一种大体积混凝土消应控制裂缝方法
【专利摘要】一种大体积混凝土消应控制裂缝方法，通过对大体积混凝土施加动应力，使大体积混凝土内部不平衡应力趋于均化，降低混凝土内部应力集中，消散有害应力，从而有效预防和控制混凝土裂缝的产生；对大体积混凝土施加动应力的方式为：通过激振锤施加动应力和/或爆破振动产生动应力和/或低频的温度升降产生的交替拉压应力产生动应力。本发明提供的一种能将混凝土内部有害不平衡应力均化和消散的大体积混凝土消应控制裂缝方法，可以解决混凝土裂缝问题，能有效降低混凝土内部应力集中水平，均化不平衡应力，进而达到提高混凝土抗裂性的目的。
【专利说明】一种大体积混凝土消应控制裂缝方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种提高混凝土抗裂性的方法，尤其是一种能将混凝土内部有害不平衡应力均化和消散，进而提高混凝土抗裂性的大体积混凝土消应控制裂缝方法。
【背景技术】
[0002]混凝土是由水、砂、石、胶凝材料以及掺合料、外加剂等经过拌制、浇筑成型凝固而成的一种建筑材料，其凝固过程是复杂的化学物理反应过程，也是混凝土强度逐步增加的过程，这个过程一般长达7-28天，甚至更长时间。在混凝土凝固过程中，混凝土的体积也通常会发生变化，由于混凝土结构受到周边结构和本身的强烈约束，在混凝土内部会产生较大的应力集中，这种集中应力对于混凝土结构来说一般是有害的，在外荷载的叠加后很容易造成混凝土开裂破坏，这种现象在大体积混凝土(《GB 50496-2009大体积混凝土施工规范》对大体积混凝土作了定义:指混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于Im的大体量混凝土)和结构复杂的混凝土中更为明显，出现裂缝进而破坏已成为混凝土工程难以逾越的技术难题。目前，通常采用增强混凝土抗裂能力、降低有害荷载强度等方法来控制混凝土裂缝，但由于混凝土内部本身的应力水平偏高或分布不均，使得混凝土承受外荷载的能力偏低，导致混凝土裂缝的产生，降低混凝土的耐久性。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种能将混凝土内部有害不平衡应力均化和消散的大体积混凝土消应控制裂缝方法，可以解决混凝土裂缝问题，能有效降低混凝土内部应力集中水平，均化不平衡应力，进而达到提高混凝土抗裂性的目的。
[0004]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种大体积混凝土消应控制裂缝方法，通过对大体积混凝土块体施加动应力，使大体积混凝土块体内部不平衡应力趋于均化，降低混凝土内部应力集中，消散有害应力，从而有效预防和控制混凝土裂缝的产生。
[0005]施加的动应力与大体积混凝土块体内部实际应力的矢量和应小于大体积混凝土块体的破损应力。
[0006]对大体积混凝土块体施加动应力的方式为:通过激振锤施加动应力和/或爆破振动产生动应力和/或低频的温度升降产生的交替拉压应力产生动应力。
[0007]动应力通过激振锤周期性敲击大体积混凝土块体产生。
[0008]动应力由在大体积混凝土块体附近进行控制性爆破产生的地震波传递至混凝土上。
[0009]低频的温度升降由对布置于大体积混凝土块体内部的管道内的传热介质进行间歇通断实现。
[0010]低频的温度升降也可由向布置于大体积混凝土块体内部的管道内周期性更换不同温度的传热介质实现。
[0011]当采用激振锤施加动应力时，激振锤的规格选择以激振力为标准。
[0012]当采用爆破施加动应力时,采用爆破振动加速度计算爆破冲击力，为便于控制爆破产生的振动效应，宜采用蓄水并在水中爆破，此时可采用无限水介质中爆破冲击力计算公式，见下式(I)。
