码头护岸工程大体积素混凝土开裂的影响因素分析.pdf

新 蟓 中 国 科 技 核 心 期 刊 码头护岸工程大体积素混 凝土 开裂帕影响因素分析 张浩栋 ， 程有彬 ， 苏俊剑 ( 1 上海交通建设总承包有限公司， 上海2 0 0 1 3 6 ； 2 上海航源港 口工程质量检测有 限公 司， 上海2 0 0 1 2 0 ) 摘要 ： 基于江苏省吕四渔港内港池码头护岸混凝土工程， 探讨了码头护岸大体积素混凝土工程的温度测试点位置及混凝土入 模温度 、 混凝土 内部温度、 温度梯度及 降温速率等 因素与其早期开裂之间的关系。研究结果表明， 当混凝土入模温度在 1 5 3 0时 ， 该大体积素混凝土的开裂与否和入模温度并无直接关联性； 混凝土的中部温度梯度及其降温速率越大， 而其内部温度梯度越小， 则 混凝土 易发生开裂现象 。因此可通过控制混凝土在峰值温度后具有较低的中部温度梯度及 降温速率 而有较 高的内部温度梯度 ， 来 实现抑制和预防该类混凝土的开裂现象。 关键词 ： 吕四码头护岸工程； 大体积素混凝土； 早期开裂； 入模温度； 温度梯度 中图分类号 ： T U 5 2 8 文献标识码 ： A 文章编 号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 5 ) 0 4 0 0 3 7 0 5 Cr a c k i n g f a c t o r s a n a l y s i s o n t h e ma s s p l a i n c o n c r e t e o f p o r t p i e r a n d r e v e t me n t p r o j e c t Z HANG Ha o d o ， ， C HENG Y o u b i n ， S U J u n j i a n 2 ( 1 S h a n g h a i Co mmun i c a t i o n s Co n s t r u c t i o n Co n t r a c t i n g Co L t d ， S h a n g h a i 2 0 01 3 6， Ch i n a； 2 S h a n g h a i H a n g y u a n Q u a l i t y I n s p e c t i o n f o r Ha r b o r P r o j e c t s C o L t d ， S h a n g h a i 2 0 0 1 2 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： B a s e d o n L v s i fi s h i n g p o r t p i e r a n d r e v e t m e n t p r 0 j e c t ， t h e r e l a t i o n s h i p s b e t w e e n t h e t e s t p o s i t i o n ， c o n c r e t e i n t e r n al t e mp e r a t u r e ，t e mp e r a t u r e g r a d i e n t s a n d t h e t e mp e r a t u r e r e d u c i n g r a t e and t h e e a r l y a g e c r a c k i n g o f c o n c r e t e we r e a na l y z e d o n ma s s p l a i n c o n c r e t e T he r e s u l t s s h o w t h a t wh e n c o n c r e t e c a s t i n g t e mp e r a t u r e r a n g e s f r o m 1 5 o C t o 3 0 o C， t h e r e i s n o d i r e c t c o r r e l a t i o n b e t we e nc a s t i n