在美国，过去往往会忽视桥梁构件中的温度梯度。其原因是：常用的柱子、柱础和承台的尺寸相对比较小。但是，随着结构要求、运输要求和美学的原因，构件尺寸日益增大，温度梯度和温度裂缝已成为桥梁工程师深感头痛的问题。许多大体积混凝土工程项目都规定了最大的温差为35。F，有些甚至规定了极限最高内部温度（通常为160。F）。从事这些工程项目的承包商和工程师都日益要求开发研究一种温度控制手段，来满足这些规范的要求。
遗憾的是，即使规范的目标，都能很好地被大家理解，但是，最大为35。F温差的合理性（合法性），仍广受质疑。这些规范的目的，是希望大大降低温度裂缝，并使之受到控制。但是，仅仅进行大体积混凝土构件温度的分析，并不能直接控制产生裂缝的风险。很显然，需要一种更为统一的进行大体积混凝土设计方法，才能防止温度裂缝，才能提高其长期的使用性能。相关的研究工作显示，可以通过各种各样的方法，来降低大体积混凝土的裂缝风险，其中包括：
l 降低新拌混凝土的温度
l 使用较大规格的最大骨料
l 使用低温度膨胀系数的骨料
l 采用破碎型骨料，取代光滑的圆形骨料
l 采用粉煤灰、矿渣或其它适用的附助性胶凝材料（SCMs），取代水泥
l 采用引气
l 降低水泥用量和净浆量
遗憾的是，至今仍没有一种很好的手段，能对这些方法中的每种方法的效果，进行定量化测定。当一位承包商问起，“如果在我的混凝土拌合物中，使用破碎型石灰石骨料，并降低水泥用量时，混凝土能满足规范要求的浇筑温度吗？”这仍将是个难以回答的问题。如果能够对该问题作作出答复，那就会使大体积混凝土的使用性能和经济性得到改善和提高。
得克萨斯州运输部（TxDOT）的解决方案
2001年10月，《混凝土施工》杂志就一篇有关大体积混凝土的文章，采访了得克萨斯州运输部。该文章刊出后，得克萨斯州运输部对现行的大体积混凝土规范和ACI207委员会的大体积混凝土施工指南进行了认真的审阅。得克萨斯州运输部认为，需要有一种能方便地对应用于大体积混凝土结构而设计的混凝土性能进行预测的工具。
2002年9月，得克萨斯州运输部发起了一项研究项目，希望开发出一种专门对大体积混凝土构件进行温度分析的软件。六周内，该项研究工作已发展成包括一整套混凝土配合比设计、分析和性能预测的研究计划，并取名为ConcreteWorks。该研究项目的投资从40万美元，增加到130万美元，研究期限也从3年增加到5年。研究项目的宗旨是向试验室技师、工程师和承包商提供一种能进行混凝土设计、分析和性能预测的综合性工具，用于指导和提高得克萨斯州运输部的混凝土优化设计能力。此研究项目的另一个收获可能是，对规范中强制性的35。F最大温差标准进行修正。该修正会转向用温度梯度限制来取代最大温差限制，并放宽温差和温度梯度限制，因为不同材料对裂缝都有影响。在本研究项目完成后，将把研究结果和对规范的修改建议，提交给得克萨斯州运输部规范委员会。
位于奥斯丁市的得州大学混凝土耐久性研究中心，成功地为此项目提交了研究方案，并由五名来自美国和加拿大三所大学的著名教授组成了研发小组。
软件研发的背景
计算计化模型
名为ConcreteWorks的研究项目提出了三种可能进行热传递的模型—传导、对流和辐射。传导部分采用的是取决于所选材料、时间和温度的非线性材料的热工性能。对流部分说明不同材料（混凝土、木材、钢材和盖毯）表面的粗糙性和风速效应。辐射部分则包括：太阳能辐射，表面阴影（诸如承台底部被遮蔽），大气辐射，土壤散发的辐射和来自混凝土构件表面的辐射。
这些传热模型可以使用户快捷方便地对不同的施工程序和材料模型化，以便最终建造出性能更佳，耐久性更好和更廉价的混凝土构件。混凝土拌合物水化的各种比热值，被用于精确地对不同胶凝材料对混凝土内部相应位置温度分布的影响模型化。该模型是根据从得州指定的12种混凝土构件中采集到的温度数据资料，经过长达33,000小时的调整和校验才形成的。