[0013]Pm=53.3 (C17VR)1-13(I)
式中:Pm—TNT球形装药在无限水介质中爆炸时的峰值压力，MPa C一装药量，kg R—测点至装药中心距离，m
激振力或爆破冲击力应选择在此时的混凝土屈服力(强度)的30%-60%。
[0014]当采用低频的温度升降产生的交替拉压应力产生动应力时，于混凝土浇筑施工时在混凝土中按温控计算布置管道，管道的空间间距宜在1.0m?1.5m，管道的管材可采用钢质或者塑料，混凝土浇筑后，向管道中通冷水或冷空气等传热介质进行降温，使混凝土温度呈锯齿状周期变化，降温幅度不超过0.5°C / d?1°C / d，传热介质的温度根据混凝土温度确定，一般应满足传热介质与混凝土温度的温差不大于20°C，为了保证混凝土温度呈周期性锯齿状波动变化，可采用间歇性通断方法，开通时则对混凝土进行降温，关断时则使混凝土升温(或者降温幅度减小)；也可采用改变介质的温度来达到。
[0015]本发明提供的一种大体积混凝土消应控制裂缝方法，利用动应力消应原理，通过对大体积混凝土结构施加动应力，使混凝土结构内部不平衡应力趋于均化，达到降低混凝土内部应力集中，消散有害应力，提高混凝土结构抗裂性能，从而有效预防和控制混凝土裂缝的产生，可以解决混凝土裂缝问题，混凝土裂缝是混凝土工程常见病，无混凝土不裂，无缝混凝土的成本极高，而采用本发明方法后，实现了低成本浇筑无缝混凝土，方法步骤简单，大大降低了成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明:
图1为本发明通过激振锤施加动应力的示意图；
图2为本发明通过爆破振动产生动应力的示意图；
图3为本发明通过低频的温度升降产生的交替拉压应力产生动应力的示意图。
【具体实施方式】
[0017]实施例一:采用激振锤施加动应力
在混凝土浇筑终凝后，或者混凝土浇筑3天后，采用激振锤给大体积混凝土块体I施加激振力，激振锤2可采用机械式、电动式、电液式、磁电式、磁致伸缩激振、高声强激振、电晶体激振等，每隔一段时间，如I天I次重复作业，当作业条件限制时，至少应每个浇筑单元作业I次,如图1所示。
[0018]作业时，激振锤2安装在大体积混凝土块体I表面中心部位，当大体积混凝土块体I表面面积大于25平方米时,宜按5米*5米划分条带,每个条带激振锤2安装在条带中心,每次激振5min，激振锤2的数量足够多时也可同步激振。激振锤参数如下:激振力50kN-300kN。实施本发明的方法后可及时大部分消除混凝土施工后凝结固化过程中体积变化受边界约束产生的应力集中以及不连续施工和局部施工荷载产生的应力集中，消减拉应力，大大增强混凝土结构的抗裂能力，使得混凝土结构在经受不利荷载组合时的抗裂免疫力增强，从而减少混凝土结构开裂风险。
[0019]实施例二:采用爆破施加动应力
当具备蓄水条件时，在大体积混凝土块体I前面拦蓄一定深度的水，利用简易浮船4悬吊一个小型炸药包5在水中，小型炸药包5沉入水下10m，如图2所示，每隔一段时间引爆一次，小型炸药包5的装药量根据上式(I)和某龄期混凝土强度估计值共同确定，如某龄期混凝土强度为15MPa，药包距离混凝土 10m，根据式(I )，Pm=4.5-9.0 MPa, R=1m,则C =1.41kg。
[0020]作业时间间隔根据施工需要确定，一般当混凝土块体结构施工达到一定规模，如6-9米高度，或者当低温季节来临前进行作业。实施本发明的方法后可及时大部分消除混凝土施工后凝结固化过程中体积变化受边界约束产生的应力集中以及不连续施工和局部施工荷载产生的应力集中，消减拉应力，大大增强混凝土结构的抗裂能力，使得混凝土结构在经受不利荷载组合时的抗裂免疫力增强，从而减少混凝土结构开裂风险。
[0021]实施例三:通过低频的温度升降产生的交替拉压应力产生动应力
