數(shù)理方法分析直線加速器大體積混凝土溫度裂縫控制

1、數(shù)理方法分析直線加速器大體積混凝土溫度裂縫控制【摘要】以醫(yī)療建筑中的直線加速器室為例，運(yùn)用數(shù)理分析的方法，提供動態(tài)的控制信息，分析討論了大體積混凝土溫度裂紋產(chǎn)生的主要原因，提出了一系列防裂措施，對今后大體積混凝土的溫度裂紋控制具有指導(dǎo)意義?！娟P(guān)鍵詞】大體積混凝土；溫度裂紋；數(shù)理分析隨著經(jīng)濟(jì)的開展，現(xiàn)代建筑日益朝大規(guī)模的方向開展。在橋梁工程中，隨著橋梁構(gòu)造的跨度不斷增加，根底混凝土體積越來越宏大，裂縫的控制在土木工程中越來越成為影響工程質(zhì)量的關(guān)鍵因素。詳細(xì)分析大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的機(jī)理及其開展過程，并討論有效的控制措施，對保證工程質(zhì)量和工程的正常使用具有重要意義。本研究以某醫(yī)院的直線加速器室的大

2、體積混凝土作為對象，運(yùn)用數(shù)理分析的方法，分析隨著外部環(huán)境的變化和水化熱的逐漸釋放，控制大體積混凝土內(nèi)部溫度的應(yīng)力，并通過觀察總結(jié)出對橋梁、建筑等構(gòu)造中大體積混凝土防止溫度裂縫發(fā)生具有指導(dǎo)意義的一些措施。1裂縫在醫(yī)療建筑直線加速器室中的危害醫(yī)療建筑中的直線加速器的建立對改善就醫(yī)條件、進(jìn)步醫(yī)療質(zhì)量有積極的促進(jìn)作用，但工程的建立對圍圍的環(huán)境將會產(chǎn)生一定的影響。直線加速器利用其產(chǎn)生的射線殺死癌細(xì)胞，其產(chǎn)生的X射線具有連續(xù)能譜，它的最大能量等于被加速的電子能量，假如射線外溢，那么會對公眾產(chǎn)生輻射危害。放射線性的物質(zhì)的射線種類不同以及與人體接觸方式不同，產(chǎn)生的危害程度也不同。所以機(jī)房大體積混凝土要采取防裂

3、措施，減輕環(huán)境污染，防止危害、保護(hù)環(huán)境、保障人體安康。影響其開裂的因素很多，本研究著重分析溫度變化引起的裂紋。2大體積混凝土由于溫度變化引起裂縫的主要原因混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì)，當(dāng)外部環(huán)境或構(gòu)造內(nèi)部溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生變形，假設(shè)變形遭到約束，那么在構(gòu)造內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時即產(chǎn)生溫度裂縫?；炷翜囟茸冃问侵富炷岭S溫度變化而發(fā)生的膨脹或收縮，溫度應(yīng)力是由溫差引起的溫度變形而造成的，一般溫差愈大，溫度應(yīng)力也愈大。大體積混凝土的開裂主要是由溫差引起的。在某些大跨徑橋梁中，溫度應(yīng)力可以到達(dá)甚至超出活載應(yīng)力。溫度裂縫區(qū)別其它裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴(kuò)張或合攏。引起溫度變化

4、主要因素有：年溫度；日照；驟然降溫；水化熱。年溫變化是極緩慢的氣溫變化所致；日照溫度變化主要是太陽輻射作用致，其次是氣溫變化影響，后者相對于前者來說要小得多，再次之是風(fēng)速影響；降溫溫度變化主要是強(qiáng)冷空氣的侵襲作用和日落后在夜間形成的內(nèi)高外低的溫度分布。這3種溫度變化，都是自然環(huán)境條件變化所造成的，人們難以消除它。由于水泥的水化熱作用，混凝土澆筑后要經(jīng)歷升溫期、降溫期和溫度穩(wěn)定期3個階段?；炷翗?gòu)造在澆筑初期，由于水泥水化過程中發(fā)出的熱量，升溫速度很快，混凝土內(nèi)部升溫值一般在35天內(nèi)產(chǎn)生，3天內(nèi)溫度可到達(dá)或接近最大溫升，一般可到達(dá)5559，此后趨于穩(wěn)定并開場降溫。但由于混凝土導(dǎo)熱性能差，混凝土內(nèi)

