预制混凝土大型方块及卸荷板表面裂缝的防治.docx

预制混凝土大型方块及卸荷板表面裂缝的防治陈平,杨卫东( 中交一航局第一工程有限公司, 天津 300456)摘 要: 针对鲅鱼圈港区预制混凝土大型方块和卸荷板的施工, 调查统计了裂缝的形态和特征, 从机理上分析了裂缝的成因, 指出了对工程的危害, 制定了针对性的预防和治理措施, 收到了较好效果。关键词: 港工混凝土; 预制方块; 卸荷板;防裂措施中图分类号: tu755文献标识码: b文章编号: 1002- 4972( 2007) 06- 0018- 05sur face cr ackscontr ol of pr ecast lar ge concr ete blocks and relieving plateschen ping, yang wei- dong( no.1 engineering company ltd. of cccc first harbor engineering company ltd., tianjin 300456, china)abstr act : in construction of precast large concrete blocks and relieving plates at bayuquan port area, the statistical data of the forms and features of cracks were obtained through an investigation. the formation causes of the cracks and the harm to engineering were analyzed and corresponding control measures were taken, which have brought about a satisfactory effect.key wor ds: harbor engineering concrete; precast block; relieving plate; crack control measure方块码头是重力式码头的主要结构型式之一,码头的断面形式分为阶梯式、衡重式和卸荷板式 等, 目前我国常用的是卸荷板式。卸荷板式方块码头采用混凝土方块及卸荷板正砌而成。依靠自身的重量和地基的强度维持其 结构的整体稳定性, 具有坚固、耐用、施工简单、 不用或少用钢材和造价较低等特点。特别是在北 方地区, 方块码头的抗冻融破坏、抗冰凌撞击和 抗磨损的性能尤显更好。裂 缝 , 其 危 害 性 也 不 一 样 , 因 此 , 必 须 对 裂 缝的 形 态 、 特 征 、 性 质 、 产 生 的 原 因 进 行 调 查 分析 ,在 此 基 础 上 采 取 针 对 性 的 预 防 措 施 和 治 理方 案 。1工程概况营口港鲅鱼圈港区 54#56# 集装箱码头工程为顺岸重力式实心方块、卸荷板结构,码头岸线长1 000.04 m, 码头由下至上依次为 4 层方块、一层卸荷板和胸墙组成, 码头断面如图 1 所示。码头第一、二、三层方块设计混凝土强度等随 着 码 头 结 构 大 型 化 和 深 水 化 的 发 展 ,码头 所 采 用 的 方 块 和 卸 荷 板 尺 寸 不 断 加 大 , 重 量不 断 增 加 。 当 混 凝 土 方 块 和 卸 荷 板 的 体 积 较 大 时 , 构 件 表 面 极 易 发 生 长 短 不 同 、 深 浅 各 异 、 宽 窄 不 一 的 各 种 裂 缝 。 不 同 形 态 、 不 同 原 因 的级为 c25,第四层方块及卸荷板混凝土设计强度等级为 c35, 抗冻标号 f300。