營口港砼方塊——大體積砼裂縫的控制

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營口港鲅魚圈港區(qū)三期碼頭工程結構型式為方塊重力式碼頭, 其中水下區(qū)的方塊（A、B、C層）砼設計標號為C25，水位變動區(qū)方塊（D層）與卸荷板有杭凍要求，砼設計標號為C35F300，2001年4月26日開始預制的A層、B層砼方塊（71－74m3／塊），沒有產(chǎn)生砼裂縫，但2002年5月中旬開始預制的C層、D層方塊和卸荷板時，D層方塊和卸荷板有產(chǎn)生表面裂縫現(xiàn)象。
    對現(xiàn)場預制的各種砼方塊進行了觀察，發(fā)現(xiàn)C25標號的砼方塊（74cm3左右），沒有發(fā)生裂縫，C35F300標號的砼小方塊（35~50cm3左右）也沒有發(fā)生裂縫，而C35F300標號砼大方塊（72. 7m3左右）有表面裂縫，出現(xiàn)裂縫的時間大致在澆注后的第二天后（即48小時~72小時之間），發(fā)生裂縫”部位大都從榫槽折角開始向上延伸。裂縫長度一般在30~150cm范圍內，裂縫寬度在0．2mm以下。裂縫深度較淺，屬于表層裂縫。這種裂縫影響工程耐久性：一是處在水位變動區(qū)及其以上的砼，在冬季裂縫內進海水結冰產(chǎn)生凍漲，破壞砼結構；二是海水中的鹽堿物進入裂縫內產(chǎn)生腐蝕作用。大體積砼預制構件產(chǎn)生裂縫的分析：原因分析：
    砂、碎石的質量、級配，水泥的品種及單位體積砼的水泥用量，砼構件的體積大小、設計構件形狀，施工工藝和氣候條件等諸多因素有關。經(jīng)過研究分析其主要因素是砼標號較高，體積較大，單位體積砼內的水泥用量較多（400kg/m3左右），砼在凝結硬化過程中，水泥水化反應產(chǎn)生的大量水化熱積蓄在砼塊體內，使內部溫度明顯升高，砼產(chǎn)生溫度變形。此溫度變形受到約束產(chǎn)生溫度應力，當溫度應力超過砼的抗拉強度時，砼產(chǎn)生裂縫。砼受到兩個約束作用：
    1、外約束
    砼澆注后，溫度逐漸下降，塊體也隨之收縮。但是在塊體底部（與底胎上的榫相互作用，塊體收縮受到榫的約束，從而在塊體內部產(chǎn)生拉應力。該拉力在砼方塊的底部最大，一旦產(chǎn)生裂縫也是從底部開始，隨著收縮的增加和溫度應力的增大，裂縫將向上延伸，有時貫穿整個塊體。
    2、內約束（砼塊體自身質點之間的約束）：大體積砼方塊在溫度變化過程中，塊體內溫度分布是不均勻的。塊體表層散發(fā)快，表層溫度接近外界氣，而內部積聚的水化熱不易散發(fā)，使塊體內部溫度明顯高于表層溫度，內、外溫差不一致，使表層砼收縮受到里層砼的約束而產(chǎn)生拉應力。
    外約束作用越大，相應的溫度應力愈大；內約束產(chǎn)生的溫度應力與塊體內、外溫差愈大，溫度應力也愈大。如果二者產(chǎn)生的拉應力超過砼的抗拉強度砼都要出現(xiàn)裂縫。方塊A、B、C水泥用量少，水化熱小，且方塊A底部無外約束，所以方塊A不產(chǎn)生裂縫。方塊B、C底部有外約束，當外約束產(chǎn)生的拉應力超過砼的抗拉強度就出現(xiàn)裂縫，因此方塊B、 C在榫槽處有時出現(xiàn)裂縫，方塊D和卸荷板因有抗凍要求，強度等級高，水泥用量多，水化熱大，且都有外約束（方塊D在底部榫糟處，卸荷板在預留孔處），所以方塊D和卸荷板出現(xiàn)的裂縫比B、C明顯。
    改進預制砼大方塊產(chǎn)生裂縫的措施：
    （1）優(yōu)化砼配合比
    在保證砼符合設計強度和現(xiàn)行規(guī)范要求的基礎上，盡量減少水泥用量，即多試拌幾個砼配合比。
    （2）砂和碎石的選用
    砂選用中粗砂，含泥量小于3%，清除泥土和石粉，級配要好，從而可能提高砼自身的強度，相對可以減少水泥用量，對克服溫度裂縫有好處。
    （3）澆注砼大方塊時，按規(guī)定摻加8~10%的塊石（10~100kg/塊），即能降低工程成本，又能有助于克服裂縫。
    （4）減小砼澆注的分層厚度，在條件允許時減緩砼澆注速度，以不出現(xiàn)冷縫為原則。
    （5）在原有吊裝孔基礎上增加預留孔，大方塊澆注完畢養(yǎng)護時期，吊裝孔和預留孔內的養(yǎng)護水由于水泥水化熱而造成溫度升高，為此，每隔2~3小時孔內換一次水，孔內熱水沿塊體四周流下，既可以降低方塊內部的溫度，減少砼內約束作用。
    （6）減少外約束作用，設活動榫，養(yǎng)少外約束作用。
    （7）確保施工質量，較高砼抗裂比較
    砼原材料準確計量，攪拌時間滿足施港要求，加強砼振搗，確保砼振搗密實；在預制卸荷板時加入膨脹劑，膨脹劑和鋼筋共同作用抵消砼收縮時產(chǎn)生的抗應力。
    實踐證明，我們采取了上述各種措施后，效果明顯，砼大方塊卸荷板的裂縫基本上得到解決。