起表构面开药裂的彩主要采原因蚁。其大泄小主院要与闻水灰前比、还环境竹温度岩与相伍对湿融度、腿水泥捐品种舌、混孩合材盆品种浮及掺级量、坚骨料司品种盘及掺汤量、畅外加幻玉剂种渠类与旅含量剪、养指护温哗度、户龄期笛、结捆构特局征及饭碳化验作用望等因立素有岔关。干缩评的大匙小一郑般在吗20只0～却10挥00颤微应屠变范威围内常规档量测置方法淋：弓炼形测道微器径、水哨平或片立式岗千分勉表测灭长仪历、显牌微镜烘式比赚长仪温湿笨耦合成效应朱伯亦芳院奥士2判00室4年感3月榆发表丽在《臣水利蛙发电指》的员文章携《加映强混态凝土别坝面筝保护够尽快竞结束洪“无奋坝不戒裂”螺的历惑史》50讲-6止0年开代引半起全贴国性合停工聚。清华总大学挡刘光假廷教干授2仗00换0年参在新跑疆石鸦门子每碾压鲜混凝址土拱个坝中块提出保温熔保湿概念课，继惊而研孟究温湿炎耦合摄效应芬兰VA述IS立AL哀A公司释生产嫩的指己示器(HM寄I4企1)及温哗湿度抓探头(HM有P4托2)误差垃在3偏％以公内，减国内吐5％碳化郑收缩碳化雪收缩士指大猴气中说的二已氧化父碳在壶有水纳分条繁件下迎与已尝水化扇的水彼化物论（实尿际介廉质是叠碳酸炊）发吊生化胖学反地应产运生的陷收缩翻变形涉。碳化鱼速度北取决细于混研凝土桨的含祥水量诱和周旬围介骗质的窃相对名湿度井以及漆二氧魄化碳右的浓踏度。忍随水悦灰比北的加末大碳冻化深驱度增沿加；神二氧搞化碳哑浓度提越大杏碳化轧速度座越快乓；碳喊化作化用只北在适兄中的魔湿度扣（越50舅%）才祝会较免快地查进行土。徐变训（lo脏ad气、t虚im贱e）定义索：持续穗荷载衫作用丽下变垮形随闯时间缠不断颈发展方的变览形。意义衣：混凝前土徐变动变形听一般奇比瞬俩时弹宅性变谣形大债1~联3倍试验剪研究粪的困窑难：1、C（绸t，掘T）缩慧～t储，变形岂很小按；2、长时仙间保呢持荷套载或框位移为的恒筹定3、芽难以抢和干相缩、尺温度葱变形的分离4、冻影响收徐变退的因金素很晕多（原材列料配叛合比岛、环狭境相毙对湿膀度、夺周围魔温度旦、结备构尺赚寸加豆荷龄眉期、备加荷赴应力适比、铲持荷性时间）弹簧岸式弹簧乏式是固先通晨过用油压电千斤怠顶施加苦压力栗。使筋试件门和弹下簧同巩时受顺力，腰再利伴用锁那紧螺木母固妹定顶陈部压康板，甩靠压割缩弹款簧获墓得稳府定的露荷载堆，荷葬载大主小要荡用测力复计或装伏在千兔斤顶辱上的油压东表等工它具测桌定。闹实验劣开始饲时要拐调整扛各个茅方向钢的弹纤簧，井从而仍达到懂均匀交加载嫩的目尾的。干实验旗过程认中还全要不旨断地慕检查演荷载休，以堵防止帅应力掉松弛桌，这乎一过碗程非惩常繁舰重。注：我国勇的水晋电、沸交通耗和建残筑部涌门基脑本上叫都采旁用弹挂簧式雾徐变节仪。弹簧心式1－试件；2－弹簧；3－压板；4－锁紧弹簧式单轴徐变仪2314混凝何土双肉轴徐避变试义验机瓶为长狂春试贤验机召研究吉所与贩清华机大学外水利彼系共沈同设挥计，况并由倡前者缘瑞开发吼制造便出来陶的。期该机骆器由主机霸、电欠控箱和计算们机控克制处勇理系情统三大谣部分备组成猎。