在大体积混凝土浇筑块内部预先埋设冷却水管道3，管道3呈蛇形布设，垂直间距
1.5m，水平间距为L Om?L 5m，如图3示，冷却水管道3可采用直径为I?1.5英寸黑铁管或30?40mm的PVC/HDPE材质的塑料管。从混凝土开始浇筑起采用间歇通冷却水的方式向预埋的管道3内通水，给混凝土内部施加温度荷载，间歇通断的时间间隔以2?4小时为宜，通水水温按照现行混凝土施工规范和设计要求确定，一般可设定为9?12°C和14?16°C两种水温，也可采用天然河水，但应保证水温与混凝土内部温度温差控制在10°C以内，间歇通水采用安装在水管进出口的电动阀门控制。当混凝土达到温控目标温度后，可在目标温度上下正负5°C以内采用两种水温的水进行通水，对混凝土施加一个交替变化的温度应力。实施本发明的方法后可及时大部分消除混凝土施工后凝结固化过程中体积变化受边界约束产生的应力集中以及不连续施工和局部施工荷载产生的应力集中，消减拉应力，大大增强混凝土结构的抗裂能力，使得混凝土结构在经受不利荷载组合时的抗裂免疫力增强，从而减少混凝土结构开裂风险。
[0022]实施例四:通过低频的温度升降产生的交替拉压应力和爆破方式共同产生动应力首先，在混凝土浇筑块内部预先埋设冷却水管道3，管道3呈蛇形布设，垂直间距1.5m,
水平间距为1.0m-1.5m，冷却水管道3可采用直径为1-1.5英寸黑铁管或30_40mm的PVC/HDPE材质的塑料管。从混凝土开始浇筑起采用间歇通冷却水的方式向预埋的水管通水，给混凝土内部施加温度荷载，间歇通断的时间间隔以2-4小时为宜，通水水温按照现行混凝土施工规范和设计要求确定，一般可设定为9-12°C和14-16°C两种水温，也可采用天然河水，但应保证水温与混凝土内部温度温差控制在10°C以内。间歇通水采用安装在水管进出口的电动阀门控制当混凝土达到温控目标温度后，可在目标温度上下正负5°C以内采用两种水温的水进行通水，对混凝土施加一个交替变化的温度应力。
[0023]当具备蓄水条件时，在大体积混凝土块体I前面拦蓄一定深度的水，利用简易浮船3悬吊一个小型炸药包4在水中，药包沉入水下10m，每隔一段时间引爆一次，炸药包的装药量根据上式(I)和某龄期混凝土强度估计值共同确定，如某龄期混凝土强度为15MPa，药包距离混凝土 1m,根据式(l),Pm=4.5-9.0 MPa,R=1m,贝丨J C=L 41kg。作业时间间隔根据施工需要确定，一般当混凝土块体结构施工达到一定规模，如6-9米高度，或者当低温季节来临前进行作业。实施本发明的方法后可及时大部分消除混凝土施工后凝结固化过程中体积变化受边界约束产生的应力集中以及不连续施工和局部施工荷载产生的应力集中，消减拉应力，大大增强混凝土结构的抗裂能力，使得混凝土结构在经受不利荷载组合时的抗裂免疫力增强，从而减少混凝土结构开裂风险。
[0024]实施例五:通过低频的温度升降产生的交替拉压应力和激振锤方式共同产生动应力
首先，在混凝土浇筑块内部预先埋设冷却水管道3，管道3呈蛇形布设，垂直间距1.5m,水平间距为1.0m-1.5m，冷却水管道3可采用直径为1_1.5英寸黑铁管或30_40mm的PVC/HDPE材质的塑料管。从混凝土开始浇筑起采用间歇通冷却水的方式向预埋的水管通水，给混凝土内部施加温度荷载，间歇通断的时间间隔以2-4小时为宜，通水水温按照现行混凝土施工规范和设计要求确定，一般可设定为9-12°C和14-16°C两种水温，也可采用天然河水，但应保证水温与混凝土内部温度温差控制在10°C以内。间歇通水采用安装在水管进出口的电动阀门控制当混凝土达到温控目标温度后，可在目标温度上下正负5°C以内采用两种水温的水进行通水，对混凝土施加一个交替变化的温度应力。
