《控制岩基约束水工构筑物裂缝关键技术与配套材料开发及工程应用》

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该项目属于水工建筑物领域。

控制和调节水流,防治水害,开发利用水资源的建筑物,通称水工构筑物,包括:各种坝、水闸、溢流道等。水工构筑物工程建造质量和运行安全,涉及国家财产与人民群众的安全,备受社会关注。建立在岩基上的水工构筑物,受岩基约束易产生裂缝,已成为行业亟待解决的关键问题。岩基约束构筑物主要有直接约束(如大坝、闸底板和溢洪道等)和间接约束(如闸墩等)两种。混凝土固化温降和体积收缩的温度应力受岩基约束,产生拉应力。当混凝土拉应力大于自身极限抗拉强度,即产生裂缝,裂缝影响构筑物的结构安全和服役寿命。尽管国内外同行从混凝土设计、材料及施工等环节,采取诸多温控措施,仍未解决众多岩基约束构筑物裂缝问题。岩基构筑物裂缝的根本原因是混凝土变形小、脆性大,因此选择变形和韧性大的建筑材料,是控制岩基约束水工构筑物裂缝的关键。橡胶混凝土是将废弃橡胶掺入混凝土中,其工程性能介于普通混凝土(刚性)和沥青混凝土(柔性)之间,集中了沥青混凝土和水泥混凝土的特点,其典型的特征是脆性小,韧性和延性大,为解决岩基约束构筑物裂缝提供了关键材料。

该项目以控制岩基约束水工构筑物裂缝为目标,提出降低岩基约束应力解决岩基构筑物裂缝的思路。针对岩基约束构筑物的不同方式及结构部位,以橡胶混凝土为基础,通过研究岩基约束橡胶混凝土的应力变化,创新了相应的有效控制大坝、溢洪道、水闸等构筑物裂缝的关键技术,经工程验证提升了构筑物的安全服役寿命。

该项目以山东省科技发展计划(项目编号;2014GSF116021)为依托,通过“产-学-研-用”模式进行技术攻关和工程实践,取得如下创新成果:

1.通过废橡胶集料改性和复合钢纤维增强増韧,提高了橡胶混凝土力学和变形性能,并可通过调整橡胶集料和钢纤维掺量,为不同工程控制岩基约束水工构筑物裂缝提供关键材料与技术保障。

2.揭示了岩基约束构筑物应力随距岩基面位置的相关性及呈应力梯度的变化规律,发明了基于应变梯度控制岩基约束混凝土裂缝的方法。经工程验证有效控制了岩基直接约束类型的水工构筑物的裂缝。

3.提出设置应力吸收层,降低岩基约束应力传递,控制间接约束水工构筑物裂缝思路。发明了控制闸墩裂缝方法,改变了岩基约束应力的传递及其分布,控制了裂缝的产生和发展。

经山东省科技厅组织验收,该项目得到了同行专家的高度评价。

该项目已在青州弥河拦河闸、泰安颜张橡胶坝枢纽工程、仁河水库溢洪道工程等数十多个大型工程中得到成功应用,解决了岩基约束水闸、大坝、溢洪道等构筑物的裂缝技术难题,经估算,近三年产生经济和社会效益3.7亿元。正在枣庄庄里水库碾压混凝土重力坝等国家重大工程中推广和应用。

该项目获发明专利2项,实用新型专利1项,发表论文27篇。相关成果对行业起到引领和示范作用,有力促进了行业科技进步,应用前景广阔。

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