检测方法
用于本研究项目的某些独特的检测方法是：半绝热热量法（250次），恒温热量法（250次），裂缝框架法（75次），快速氯化物渗透试验（ASTM C1202 300次），抗压强度试验（ASTM C39），劈裂抗拉强度试验（ASTM C496），弹性摸量试验（ASTM C469）和凝结时间试验（ASTM C403）。
混凝土裂缝风险的评估
评估温度裂缝风险并非象破坏若干圆柱体试件，或在信封背面进行若干计算那么简单。这项评估工作需做大量的检测试验和计算机模型，才能对这些复杂的风险进行评估。
在大体积混凝土中，随着胶凝材料体系水化的进展，其抗拉强度也会随之增加，并且受到胶凝材料种类、水胶比、骨料种类和正在硬化的混凝土成熟度的巨大影响。导致裂缝约束力的最基本原因是，结构中心和表面之间存在的温度梯度。该温度梯度会导致的温差应力，可能会超过混凝土的抗拉强度。
内部相应位置的应力发展会受到有效弹性模量（即一种时经硬度发展的计量单位）、热膨胀系数、凝结特征、约束条件和正在硬化的混凝土温度变化过程的影响。在混凝土早期阶段，想对这些变量进行定量化测定，是颇为困难的，而且，这些变量之间，还存在复杂的相互作用。
就得克萨斯州运输部研究项目而言，用早期裂缝构架检测试验来评估最高为35。F的温差标准。正在硬化的混凝土容易产生裂缝的敏感性，可以通过把混凝土试件固定后，采用裂缝框架检测试验进行评估。这些框架应设计成可把新拌混凝土浇筑到每一个框架的模子内，从而能对混凝土拌合物最早期的行为特性进行研究。收缩效应可以通过对实测混凝土试件进行的试验进行评估，并将该评估的信息资料应用于ConcreteWorks研究项目中，以便对应用于大体积混凝土的各种混凝土拌合物的裂缝敏感性进行量化测定。
ConcreteWorks研究项目的现状
2005年1月推出的ConcreteWorks 1.0版, 是一种只能在微软视窗环境下进行操作的应用软件。该软件是免费的，并且能在www.Texasconcreteworks.com 网站上下载。这种用户友好型软件能在计算机桌面上运行。当前提供的软件版本具有下列功能：
l 预测大体积混凝土构件内部相应位置的温度变化过程。可对水泥、磨细颗粒状高炉矿渣、粉煤灰、硅灰和化学外加剂采用不同组合后的一系列效果进行评估。
l 通过使用成熟度方法（ASTM C1074，）对相应的强度发展进行预测。
l 评估模板类型、养护方法、保温盖毯、液态氮和加冰块的效果。
l 评估气候条件的影响。
l 根据ACI 211规范步骤，进行混凝土拌合物的配合比设计。
l 对得克萨斯州运输部规范中的下列内容进行审核：
l 混凝土浇筑中心与外露混凝土表面之间最高混凝土温差，若不超过35。F。
l 碱硅反应（ASR） 审核采用波特兰水泥素混凝土拌合物中来自水泥的碱性材料总量不超过4磅/立码。当采用不同胶凝材料和化学外加剂时，提供7种能降低ASR的选择方案。
l 延迟性钙矾石反应（钙矾石是水泥水化反应的副产品） 审核应用于大体积混凝土浇筑作业的最高内部相应温度，中心部位混凝土的温度，不得超过160。F。对于预制混凝土构件而言，混凝土温度不得超过150。F，对于采用波特兰水泥素混凝土拌合物和含辅助性胶凝材料的混凝土拌合物，混凝土温度不得超过170。F。
最新版的ConcreteWorks软件将于2008年9月发行，其另增的功能有：
l 预测预应力混凝土构件、桥台板和混凝土路面内部相应位置的温度。
l 用于进行腐蚀性预测的完整模型。
l 在大体积混凝土应用中，对裂缝趋势（低、中、高）进行分类。
l 与得克萨斯州运输部项目管理软件Sitemanager具有兼容的程序。
ConcreteWorks软件使用简介（从略）
(顾耀臣 译自美国《混凝土施工》杂志 Nov. 2006 P.47-53)