5、部溫度聚集在構(gòu)造物內(nèi)長期不易散失，在早期水化熱溫度迅速升高階段，由于混凝土內(nèi)、外散熱條件不同，形成溫度梯度，內(nèi)外溫度使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，外部產(chǎn)生拉應(yīng)力，假設(shè)大于相應(yīng)齡期的容許拉應(yīng)力時就有可能產(chǎn)生裂縫1。在混凝土降溫階段，混凝土的溫差引起的變形加上混凝土的體積收縮變形，受到外界條件的約束時(如新澆混凝土受內(nèi)部鋼筋、封底混凝土、樁頭、承臺、模板等約束)，而不能自由收縮，此時彈性模量相對較低，假設(shè)降溫梯度過大就容易產(chǎn)生較大的溫度拉應(yīng)力，在構(gòu)造體中央斷面產(chǎn)生內(nèi)部拉應(yīng)力，當(dāng)該拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時，整個混凝土截面就會產(chǎn)生貫穿裂縫，這種裂縫對混凝土質(zhì)量、耐久性都將造成不良影響。因此，控制溫差應(yīng)盡

6、量降低溫度梯度，這是保證不產(chǎn)生裂縫的根本。水泥水化熱主要取決于它的礦物成份，各種礦物成份的水化熱值表如表1。表1水泥中各種礦物成份的水化熱值略由表1可見，3S和3A的發(fā)熱量最大，因此有同品種、不同標(biāo)號的水泥所含礦物成份不同，具有不同的水化熱，在大體積混凝土中要適中選用。在大體積混凝土中，應(yīng)優(yōu)先考慮采用3S和3A含量低的水泥，如大壩水泥等。3物理方面的溫度場從澆筑完成開場，大體積混凝土就處于一個動態(tài)溫度場中，這個溫度將引起應(yīng)力，所以在控制大體積混凝土裂縫方面，溫度場引起的應(yīng)力起到關(guān)鍵作用，有必要首先分析溫度場及其變化過程。澆筑剛剛完成時，混凝土的初始溫度為入模溫度，即內(nèi)部任一點(diǎn)，其初始溫度T0=

7、入模溫度。導(dǎo)致混凝土開裂的溫度應(yīng)力是混凝土內(nèi)此點(diǎn)與周圍溫度T(t)引起的混凝土變形造成的?；炷羶?nèi)外溫差是水化熱的絕熱溫升T(t)、混凝土澆筑溫度T0、混凝土構(gòu)造物的散熱溫降T(t)、外界溫度Ts(t)的疊加。T(t)=T(t)+T0-Ts(t)-Ta(t)(1)在絕熱條件下，即水泥與外部沒有熱交換時，水泥水化熱不能散發(fā)出去，混凝土溫度將持續(xù)升高，不同的水泥品種和單位體積的水泥用量影響溫度升高規(guī)律，溫度隨時間上升的計算曲線為：T(t)=q(1-et)(2)其中為水泥含量kg3,q為kg水泥水化熱量，為比熱，一般為0.921.0103Jkg.，為混凝土密度，為水泥品種有關(guān)系數(shù)，一般取0.30.5。在一般的建筑鋼筋混凝土構(gòu)造設(shè)計中，主要考察在使用過程中構(gòu)造的內(nèi)力和變形，所以混凝土彈性模量主要采用齡期足夠長、材料性能趨于穩(wěn)定后的值。通過對大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的原因分析，主要從降低水泥水化熱、降低混凝土入模溫度、通水散熱、混凝土養(yǎng)護(hù)、嚴(yán)格控制拆模時間等幾方面做好混凝土溫度控制工作，確保：混凝土的內(nèi)表溫差不超過25；折模時內(nèi)外溫差小于25；最大降溫速率要小于2.0d，盡量降低混凝土內(nèi)部溫度的升降速率。表3測溫統(tǒng)計表略5分析總結(jié)數(shù)理分析方法可以反映大體積混凝土內(nèi)溫度變化的動態(tài)信息，運(yùn)用該方法在混凝土構(gòu)造設(shè)計、施工中能正確選擇混凝土材料和施工方法，根據(jù)工程的地質(zhì)、氣溫、日照情況建