[0025]在间歇通水的同时，当混凝土浇筑终凝或者混凝土浇筑3天后，采用激振锤2给大体积混凝土块体I施加激振力，激振锤2可采用机械式、电动式、电液式、磁电式、磁致伸缩激振、高声强激振、电晶体激振等，每隔一段时间，如I天I次重复作业，当作业条件限制时，至少应每个浇筑单元作业I次。作业时激振锤2安装在混凝土块体表面中心部位，当大体积混凝土块体I表面面积大于25平方米时，宜按5米*5米划分条带，每个条带激振锤2安装在条带中心，每次激振5min，激振锤2数量足够多时也可同步激振。激振锤2参数如下:激振力 50kN-300kN。
[0026]实施本发明的方法后可及时大部分消除混凝土施工后凝结固化过程中体积变化受边界约束产生的应力集中以及不连续施工和局部施工荷载产生的应力集中，消减拉应力，大大增强混凝土结构的抗裂能力，使得混凝土结构在经受不利荷载组合时的抗裂免疫力增强，从而减少混凝土结构开裂风险。
[0027]实施例六:通过激振锤和爆破方式共同产生动应力
当混凝土浇筑终凝或者混凝土浇筑3天后，采用激振锤2给大体积混凝土块体I施加激振力,激振锤2可采用机械式、电动式、电液式、磁电式、磁致伸缩激振、高声强激振、电晶体激振等，每隔一段时间，如I天I次重复作业，当作业条件限制时，至少应每个浇筑单元作业I次。作业时激振锤2安装在混凝土块体表面中心部位，当大体积混凝土块体I表面面积大于25平方米时,宜按5米*5米划分条带,每个条带激振锤2安装在条带中心,每次激振5min，激振锤2数量足够多时也可同步激振。激振锤2参数如下:激振力50kN_300kN。
[0028]当具备蓄水条件时，在大体积混凝土块体I前面拦蓄一定深度的水，利用简易浮船3悬吊一个小型炸药包4在水中，药包4沉入水下10m，每隔一段时间引爆一次，炸药包的装药量根据上式(I)和某龄期混凝土强度估计值共同确定，如某龄期混凝土强度为15MPa，药包距离混凝土 10m,根据式(I),Pm=4.5-9.0 MPa,R=1m,贝丨J C = 1.41kg。作业时间间隔根据施工需要确定，一般当混凝土块体结构施工达到一定规模，如6-9米高度，或者当低温季节来临前进行作业。
[0029]实施本发明的方法后可及时大部分消除混凝土施工后凝结固化过程中体积变化受边界约束产生的应力集中以及不连续施工和局部施工荷载产生的应力集中，消减拉应力，大大增强混凝土结构的抗裂能力，使得混凝土结构在经受不利荷载组合时的抗裂免疫力增强，从而减少混凝土结构开裂风险。
[0030]实施例七:通过低频的温度升降产生的交替拉压应力、激振锤和爆破方式共同产生动应力
首先，在混凝土浇筑块内部预先埋设冷却水管道3，管道3呈蛇形布设，垂直间距1.5m,水平间距为1.0m-1.5m，冷却水管道3可采用直径为1_1.5英寸黑铁管或30_40mm的PVC/HDPE材质的塑料管。从混凝土开始浇筑起采用间歇通冷却水的方式向预埋的水管通水，给混凝土内部施加温度荷载，间歇通断的时间间隔以2-4小时为宜，通水水温按照现行混凝土施工规范和设计要求确定，一般可设定为9-12°C和14-16°C两种水温，也可采用天然河水，但应保证水温与混凝土内部温度温差控制在10°C以内。间歇通水采用安装在水管进出口的电动阀门控制。当混凝土达到温控目标温度后，可在目标温度上下正负5°C以内采用两种水温的水进行通水，对混凝土施加一个交替变化的温度应力。
[0031]在间歇通水的同时，当混凝土浇筑终凝或者混凝土浇筑3天后，采用激振锤2给大体积混凝土块体I施加激振力，激振锤2可采用机械式、电动式、电液式、磁电式、磁致伸缩激振、高声强激振、电晶体激振等，每隔一段时间，如I天I次重复作业，当作业条件限制时，至少应每个浇筑单元作业I次。作业时激振锤2安装在大体积混凝土块体I表面中心部位，当大体积混凝土块体I表面面积大于25平方米时,宜按5米*5米划分条带,每个条带激振锤2安装在条带中心，每次激振5min，激振锤2数量足够多时也可同步激振。激振锤2参数如下:激振力50kN-300kN。