g t e mp e r a t u r e a n d c r a c k i n g d e v e l o p me n t o f c o n c r e t e Th e h i g h e r t h e mi d d l e t e mp e r a t u r e an d i t s t e mp e r a t u r e r e d u c i ng r a t e ， an d t h e s mall e r t h e i n t e ma l t e mp e r a t u r e g r a d i e n t ，t h e mo r e p r o ba b l y t he c o n c r e t e c r a c k i n g h a p p e n s T h e r e f o r e ， i t S f e asi b l e t o d e c l i n e and p r e c a u t i o n t h e p he n o me n o n o f t h e c r a c k i n g c o n c r e t e b y c o n t r o l l i n g h i g h c o n c r e t e i n t e rna l t e mp e r a t u r e， a nd l o w mi d d l e t e mp e r a t u re gra d i e n t s a n d t h e t e mp e r a t u r e r e d u c i n g r a t e a f t e r t h e p e a k t e mp e r a t u r e Ke y wo r d s ： L v s i fi s h i n g p o rt p i e r and r e v e t me n t p r o j e c t ， IT Ia S S p l a i n c o n c r e t e ， e arl y c r a c k i n g ， c ast i n g t e mp e r a t u r e ， t e m p e r a t u r e gra d i e n t l 工程背景 江苏省吕四渔港内 港池码头及护岸工程，位于江苏省启 东市吕四镇， 地处长江入海口， 工程主要包括大港池岸线、 三 个小岛岸线、 连接小岛引桥等。 该码头护岸工程从下往上依次 由抛石基床、 现浇掺石混凝土基础、 现浇掺石混凝土墙身、 钢 筋混凝土卸荷板和现浇素混凝土胸墙等组成，其中现浇素混 凝土胸墙为大体积素混凝土结构。现浇胸墙为C 3 5 混凝土， 收稿 日期 ： 2 0 1 4 一 l 1 0 4 作者简介 ： 张浩 栋， 男， 1 9 7 7年生， 江苏靖江人， 硕士 ， 高级 工程 师 ， 主 要从事港 口、 航道工程施工 。地址： 上海 市浦东大道 2 5 0 3号 ， E mail ： 3 7 9 9 3 6 5 q q c o m。 每 1 2 m设置1 道伸缩缝； 混凝土采用一次浇注振捣成型， 未分 层浇注。 夏天施工时， 一般在2 4 h 左右拆模， 而冬天在3 6 h 左 右拆模。 此外， 在施工养护过程中， 混凝土表面覆盖无纺布， 夏 天施工时浇水养护7 d ， 每天浇水3 次； 冬天采用土工布覆盖 保温1 5 d 。 在码头护岸工程胸墙浇筑完工4 5 d 后， 观察已完 成的现浇掺石混凝土基础、墙身和钢筋混凝土卸荷板均无明 显裂缝， 但胸墙( 底宽1 7 in 、 顶宽1 0 m 、 高2 7 m ) 出现大量肉 眼可见裂缝， 且裂缝均在变截面附近的1 In范围内， 对码头及 护岸工程的外观质量产生了不良影响。根据江苏省水利建设 工程质量检 测站对裂缝进行的 超声波检 测和钻芯取样结果显 示，裂缝最大长度2 2 m ，深度最大的达 1 1 m ，缝宽0 2 0 8 in in 。另外施工监测表明均无异常的沉降位移现象。 