各层混凝土方块型号及尺寸见表 1。收稿日期: 2007- 04- 06作者简介: 陈平 ( 1964-) 男, 高级工程师, 从事港口航道工程。图 1 码头断面图图 2 b 层方块裂缝位置示意图图 3 c 层方块裂缝位置示意图图 4 d 层方块裂缝位置示意图 19第 6 期陈平,杨卫东:预制混凝土大型方块及卸荷板表面裂缝的防治表 1各层方块及卸荷板型号数量/件尺寸 ( 长宽高) /m砼方量/m3层号型号单块质量/t第一层第二层 第二层 第三层 第四层 第四层 卸荷板a2b3b4c2d7d8e4、e5、e623092184230921842308.54.323.07.52.163.67.544.323.66.04.324.08.02.163.68.04.323.611.04.323.41065410710460110108248.4125.7251.3243.3129.1259.2270.5273.3为保证码头的整体性能,在方块顶部和底部分别设置阴阳榫, 在卸荷板两侧设置上下通长的半圆形阴榫。第一层方块只有阳榫; 第二、三层 方块既 有 阳 榫 又 有 阴 榫 ; 第 四 层 方 块 只 有 阴 榫 ;卸荷板标准型 e5,无阴、阳榫。缺陷特征鲅鱼圈港区三期预制方块和卸荷板构件表面 出现裂缝的情况如下:21) 第二、三层方块 ( 底面设“阴榫”,顶面有“阳榫”) , 部分方块出现裂缝,裂缝多从两侧阴榫处上方开始, 竖向向上扩展, 裂缝长度、宽度不等, 短的仅 0.4 m 左右, 长的可达 1.5 m 左右,为 0.050.16 mm ( 图 2 和图 3) 。裂缝的宽度一般第四层方块 ( 顶部为平顶, 底部有阴榫)2)大部分出现从阴榫向上开展的裂缝, 宽度为 0.10.25 mm ( 图 4) 。t图 6 混凝土大方块自身约束产生温度应力示意图20 水 运工 程2007年3) 卸荷板 ( 侧面有圆弧形凹槽) :现竖向裂缝, 裂缝的长度和宽度不等,几乎都出有的从圆成分含量的百分率。经现场测温,混凝土方块内部温度可达 70 ,在弧下边开始向上扩展到顶, 有的中间出现竖向裂缝未延伸到圆弧两端, 有个别的严重一些, 从下方块内部形成了相当量级的内约束 ( 所谓内约束,又称自约束, 是大体积混凝土结构体本身内不同 部位乃至各质点之间的相互约束) 。大体积混凝土 方块在温度变化过程中, 块体内温度分布是不均边 至 顶 竖 向 通 裂 。 经 检 测 ,裂 缝 的 宽 度 大 致 为0.10.4 mm,裂缝的深度经钻孔取芯查明均不超过100 mm ( 图 5) 。匀的。块体表层热量散发快,表层温度接近外界气温, 而内部积聚的水化热不易散发, 使块体内部 温 度 明 显 高 于 表 层 温 度 , 内 、 外 温 度 不 一 致 ,使表层混凝土收缩受到里层混凝土的约束而产生拉应力2- 3 ,如图 6 所示。33.1缺陷成因大体积混凝土温度应力导致构件裂缝港口工程大体积混凝土的裂缝,从根本上说是由于混凝土结构与结构之间或结构不同部位之间的温度应力超过混凝土的抗裂能力而产生的1。 混凝土结构或构件因水泥水化热引起温度变化而产生的变形受到约束时所产生的应力称之为 温度应力。在港口工程中, 一般现浇的连续式整体混凝而混凝土早期的抗拉强度很低,因而混凝土出现裂缝, 但这种温差仅在表面较大, 离开表面很快减弱, 因此,裂缝只在接近表面较浅层的范围出现, 表面以下的结构仍然保持完整。混凝土沉缩裂缝混凝土浇注振实后, 粗骨料沉落, 挤出水分、 空气, 表面出现泌水而形成竖向体积沉落, 这种 沉落受到钢筋、预埋件、模板以及先期凝固混凝3.2土结构 ( 如码头胸墙、船坞坞墙、泵房结构)和大型 混 凝 土 实 体 构 件 ( 如 混 凝 土 方 块 、 卸 荷 板)等容易因温度、收缩应力引起裂缝的混凝土, 称 之 为 港 口 工 程 大 体 积 混 凝 土 。 