1.5 混凝土温控和防裂方法研究进展

混凝土自19世纪诞生起，就一直有学者对混凝土的裂缝问题进行了研究。但是直到20世纪初期，混凝土的大量使用，其防裂问题才引起足够的重视。

在大体积混凝土结构温度场及温度控制的研究方面，国外起步较早。美国1938年3月、4月A.C.I第34卷“大体积混凝土裂缝”中提供的资料显示^［123］，波尔德坝就已采取了预埋冷却水管、施工设缝、限制浇筑层厚和间歇时间以及采用低热水泥等温控措施。对坝体温度状况进行系统研究是在20世纪30年代中期，美国修建胡佛（Hoover）重力拱坝时，取得了许多有用成果。之后，苏联、巴西等国对大体积混凝土的温度控制标准、温度控制措施及裂缝问题也做了深入的探讨^［124］。根据美国“垦务局对拱坝裂缝控制的实施”（A.S.C.E，1959）和“T.V.A对混凝土重力坝的裂缝控制”（Power division，1960）中可以看出，美国在水工大体积混凝土温控防裂方面，在20世纪60年代初已经逐渐形成了比较定型的设计、施工模式，其中包括采用水化热较低的水泥和高水灰比混凝土、限制浇筑层厚度和最短的浇筑间歇期、人工冷却降低混凝土的浇筑温度、预埋冷却水管和对新浇混凝土进行保温并延长养护时间等措施。苏联到20世纪70年代建造托克托古尔（Toktogul）重力坝时，采用了“托克托古尔法”，也宣告在温控防裂方面获得成功^［125］。

有限单元方法应用于混凝土温度应力分析中，始于20世纪60年代末，S.F.Wilson教授（1968）研制的二维温度场有限元仿真程序DOT-DICE，并成功应用于德沃夏克坝的温度场计算^［126］。此后，Tatro和Schrader（1985）进一步修改了该程序，将其用于美国第一座碾压混凝土坝（RCCD）——柳溪（Willow Creek）坝的温度场分析^［127］，他们第一次把结构计算与施工过程结合起来，用逐步递推的方法，求出了不同时期坝体的温度场，且计算结果和实测结果吻合得相当好，该项研究成果被认为是温度场有限元仿真分析的第一份文献。1988年第16界国际大坝会议上，Ditchey E.J（美）等^［128］介绍了利用微型计算机模拟Monksville碾压混凝土坝的施工过程，并用一维水平热流估算内部温度；Yonezawa Takushi（日）等^［129］用二维模型计算了蒙克斯威尔（Misogawa）堆石坝混凝土围堰（高6m）的温度与应力分布，这两篇文章显示当时的温度和温度应力的仿真分析均已经考虑了时间因素。但在1996年以前，仿真计算规模受到当时计算硬件水平限制，许多计算模型只能采用二维或三维大尺寸单元才得以实现。

国内方面，以朱伯芳院士、潘家铮院士等为首的一批专家在这方面做了突出的贡献，他们对大体积混凝土结构温度控制和设计建立了整套理论^{［19，130］}，解决了重力坝和混凝土浇筑块的温度应力计算、拱坝的温度荷载、水泥水化热的绝热温升计算、混凝土浇筑块的临界表面放热系数、大体积混凝土结构表面温度应力的计算，以及碾压混凝土重力坝及碾压混凝土拱坝的温度应力计算与温控方法等问题，并分别用差分法、有限元法和数理统计理论对混凝土结构的温度场进行了研究，提出了解决各种边界条件和初始条件下的圆管、板梁、浇筑块、拱坝、支墩坝、重力坝等温度应力的分析方法。朱伯芳院士^［131］早在1956年就发表了《混凝土坝的温度计算》一文，其后一直对大体积混凝土温度应力与温控这一问题进行研究，其大量研究成果集成于文献［19，132］。其中的一些算法成为我国发展弹性徐变应力场仿真计算的理论基础。