水泥混凝土浇筑后， 因水泥水化放热作用， 混凝土内部温 NE W BUI L DI NG M ATE R I AL S 3 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 张浩栋， 等： 码头护岸工程大体积素混凝土开裂的影响因素分析 由图6 可见，混凝土外部梯度和中部梯度也均呈现先增 后减的趋势， 在5 5 d 时达到最大， 但前4 0 d 内变化均不大， 而在4 0 5 5 d时间段内迅速变大； 而内部梯度始终维持在0 左右。 由此可知， 此1 号部位的混凝土内部温度和中部温度 基本同步同幅变化， 该部位的保温性能较差。 表3 为所有发生开裂的测试部位混凝土的内部特征温度 情况。 表 3 开裂部位混凝土的内部特征温度情况 由表3 可见： ( 1 ) 虽然入模温度和测试点位置不同， 但混 凝土内部峰值温度始终出现在中部或内部，且在4 9 6 1 之 间。 入模温度为3 1 2 ( 4 号测试部位) 时， 混凝土内部最高温 度分别为5 0 和4 9 q C ； 而入模温度低至 1 5 _ 3 时， 不同部位 ( 5 号及 8 号测试部位) 混凝土的最高温度反而均在5 2 以 上。 这说明， 混凝土内部温度变化情况并没有受到入模温度的 影响。( 2 ) 混凝土发生开裂时， 一般是在其中部或内部温度达 到峰值后的2 0 3 5 d ； 且混凝土开裂时， 测试点的混凝土中 部或内部温度较其峰值温度己降低了1 6 2 6 ，中部温度梯 度的降温速率在6 4 1 3 0 d 。 综上， 产生裂缝的测试部位温度变化及温度梯度情况具有 以下特征： ( 1 ) 混凝土的内部温度和中部温度变化基本同步， 表 明测试部位的保温性能相对较差； ( 2 ) 测试部位的开裂一般发 生在中部温度或内部温度达到峰值后的2 0 3 5 d ， 且中部温 度梯度的降温速率范围在6 4 1 3 0 d 。 3 3 2 素混凝土胸墙未开裂情况下 图7为2 号部位测试点2 - 1 和 2 - 2的混凝土不同深度 的温度与时间关系。 由图7可见， 2 - 1 及 2 - 2 测试点混凝土不同深度的温度 均高于气温且呈现先升后降的趋势， 这与3 3 1 节中发生开裂 的各测试部位混凝土温度变化规律基本一致。2 号测试部位 的2 个测试点混凝土内部不同深度的温度均在混凝土浇筑后 4 0 新型建筑材料 2 0 1 5 4 6 0 5 O 4O 3 O 2 O 1 O _气温 0 1 2 3 4 5 6 7 时间 d ( b ) 2 2 测试点 图7 2号测试部位混凝土不同深度的温度与时间关系 2 5 d 达到最大， 此时其中部温度接近6 0 ； 混凝土不同深度 的温度由高至低顺序如下： 中部 内部 外部， 但混凝土并未 发生开裂现象。 可见， 该胸墙混凝土的最高温度及其范围并非 是其发生开裂与否的关键影响因素。进一步探讨了该部位混 凝土内部温度梯度的变化情况， 如图8 所示。 图8 2号测试部位混凝土内部温度梯度随时间的变化 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 张浩栋， 等： 码头护岸工程大体积素混凝土开裂的影响因素分析 由图8 可见， 2 号测试部位 2 个测试点的外部梯度和中 部梯度不断波动， 但总体呈现先增后减的趋势， 在2 5 d 时达 到最大， 且混凝土内 部温 度和中部 温度变化基本同步。 此外， 1 d 后的中部梯度始终保持在 1 0以上， 表明2 号测试部位 的保温性能较好； 而中部梯度温度降速则小于5 d 。 此外， 不同于发生开裂的测试部位混凝土， 2 号测试部位 的混凝土温度梯度反而呈现先减后增的 趋势， 且在 3 d 时达到 最小 值( 一 l 6 ) 。 因 为内 部 梯度是混 凝土内 部温 度与中 部温度 的差值， 可见2 号测试部位测试点内部温度的变化不再与中部 温度同步， 这进一步表明2号测试部位的保温性能较好。 由此 可知混凝土内部保温性好， 可有效抑制裂缝的产生。 结合以上分析表明， 混凝土胸墙未开裂部位的混凝土内 部温度及温度梯度与开裂部位的差异在于： 未开裂部位混凝土 浇筑 1 d 后， 中部梯度始终在 1 0 以上， 中部梯度降温速率 小 于6 伽 ， 且内 部温度 远低于中 部温度( 差 值5 cc 以上 ) ， 即内 部温度梯度大于5 。 