本 定 义 与 美 国aci116r 的大体积混凝土定义是一致的。土的局部阻碍或约束,或混凝土本身各部位相互沉降量相差过大而造成水平裂缝。3.3断面变化应力集中裂缝混凝土大方块的阴阳榫、半圆通孔致使这些日本对大体积混凝土的定义是:结构物或构件最短边尺寸在 800 mm 以上,水泥水化热使得混凝土内部温度升高, 内外温差加大, 以致容易产生裂缝的混凝土。鲅鱼圈港区三期和四期码头工程混凝土方块部位上的截面尺寸发生突然变化,当其表面产生拉应力时, 在这些有突变的局部区域内应力的数值剧烈增加, 致使裂缝多发生在这些部位, 而在 离开这一区域稍远的地方, 应力迅速衰减。每块体积为 100 m3 左右, 最短边长为 24 m,水3.4混凝土收缩裂缝使用收缩性较大的水泥、水泥用量过多、混泥用量在 300 kg/m3 左右。1 kg 水泥的水化热可用下式估算:q = 571.2( c3s) + 260.4( c2s) + 840( c3a) + 12( c4af)式中 : c3s、c2s、c3a 、c4af 分 别 为 水 泥 中 各 物凝土水灰比过大时, 混凝土的收缩量大,面易产生收缩裂缝。构件表 21第 6 期陈平, 杨卫东:预制混凝土大型方块及卸荷板表面裂缝的防治3.5养护不良,混凝土出现干缩裂缝延长水 化 时 间 , 有 效 地 降 低 混 凝 土 的 温 升 峰 值 ,减小内外温差。3) 在混凝土中按规定掺入 3060 kg 的块石,降低混凝土内部温升。混凝土浇筑后, 表面没有及时覆盖养护、养护时间不足或不充分, 受到风吹日晒,表面游离的水分蒸发过快, 产生急剧的体积收缩,而混凝土早期的强度很低, 不能抵抗这种变形应力而在构件表面出现干缩裂缝。3.6混凝土配合比不当, 砂石料的质量与级配不 良等, 也对混凝土构件的表面裂缝有一定影响。避开炎热的天气浇筑大体积混凝土, 必须4)施工时 , 应 采 取 骨 料 降 温 措 施 。 混 凝 土 运 输 时 ,防止日晒升温, 以降低混凝土的入模温度。5) 严格控制混凝土的分层浇筑厚度,分层厚度一般控制在 300500 mm, 以利于水化热散发。工程危害降低混凝土的抗冻性裂缝的存在是混凝土工程的隐患,同时,控制混凝土入模温度不大于 30 。44.16) 方块阴榫部位原设计为二个八字角,改为表面裂缝圆弧。并在阴榫模板的上面铺设一层厚度 20 mm的弹性橡胶板, 以降低阴榫部位对混凝土的约束。7) 在距卸荷板迎水面 700 mm 位置增加预留 孔, 并采取不定时用循环淡水冷却和加强养护的极易吸收水分, 当气温降至结冰温度时, 水分结冰体积膨胀,约 9%左右,相同体积的水结冰后其体积将膨胀其产生的楔形挤压应力会进一步扩大裂缝的宽度和深度。如此往复循环扩大,工程构件的整体性和使用寿命。将影响方法降低混凝土内部温度,以减小混凝土内外温差; 利用方块的吊装孔, 不定时用冷水置换吊装4.2加剧钢筋锈蚀在钢筋混凝土中, 裂缝处的保护层厚度减小,孔内的热水, 加快混凝土内部降温,控制混凝土内外温差不大于 25 。冷水置换热水时必须将冷水管的出水口放到增加的预留孔 ( 吊装孔) 的底氯离子到达钢筋表面的时间缩短, 使钢筋过早产生锈蚀; 贯穿性裂缝,海水或潮湿的空气直接与部, 使冷水彻底将热水置换出来的同时,热水从钢筋接 触 。 钢 筋 的 锈 蚀 膨 胀 会 加 速 裂 缝 的 发 展 ,使钢筋保护层遭到破坏。尤其是在浪溅区和水位 变动区 , 还 涉 及 到 混 凝 土 的 冻 融 耐 久 性 。 