自行带研制菊的双慌轴徐秀变仪自行挽研制栗的双寄轴徐哗变仪图2-1徐变试验机主机图2-2徐变试验机电控箱自行室研制价的双口轴徐达变仪继_技术蚊指标1)加载捡方式忠：采缺用机煎电伺广服机脉构提熔供垂介直与手水平锤方向需的荷况载；2)加载熊能力旬：垂狮直方颜向为50估0KN（压）兄,水忧平方灯向为30游0KN（压）册；3)荷载狮测量漏方式帮及精宽度：罗采用繁轮幅恭式测搜力传阀感器熔测量拣；精命度为1％示议值；4)加载盆速率扯：在2KN典/M膨in跨~2答00田KN区/M酒in之间祝连续艳可调新；自行秆研制超的双瓜轴徐佩变仪5)厘变形荷测量续方式覆：采熄用差净动式凯位移书传感苗器测挥量；6)变形细测量侍范围够及精环度：哭变形宁测量削范围抄为1mm，精度嚷为0.普5%F.章S，分辨师率达翼到0.嫂1um；7)试验盖机控杨制和容数据彼处理扰：计寒算机株控制洲、处鼠理、品打印千；8)试样咱尺寸邪：10绩010拆010接0mm或20郊020奋040筹0mm电；9)外形址尺寸清：主匹机为21转00×10古00×27述50mm（宽×电厚×礼高）捕；电马控箱静为60毯0×60攻0×16拘00mm（宽×予厚×贡高）虫。垂直变形测量单元垂直变形传感器水平变形传感器垂直变形测量单元计算机打印机实验控制单元垂直伺服电机水平伺服电机垂直伺服控制器水平伺服控制器加载丝杠垂直、水平测力单元垂直力传感器垂直水平力传感器水平自行正研制抢的双约轴徐嫂变仪乓—控制这图42136578910121116151413

1－导向杆；2－上横梁；3－垂直力传感器；4－支撑丝杠；5－水平伺服电机；6－谐波减速器；7－球形压头；8－滚柱9－试件；10－水平力传感器；11－滚珠丝杠；12－滚动导轨13－谐波减速器；14－伺服电机；15－滚珠丝杠；16－涡轮升降机CS地S－循28桐3混凝榆土双毛轴徐胳变仪私主机墓结构许示意基图温度月控制实验室温度变化曲线配备泼了三说台Mc巩wa舱y冷暖爪空调20才±0桑.5℃湿度新控制试件姥在放包入徐糖变实帜验室脉之前控都用清漆状涂抹楼表面，以赠减弱骄和周基围环串境之杯间的麻湿度逃扩散着。另大外在层实验穴过程竞中，斗用亚茧都加严湿器析厂生蜜产的TH逃-4清/Q期D加湿册器控制呼湿度迹，它藏由置贡于实纤验室俯中间拜的湿录度传预感器虚控制灿，以望保持托房间摆内的比湿度案恒定章。实坐验室宜中湿擦度控篇制在±50％相鹊对湿民度。荷载线的长责期稳猪定性图2-4荷载、时间变化曲线实验锻结果1－吧实测岔单轴绪应变A12－实测本双轴凝徐变A23－按照尘叠加殊原理腔得到蒸的双搂轴徐贞变14担天龄雅期长净方体替试件辆混凝仪土徐驰变曲嗓线实验葱结果1－姐实测册单轴石徐变A32－按照都叠加芳原理较得到威的双医轴徐厕变3－伞实测犹双轴蒙徐变A460沿天龄鲜期长爬方体恶混凝姿土试脆件徐敲变曲央线自生摩体积西变形禁（简蔑称自谦变）定义宴：混凝愧土在赢恒温窄绝湿舱条件哈下，顾仅仅甘由于矿胶凝姥材料侮的水可化作杀用引瓶起的丑体积乏变形歇称为田自生樱体积全变形示。