由 此可见， 混 凝土浇筑后， 内 部温度升高速率、 降 低速率、 温度梯度及其降温速率变化情况是影响该胸墙混凝土开裂与 否的 关键因 素。 通过控制混 凝土温度降低速率以及不同深 度 的温度梯度， 可有效避免混凝土发生开裂现象。 基于上述分析可知， 可通过降低混凝土中水化反应的水 化放热速率和水化放热量， 确保混凝土浇筑入模温度不宜过 高或过低， 减小混凝土的内外温差及温差变化速率等技术途 径来实现避免该胸墙混凝土的早期开裂问题。 4 结语 ( 1 ) 裂缝产生的主要原因可能是该码头护岸工程胸墙浇筑 时产生的温度应力受制于侧部墩身制约和底部卸荷板拉应力 的双重作用， 产生了温度应力裂缝。 ( 2 ) 胸墙其混凝土不同深度的温度和温度梯度随时间的变 化规律与测试点位置选择没有必然联系。混凝土入模温度在 1 5 3 0 c c 时， 并不直接决定混凝土开裂与否， 但仍应尽量避免 入模温度过高或过低。 ( 3 ) 胸墙混凝土浇筑后， 混凝土内部不同深度的温度都高 于气温， 且均随时间延长而不断波动， 但总体呈现先升高后降 低的趋势； 一般在浇筑后2 6 d 达到峰值。 ( 4 ) 混凝土内部的峰值温度常发生在中部位置或内部位 置； 若发生开裂现象， 一般是在达到峰值温度后的2 4 d内， 且开裂部位的混凝土的保温性能相对较差，温度梯度以及降 温速率均较大。 ( 5 ) 混凝土浇筑后， 其内部温度升高和降低速率以及温度 梯度变化趋势是影响混凝土胸墙开裂与否的关键因素。 通过 控制混凝土温度降低速率以及不同深度的温度梯度， 可有效 预防混凝土胸墙以及类似工程的混凝土发生开裂现象。 参考文献 ： 【 1 】 李潘武 ， 曾宪哲 ， 李博渊 ， 等 浇筑温 度对大体积混凝土温度 应力 的影响叨长安大学学报： 自然科学版， 2 0 1 1 ( 5 ) ： 6 8 7 1 【 2 】 侯景鹏 ， 熊杰 ， 袁勇 大体积 混凝土温度控制 与现场监测 【 J 混凝 土 ， 2 0 0 4 ( 5 ) ： 5 6 5 8 【 3 杨碧华 ， 李惠强 早龄期大体积混凝土温度应力 与裂 缝的关系明 华中科 技大学学报 ： 城市科 学版 ， 2 0 0 2 ( 4 ) ： 7 6 7 7 4 】 张冬秀 论析大体积混凝土 的施工温度与裂缝控 制【 J 价值工程 ， 2 0 1 2( 2 3 )： l 1 2 一l 1 3 【 5 】 王国忠 混凝 土温度 裂缝 的成 因及 防治 J 】 工 业建筑 ， 2 0 0 7( 1 ) ： 1 1 9 7 一l 1 9 9 【 6 】 马跃峰， 朱岳明 表面保温对施工期闸墩混凝土温度和应力的影 响J 河海大学学报： 自然科学版， 2 0 0 6 ( 3 ) ： 2 7 6 2 7 9 A ( 上接第 7页) 期短； 使用周期与建筑结构同寿命， 后期维护费用低廉； 工程 综合造价比传统节能建筑经济， 推广应用领域广泛， 技术经济 效益十分显著。 ( 4 ) 该建筑体系不仅能满足建筑节能6 5 的标准要求， 比其它保温系统更适宜实现节能7 5 及更高节能标准要求， 并能完全适合我国不同气候带的各类地区的建筑节能要求， 推广应用前景十分广阔， 建筑节能和减排作用显著。 系” ， 是一种全新的现代建筑装配式结构体系。该墙体优异 的保温、 承重、 防火、 抗震和耐久性能， 完全可以替代传统墙 体结构体系。改性聚苯模壳砌块的生产和格构式混凝土复 合保温墙体的施工， 均符合国家的环保政策和现代建筑业发 展的方向。 参考文献： 【 1 】 刘军进 ， 王 翠坤， 张 良纯， 等 水泥聚苯模壳格 构式混凝土墙体抗 8 结语 一的 山东正仁集团借鉴国际先进技术， 研发适合国情的“ 改性 抗侧性能试 验及分 析叽周体力学学报， 2 0 l l ( S 1 ) ： 3 6 1 3 6 4 水泥聚苯模壳格构式混凝土墙体保温结构一体化建筑体 A NE W BUI L DI NG MAT E RI AL S 41 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m