某泵站混凝土防裂方法研究

□周曰農（國務院南水北調工程建設委員會辦公室）

□郭 磊 □陳守開（華北水利水電學院）

1.引言

泵站結構一般屬于薄壁結構，斷面形狀不一，比表面積大，受外界環境氣溫、水溫及濕度影響大，加上如果澆筑順序或工程施工質量不好，就可能使得混凝土出現較大的拉應力，超出允許抗拉強度就導致裂縫產生。對于裂縫，普遍認為是多種因素共同作用的結果，主要是由于體積的變化及由體積變化受到約束而產生的應力所造成的。國內外學者從溫度和結構著手，對防裂方法做了大量的研究，而其中以溫控防裂研究最多。常用的溫控防裂方法有：表面保溫，通水冷卻及添加外加劑等，墩墻內布置砌體也可達到理想的防裂效果。

2.基本原理

砌體是包括多種材料的塊體砌筑而成的，其運用在結構中的主要原理是減少混凝土的用量，節約成本，不會產生水化熱，引起溫度變形，并且和混凝土結構一樣有較強的抗壓性能。

在計算域R內任何一點處，熱傳導方程可以表示為：

式中：為混凝土溫度（℃），a為導溫系數（m2/h），θ 為絕熱溫升（℃），τ為齡期（d），t為時間（d）。

所引起的溫度變形為：

式中：εx、εy、εz為溫度引起正應變，γxy、γyz、γzx為溫度引起剪應變，α-混凝土線脹系數或凍土自由凍脹系數，T-溫度。

3.工程實例

杭州某大型混凝土泵站采用C30混凝土，9月中旬澆筑，地基為砂土，相關參數見表1，鋼模板支護，表面裸露，就泵站進水流道的漸變段設置磚砌體和沒有砌體兩種情況自然狀況施工進行仿真分析，其中磚砌體是在周圍混凝土澆筑前施工，在周圍混凝土澆筑前保持砌體濕潤，砌體的設置都是由經驗而來，砌體布置位置及特征點位置見圖1。

圖1 砌體設置部位和特征點布置圖

就第3流道的進水流道段進行研究，由于結構對稱，取一半建模，有限元計算模型見圖2。

3.1 氣象資料

由于缺乏實測數據，考慮溫度年變化，參考文獻來選取平均各月相對濕度和月平均溫度見表1。

3.2 計算參數

圖2 有限元模型圖

表1 月平均溫度表

圖3 有無砌體特征點溫度、應力歷時曲線圖

式中：C 為徐變度；t為時間（d）；為混凝土齡期（d）。

3.3 結果分析

通過對有無砌體兩種施工情況計算結果分析可知，設置磚砌體減小了水化熱，使得流道混凝土內外溫度都有所降低，只是降低的幅度有所不同。靠近砌體的內部點在沒設砌體時最高溫度為43.7℃，出現在齡期3.3d，而設置砌體之后內部點溫度峰值為38.5℃，出現在齡期1.5d；對于流道表面點，降溫幅度不是很明顯，由此可見，設置砌體可以大大減小流道內外溫差，從而減小早期表面的溫度應力。

設置磚砌體對內部點應力的影響是不利的，設置磚砌體導致內部點應力增加，增大了后期“由里及表”型裂縫出現的幾率。這種不利影響的主要原因應該是混凝土與磚砌體變線膨脹系數相差過大。一般認為混凝土線膨脹系數比磚砌體線膨脹系數大一倍，在環境溫差影響下，混凝土產生熱脹冷縮變形比較大，而磚砌體變形則小得多，兩者之間因性能差異產生相對位移，致使內部應力加大。改變這種情況的措施是選擇線膨脹系數與混凝土相差不多的砌體材料。

4.結論

泵站流道的漸變段混凝土體積一般很大，散熱速率慢，加上底板的約束，是極其容易產生裂縫的。針對這種特殊的問題，本文通過對砌體對裂縫產生的影響進行了研究，可知：

4.1 設置砌體可以減小混凝土早期的表面溫度應力，減少早期表面裂縫的產生幾率。4.2設置砌體有可能導致后期“由里及表”型裂縫出現的幾率增大，砌體材料的選擇至關重要。

表2 材料參數表

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