[0032]当具备蓄水条件时，在大体积混凝土块体I前面拦蓄一定深度的水，利用简易浮船4悬吊一个小型炸药包5在水中，药包5沉入水下10m，每隔一段时间引爆一次，炸药包5的装药量根据上式(I)和某龄期混凝土强度估计值共同确定，如某龄期混凝土强度为15MPa,药包距离混凝土 1m,根据式(l),Pm=4.5-9.0 MPa, R=1m,贝丨J C = 1.41kg。作业时间间隔根据施工需要确定，一般当混凝土块体结构施工达到一定规模，如6-9米高度，或者当低温季节来临前进行作业。
[0033]实施本发明的方法后可及时大部分消除混凝土施工后凝结固化过程中体积变化受边界约束产生的应力集中以及不连续施工和局部施工荷载产生的应力集中，消减拉应力，大大增强混凝土结构的抗裂能力，使得混凝土结构在经受不利荷载组合时的抗裂免疫力增强，从而减少混凝土结构开裂风险。
[0034]除了采用激振锤2产生动应力的方式外，还可采用振动碾的方式，在混凝土浇筑终凝后，或者混凝土浇筑3天后，采用施工振动碾在混凝土表面行走，行走时开启振动，利用振动碾的激振力给混凝土施加一个动态的作用力，每隔一段时间，如I天I次重复作业，当作业条件限制时，至少应每个浇筑单元作业I次，作业时驾驶振动碾在混凝土表面沿长度方向中心线往返一次，当混凝土表面宽度大于30m时，按每30m宽度划分一个条带，不够30m时也单独作为一个条带处理，每个条带沿中心线作业，振动碾行驶速度控制在10km/h以内。振动碾宜为自行式振动碾，参数如下:质量15吨(含15吨)以下，激振力300kN (含300kN)以下，激振频率50Hz以内，振幅2mm以内。实施本发明的方法后可及时大部分消除混凝土施工后凝结固化过程中体积变化受边界约束产生的应力集中以及不连续施工和局部施工荷载产生的应力集中，消减拉应力，大大增强混凝土结构的抗裂能力，使得混凝土结构在经受不利荷载组合时的抗裂免疫力增强，从而减少混凝土结构开裂风险。
【权利要求】
1.一种大体积混凝土消应控制裂缝方法，其特征在于:通过对大体积混凝土块体(I)施加动应力，使大体积混凝土块体(I)内部不平衡应力趋于均化，降低混凝土内部应力集中，消散有害应力，从而有效预防和控制混凝土裂缝的产生。
2.根据权利要求1所述的一种大体积混凝土消应控制裂缝方法，其特征在于:施加的动应力与大体积混凝土块体(I)内部实际应力的矢量和应小于大体积混凝土块体(I)的破损应力。
3.根据权利要求1所述的一种大体积混凝土消应控制裂缝方法，其特征在于对大体积混凝土块体(I)块体施加动应力的方式为:通过激振锤(2)施加动应力和/或爆破振动产生动应力和/或低频的温度升降产生的交替拉压应力产生动应力。
4.根据权利要求3所述的一种大体积混凝土消应控制裂缝方法，其特征在于:动应力通过激振锤(2)周期性敲击大体积混凝土块体(I)产生。
5.根据权利要求3所述的一种大体积混凝土消应控制裂缝方法，其特征在于:动应力由在大体积混凝土块体(I)附近进行控制性爆破产生的地震波传递至混凝土上。
6.根据权利要求3所述的一种大体积混凝土消应控制裂缝方法，其特征在于:低频的温度升降由对布置于大体积混凝土块体(I)内部的管道(3)内的传热介质进行间歇通断实现。
7.根据权利要求3所述的一种大体积混凝土消应控制裂缝方法，其特征在于:低频的温度升降由向布置于大体积混凝土块体(I)内部的管道(3)内周期性更换不同温度的传热介质实现。
【文档编号】E04G21/02GK104131563SQ201410365667
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2014年7月30日
【发明者】谭恺炎, 周厚贵, 陈志远, 李萌, 彭先齐 申请人:葛洲坝集团试验检测有限公司