水工混凝土结构标准抗裂等级构建及评价体系研究

The cracking problem of hydraulic concrete structure hasn't been solved absolutely.This problem should be solved based on the structure aspect and not based on concrete material aspect only. The effects of concrete material composition, construction and curing measures, restrain degree and environmental conditions on concrete anti-cracking grade should be considered to set up anti-cracking grade. A standard anti-cracking grade will be set up to solve the concrete cracking problem. And the fact that nowadays result is incompatible can be avoilded. This project will set up the anti-cracking grade of hydraulic concrete structure, which is similar to concrete strength grade, frost resistant grade and seepage resistance grade. The important factors affecting the anti-cracking performance will be determined by analysis. The calculation models will be presented based on experimental study and simulation analysis. The standard statues of evaluation systems on concrete anti-cracking grade will be presented considering the situations of real project such as concrete composition, construction and curing measures, restrain degree and environmental conditions. The key factors of the evaluation system of the concrete anti-cracking grade will be presented and the corresponding system will be set up. The way to utilize the concrete anti-cracking grade for typical hydraulic concrete structures will be proposed based on experimental study and simulation analysis.Based on the achievement of this project, the design department can propose a quantitative requirement of the anti-cracking grade according to structure types. The construction enterprise may choose the proper concrete according to the requirements. The inspection department can evaluate concrete anti-cracking grade according to the evaluation systems. The business owners and management department can fundamentally control the problem of concrete cracking.

水工混凝土结构的裂缝问题至今未能很好地解决，宜从结构而非完全从材料的角度综合考虑材料组成、施工工艺、约束程度和环境条件等各方面的影响，建立标准的可供比较的平台，避免各自为政、甚至得出互相矛盾的结果。课题将提出针对水工混凝土结构的标准抗裂等级的概念，类似于混凝土强度等级、抗冻等级和抗渗等级；通过分析，确定影响混凝土抗裂性能的重要因素，并通过试验研究和仿真分析探明其变化规律并提出相应的计算模型；综合考虑施工工艺、约束程度、环境条件和典型水工混凝土结构的实际情况，确定混凝土结构抗裂等级评价的标准状态；提出混凝土结构抗裂等级评价的关键指标，并建立相应的评价体系；另外通过试验研究和仿真分析提出典型水工混凝土结构抗裂等级的取用方法。成果可供设计部门对不同结构提出定量的抗裂等级要求；施工单位依据要求选择抗裂性能合适的混凝土；检测单位可依据评价体系评定混凝土抗裂等级；业主和管理部门可从根本上控制工程裂缝。

水工混凝土结构的形式复杂、服役环境多变以及施工方法的不足，加剧了混凝土结构的开裂危害。尤其是混凝土早期各种收缩由于受到约束而导致开裂，已经成为影响水工混凝土结构安全的重要原因之一。裂缝问题长时间难以得到有效解决的关键在于缺少混凝土抗裂等级及相应的量化标准。要制定混凝土抗裂等级，对材料的抗裂性能进行评价是一个很好的研究切入点，但是相关试验方法考虑因素的不全面、试验设备局的限性以及影响混凝土开裂因素机理的复杂性，都限制了混凝土抗裂性能的评价研究的发展。项目对混凝土抗裂性能测试方法和混凝土抗裂性评价方法进行分析研究，提出了现代混凝土抗裂等级的概念并建立起了考虑多种因素的现代混凝土抗裂等级评价方法。主要内容及成果如下：（1）研究混凝土抗裂性的影响因素计算模型，通过分析混凝土的力学参数模型、热学参数模型、变形参数模型和约束系数计算模型，选取其中对混凝土抗裂性的主要影响因素模型整理对比分析。确定影响因素计算模型的参数情况与适用条件，并对不同的计算模型进行筛选并选取合适的参数模型用于混凝土抗裂性评价计算。（2）通过对混凝土抗冻抗渗等级与裂缝控制标准的分析研究，提出混凝土抗裂等级的概念。基于对混凝土抗裂性影响因素模型的研究，确定所采用的混凝土约束应变与极限拉伸应变比值的计算模型，用于进行混凝土抗裂等级的评价，并给出混凝土抗裂等级评价模型的具体计算方法。（3）通过选取实际工程案例，研究了不同约束条件下混凝土的开裂特性，用混凝土抗裂等级评价模型计算混凝土开裂风险并进行混凝土抗裂等级的评定，基于抗裂等级模型的计算与实际工程状况的对比，来分析此混凝土抗裂等级评价模型在工程中的可行性与适用性。针对试算的现代混凝土工程实例情况，探讨该混凝土抗裂等级评价模型在设计、施工和监测、检测过程中的应用方法。