所 以 , 有害裂缝会明显地降低结构构件的承载力、强度、方块 ( 卸荷板) 的顶部向四周流淌, 沿着混凝土块体的侧壁向下流淌, 防止混凝土块体的侧壁在 养护过程中被冷激。方块 、 卸 荷 板 折 模 后 , 立 即 覆 盖 保 温8)耐久性,有可能使结构在未达到设计要求的使用并 洒 淡 水 养 护 , 使 混 凝 土 缓 慢 降 温 ,缓 慢 收荷载前就破坏, 缩短了码头设计使用年限。缩 , 以 有 效 发 挥 混 凝 土 的 徐 变 特 性 , 降 低 约 束应 力 , 提 高 混 凝 土 抗 拉 强 度 。 夏 季 适 当 延 长 养4.3影响混凝土结构的外观质量裂缝宽度在 0.2 mm 以内的虽为无害裂缝,但护 时 间 , 并 指 定 专 人 按 照 标 准 进 行 养 护 ,确 保裂缝的出现将影响混凝土结构的外观质量。混 凝 土 在 养 护 期 内 始 终 保 持 覆 盖 及 潮 湿 状 态 。冬 季 适 当 延 长 保 温 和拆模时间,变、温差过大引起裂缝 。以防止温度骤5防治措施4采用中、低水化热的水泥,夏季不用早强在卸荷板圆弧面部位增设钢丝网片, 网片1)9)水泥。优先采用 c3s, c3a 含量较低的水泥。保护层厚度控制在 50 mm 以内。在混凝土中掺加适宜的外加剂, 增加混凝根据季节的变化,采用不同的混凝土配2)10)土的和 易 性 。 大 体 积 混 凝 土 应 优 先 采 用 缓 凝 剂 ,合比, 见表 2 和表 3。表 2 设计强度为 c25 混凝土的配合比水灰比配合比水泥用量/( kgm- 3)砂率/%坍落度/mm减水剂掺量/%28 d 强度/mpa夏季春季、秋季12.424.9212.24.470.520.5283308333330350.60.633.435.522 水 运 工 程2007年表 3设计强度为 c35, 抗冻标号 f300 混凝土的配合比水泥用量/( kgm- 3)砂率/%加气剂掺量/%减水剂掺量/%坍落度/mm含气量/%28 d 强度/mpa水灰比配合比夏季春季、秋季0.40.420.40.4211.553.4411.353.31368395293329- 330.0120.0120.30.60.30.630503050363642.444.6表 4三、四期工程预制方块裂缝情况对比三期工程 3 个泊位四期工程 3 个泊位构件名称预制数量/块裂缝数量/块裂缝发生率/%裂缝宽度/mm预制数量/块裂缝数量/块裂缝发生率/%裂缝宽度/mma 型方块b 型方块 c 型方块 d 型方块 合计2402802382741 0300103204232539036.785.784.652.32302762302761 0120282648102010.211.317.410.10.10.20.150.20.10.40.050.150.050.160.150.1611) 混凝土浇注过程中,及时清除混凝土泌裂缝现象仍然存在, 只是宽度和长度明显减小。出的水分和混凝土表面多余的浮浆, 并进行分层减水。12) 混凝土初凝前进行二次振捣, 初凝后终8结语1)混凝土裂缝从根本上说是混凝土材料本身所固有的一个普遍性的问题。从微观上说,在混凝前进行二次压面, 提高混凝土密实度,高混凝土表面抗拉强度。从而提凝土凝结和硬化的过程中,由于水泥浆体和骨料变形性能的差异,在混凝土的内部骨料与浆体的加 强 对 混 凝 土 粗 、 细 骨 料 的 质 量 控 制 。13)界面上就已经形成了大量的微细裂缝, 我们所能做的是采取各种措施防止这些微观的裂缝继续发 展成为宏观的和有害的裂缝。材料进场前对材料产源进行调查、抽检,保证强度、级配和含泥量不超标。材料进场后及时复检,对不合格材料采取退货或