它胡不包部括混塘凝土攀受外盖荷载尼、温宴度、烦湿度圈和碱-活性型骨料六影响悠所引拌起的觉体积施变形歼。试验卸研究龄的困仁难：1、C（涛t，纺T）据～t驼，变形讲很小；2、泄难以垒和干梁缩、僚温度言变形拒分离4、示影响护自变唱的因肠素很录多自变为的研肠究现酱状1、码50枪多年升前H.尿E.怨Da革vi原s就提喝出了性自生仔体积兔变形愤的概咳念。他测众的自段变（框水灰排比大狠）：50魔～1执00微应帆变干缩榴：20豆0～胳10测00微应得变A、和干美缩(矩约怪)比目小一蹈个数炕量级宇；B、实际绝测量回的干腊缩中间包含貌了自多变。自变霞的研埋究一时直没盗有得仰到重星视。自变堵的研钓究现柏状2、桂80祝年代趁人们爽发现接过去耽对自斑生体魂积变酱形的伴测定演由于不能悲真正宪保持换试件拘保持墨绝湿摧状态（往躬往是损密封徐不好雅），困造成桑试验院测量纺数据橡不准龟确。3、凑发现忽水泥菊品种坊不同蹲自生默体积避变形菊并不蹦是以祖前认榆为的专只收及缩不巾膨胀站，而吐是有胀耻有缩，变拼形有社大有魄小。4、异出于林对大寒坝混窗凝土畜温降姿产生悟的收筑缩裂倒缝的惠控制骑的考残虑，微膨贿胀混茂凝土开始伏受到辟人们厨的关哗注。自变拦的研袜究现钩状5、扎90射年代E.订Ta触za身wa等研尽究发羡现，扰随水隶灰比易的减梅小砂日浆和灵混凝猎土的梳自生鼠体积设变形辩反而芦增大胃，这晚和干毅燥收幸缩不维同（盈干缩斑随水污灰比仰减小捞而减遍小）没，并洪且当获水灰庸比降赞至0曾.2街时发呀现混艰凝土恶试件那3个泽月的威自生吼体积岛变形春达到40报0个粮微应捉变。从此纤混凝满土的匹自生捆体积列变形县的研毒究开击始受颜到广伴泛的底关注快，并纪进行演了广衔泛深浴入的灭研究屠。自变野的测绘定—件—注屯意事旧项（1决）在律整个尊测试部过程子中系净统的密封尖状况固要良阳好，即碍必须王保证桃试件盲在整披个测掠试过恼程中跑保持暖恒重榴，不早允许留有透快气透恢水现澡象，渐以前买由于练试件档密封卧方法斜不良刻造成仿试验跌失败著或测轿量数勇值不甚准确固的很谋多；（2饿）由其于自届生体糕积变车形在栏早期专产生举的变睡化较蛛大，僻要求据在早阵期弹副模很踩低时罩（初咏凝）府就开贿始测芹定，着所以怎对测狸定仪厉器的精度歌要求夏较高（微跑米量抄级）切；（3兼）考拨虑到屑温度香引起废的变期形很泉大，胁测量辣方法猪一定窗要包城含测醒量试货件内立部的堵温度锯以及处线膨在胀系权数，喜在试樱验结晨果中扣除断温度妇的影掉响。自变插的测猾定方虫法应变胁计法千分丘表法高精填度的雁位移愉传感芦器我国文水工贫自变采用蹄差动膜式电滚阻应材变计趴（长涉度10置0～25狸0毫米字，DI者-1柿0型或DI萌-2悄5型）炉和水妇工比燥例电隙桥测逆量，话预埋嫩在试浇件内训，用艰引线交和仪庭表连寇接读去取变心形。自变初的量捐测—应变秤计法1—狱—白鸦铁皮各筒；2——给橡胶猜皮筒严；3——肥塑料扮袋；4——徒试件碗；5—逼—应变计；6——尽锡焊缝；7——姜密封净膏；8——渠电缆您；电阻泡应变碰计法网混凝魂土自跳生体叮积变躁形的己测量拼装置优点扬：密封徐性好沫，仪理器性盘能可即靠，陡测读半方便肯，受耕外界鸣干扰肺因素黄少缺点塌：早期况混凝浅土的扣自变衔不能朝准确板测量。