掺氧化镁溷凝土建造高碾压溷凝土重力坝的温度补偿计算方法.doc

掺氧化镁混凝土建造高碾压混凝土重力坝温度补偿计算方法胡平,杨萍(中国水利水电科学研究院结构材料研究所,北京100038)摘要:本文剖析了大坝混凝土掺氧化镁后温度徐变应力变化规律,建立了考虑温度历时效应氧化镁微膨胀混凝土仿真计算方法,计算中考虑了温度对混凝土自生体积变形影响,严格按照混凝土龄期与温度场分布状况,选取与之相对应自生体积变形增量。并以一工程为实例,比较了坝体混凝土掺或不掺氧化镁温度徐变应力不同。得出结论认为,在大体积混凝土内部,掺氧化镁能够起到补偿温度应力作用,但是,对靠近边界部位混凝土,由于混凝土表面一定范围内温度梯度较大,加之边界周边环境因素影响,如没有采取有效表面保护措施,将会引起局部膨胀量不一致,从而削弱掺氧化镁补偿作用,甚至有可能增加局部混凝土拉应力,引起早期表面裂缝。关键词:氧化镁;微膨胀混凝土;温度历时效果;混凝土大坝中图分类号: 文献标识码:A 大体积混凝土结构由于水泥水化热作用及周围介质温度变化,往往使结构产生较大温度徐变应力,从而导致结构出现裂缝。近年来,随着膨胀水泥混凝土研究与发展,人们逐渐认识到,合理调节水泥矿物成分,使混凝土产生膨胀性自生体积变形,将会有效地改善混凝土抗裂性能,简化大体积混凝土温控防裂措施。其中有效措施之一,就是在混凝土中掺入氧化镁膨胀剂。氧化镁在混凝土中发生水化反应,生成氢氧化镁;由于其水化反应较慢,因此在混凝土中产生延迟性膨胀变形,得以补偿混凝土内部由于温度与干缩所引起收缩变形,减少结构收缩应力,防止裂缝发生。目前,已有一些水利工程,在局部或特殊部位(如东风拱坝基础填塘、陡坡等部位)使用了该项技术。本文阐述了掺氧化镁对大坝各部位混凝土应力补偿功效,所得结果可供设计与施工参考。1温度补偿计算方法研究随着在混凝土中外掺氧化镁技术不断完善,在一些世界级高碾压混凝土坝设计与施工中,该项技术已逐步推广到主体结构混凝土中。经过科研人员长期研究试验,人们对掺氧化镁混凝土特性,已经达成如下共识[1]:(1)由氧化镁水化生成氢氧化镁速度与温度有关,温度越高水化速度越快,氧化镁混凝土膨胀速率与氧化镁水化速度成正比,因此,掺氧化镁混凝土自生体积变形,不仅是龄期t函数,同时还是温度T函数;(2)氧化镁混凝土最终膨胀量只取决于其所掺氧化镁含量;而达到最终膨胀量所需要时间,则与温度有关;(3)氧化镁水化反应不可逆,由此而产生膨胀亦不可逆,且单调增加。因此,氧化镁混凝土膨胀性单调递增且不可逆。混凝土结构在热、力作用下单元温度徐变应力矩阵方程为[Kn]e{Δδn}e={ΔPnttc}e+{ΔPcbn}e+{ΔPnT}e+{ΔPon}e+{ΔFn}e(1)式中:[Kn]e为单元刚度矩阵,;{Δδn}e为单元结点位移增量向量;{ΔPnttc}e为瞬态徐变等效荷载;{ΔPcbn}e为n时段基本徐变增量等效荷载;{ΔPnT}e为单元温差变形增量等效荷载;{ΔPon}e为自生体积变形增量等效荷载;{ΔFn}e为n时段单元结点力增量。集合所有单元,即可求得整体域上应力剖析矩阵方程[Kn]{Δδ}={ΔPnttc}+{ΔPcbn}+{ΔPnT}+{ΔPon}+{ΔFn}(2)求出n时段位移增量{Δδn}后,即可求得应力增量。对于其中自生体积变形增量等效荷载{ΔPon}e,有:(3)式中:{Δεon}为n时段自生体积变形增量。考