一次萍性使赛用，貌消耗最较大电阻挪应变凤计对滤于温残度而苹言它趁有滞馅后的目现象膛。研究为表明反：相凭同的凡温度散补偿灯系数皆对不陷同的通温度傅计算艳出的草自变捷值影冲响很勿大，岭最多多可相阴差3笛0～他40卧微应屑变。自变孙的量撞测—应变范计法自变循的量逐测—千分厘表法浇筑陵时在扶试样价两侧伞预埋绢器件阶，再商用千梯分表叹等仪阵器测仁量该拾两个腔预埋狸件之程间的哭变形。确保泄预埋惹器件屈和混勿凝土捆之间锹粘结，测量茅精度忘比较菊低。目前闸在土储建、剃交通悄等领宵域还接在广对泛使吗用1—枯混凝侮土2—结密封佩板3—铲混凝毛土测孟头4—蜓千分唤表架5—适支架篮立柱6—滨橡胶具垫7—奴千分磁表8—菠铜热山电阻9—蓬紧固知螺丝10冒—特难富纶霸垫板11火—有菊机玻响璃衬吨板12念—高谱度调颗节螺悔丝千分扁表法局的测摊量装准置自变贤的量稻测—千分套表法优点锹：1、态可以落测定扎初凝合后的歼自生源体积象变形2、朝投资唤小3、趁降低梢了试著模对脏混凝滴土收究缩的脊约束寺作用趋等缺点1、爸测量同精度罚比较堤低2、果无温毅度补盯偿3、烦受试上件尺膝寸的晃影响杠大自变凑的量渗测—高精液度位践移计拜法包括弓高精展度位绩移计双、固底定支兽架、渣混凝呼土密法封模蝴具桶李以及缘瑞测温登设备浮四部完分高精卫度位品移计撞指标挣：精度葬可达稼0.袜1微勉米传感班器对纠静电在感应浩和电饱磁场巾，具框有较逝强的隆抗干搬扰能芒力温度氏敏感登性差阅：差动启变压殿器的窜温度卷系数掠：-0贷.0虾1%躁/℃～-0园.0梅5%占/℃测量灿范围野大：艰-1脱0～秆70息℃自变喷的量龄测—高精厚度位幕移计荐法固定戏支架骑主要尝有底杯板、陪立柱眨、可削调悬价臂杆光、内消套和钥外套湿组成可实养现粗倒调和伸微调绿使仪趋表调独零。密封声模具银桶用镀指锌铁宋皮材丘料制徒作。苍直径墙16类0mm悉,高度虎33圈0mm屿，并用扶塑料洞布、柔黄油含和2mm厚橡绕皮贴等于铁塑桶内看壁。测温版设备模（内菠部测室温和泻外部播测温堤）内部盐测温筝设备莲采用葛北京挤东华菜自动肚化仪娘表厂棉生产麦的XJ蹈Y-椒01燃62智能善巡检爷仪，拉可以角同时向测1蓬6个响点的畜温度烫；外情部测香温设矛备采觉用北兔京师你范大蜻学司那南仪协器厂捉生产尘的数暗字温稳度计1—澡石英絮棒2—免玻璃领管3—步橡胶粥指套4—微密封翠桶壁5—歼橡胶堡皮6—显黄油7—鸭塑料道薄膜8—卡混凝营土9—燥密封樱盖10闷—热意电阻密封弟桶(左)和测习温桶(右)特点街：1）传感黄器测伤量精营度高乌，可陈达0.幼1微米首量级，较墨千分窗表精忆度高对出10倍；2）由氏于传绳感器男是通亮过玻厕璃板鸟和石锋英棒挖测量算的，污所以肯测量挠不受痛混凝蛾土强听度的屡影响稼，可粪以实伸现浇注漠成型售后立转即进行核对自扒生体污积变忠形的砖测量盾；3）固标定支营架中蜜的可膊调悬蒜臂杆留可以肢上下陡移动聚，通汗过粗甘调适应争不同榴尺寸巨试件的测恼量；4）密勇封桶净通过乌