探討重力式碼頭面層混凝土開裂原因分析及裂縫控制

劉翔

摘 要：水運(yùn)工程的耐久度，是我國(guó)水運(yùn)工程的重要問(wèn)題之一。通過(guò)分析重力式碼頭面層混凝土的施工程序，可對(duì)目前重力式碼頭面層混凝土開裂原因進(jìn)行分析，為避免混凝土開裂產(chǎn)生的危害，引起水工混你凝土的耐久問(wèn)題，需要通過(guò)對(duì)其進(jìn)行裂縫控制保證施工有效性。由于重力式碼頭被越來(lái)越多的應(yīng)用于實(shí)際的工程中，由此產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)問(wèn)題也相對(duì)增多。本文通過(guò)優(yōu)化重力式碼頭面層混凝土的各項(xiàng)用料配比，為減少低溫收縮應(yīng)力與混凝土裂縫的寬度提供意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：重力式碼頭;面層混凝土;開裂原因;裂縫控制

由重力式碼頭面層混凝土的澆筑通常在外因影響的情況下容易出現(xiàn)不同程度的開裂，尤其受溫度以及收縮影響最大，這些因素往往對(duì)使用安全產(chǎn)生了重要的影響?，F(xiàn)通過(guò)有限元計(jì)算重力式碼頭面層混凝土硬化過(guò)程的應(yīng)力分布以及變化，分析其原因并采取配料調(diào)整的方式進(jìn)行裂縫控制。

1 面層混凝土概述

重力式碼頭面層混凝土通常設(shè)計(jì)為高4.8m、三道管廊至內(nèi)，頂部澆50～80cm混凝土，長(zhǎng)約12.5m，寬越17.26m，每段混凝土成品大小約為120m3，由于不同的外因情況，混凝土成品會(huì)在3d后逐漸產(chǎn)生不同程度的裂縫。

2 裂縫形成原因

混凝土開裂的原因通常分為三類：①混凝土寬度向迎水面前進(jìn)，同時(shí)受到底部約束以及軌道槽的約束，其突變區(qū)域容易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，另外其結(jié)構(gòu)溫度也會(huì)隨應(yīng)力集中情況產(chǎn)生變化，若混凝土受底部約束以及軌道槽的約束過(guò)大，應(yīng)力在高于2.1MPa時(shí)，其抗拉強(qiáng)度以及溫度的應(yīng)力比會(huì)低于1.4MPa，該情況則可能引起混凝土開裂現(xiàn)象[1]?；炷翉?qiáng)約束部位產(chǎn)生裂縫時(shí)，會(huì)藉由此引導(dǎo)入弱約束區(qū)，由此形成強(qiáng)約束區(qū)裂縫。若混凝土四個(gè)強(qiáng)約束去均導(dǎo)向弱約束區(qū)，則形成了貫通裂縫，此為裂縫原因之一。②混凝土面層人孔、蓋板或軌道槽等突變區(qū)，也可能產(chǎn)生較大的Y軸拉應(yīng)力。但區(qū)別于底部拉應(yīng)力而言，又含一定的差別，Y軸拉應(yīng)力多是由表層向內(nèi)部發(fā)展而來(lái)的，裂縫的產(chǎn)生通常也是由混凝土表層向內(nèi)層發(fā)展，裂縫發(fā)展時(shí)間越長(zhǎng)，則會(huì)不斷遠(yuǎn)離應(yīng)力集中部位，構(gòu)成混凝土開裂因素。③由于應(yīng)力集中位置主要在三道廊道上的混凝土表面和混凝土面層四周，根據(jù)混凝土成品的長(zhǎng)度，這個(gè)位置會(huì)產(chǎn)生一定的變化，邊界約束會(huì)導(dǎo)致邊界應(yīng)力增加，進(jìn)而深入內(nèi)部原理邊界約束區(qū)，最終導(dǎo)致邊界的應(yīng)力降低。但邊界應(yīng)力的深入會(huì)促使內(nèi)部約束增加，內(nèi)部應(yīng)力會(huì)出現(xiàn)增大的趨勢(shì)，位置通常穩(wěn)定于中層2/3。面層的拉應(yīng)力通常>2.1MPa，在內(nèi)部應(yīng)力增大的情況下會(huì)產(chǎn)生開裂的情況，畢竟拉應(yīng)力無(wú)法滿足混凝土對(duì)抗拉強(qiáng)度的需求。由此，在邊界應(yīng)力深入的情況下，混凝土?xí)a(chǎn)生應(yīng)力不均下鄉(xiāng)，促使強(qiáng)度低于平均抗拉強(qiáng)度，這是產(chǎn)生第三類裂縫的原因。

3 控制面層開裂措施

3.1 優(yōu)化配料比

根據(jù)裂縫形成原因，可以對(duì)混凝土面層的用料進(jìn)行配比的調(diào)整，若原配比凝膠用量在400kg/m3，可調(diào)整至380/m3，水膠比0.38可調(diào)整至0.37，用料方面：水泥占比64%調(diào)整至50%;粉煤灰占比19%調(diào)整至25%;礦粉占比17%調(diào)整至25%。絕熱溫升42℃調(diào)整控制于39℃。最終產(chǎn)生的成品Y周收縮應(yīng)力會(huì)由3.0MPa降至2.7MPa，X軸收縮應(yīng)力由2.2MPa降至2.0MPa[2]。通過(guò)對(duì)混凝土面層用料進(jìn)行調(diào)整你，可將開裂的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效控制，X軸的收縮應(yīng)力會(huì)得到明顯的控制，由此可見(jiàn)，對(duì)于第三類裂縫因素來(lái)講，此方法最為有效，但該方式對(duì)第一、二類裂縫移速的有效性偏低，需要采取更加適用的方式。

3.2 減少長(zhǎng)度，加強(qiáng)護(hù)理

該方式主要針對(duì)于Y周的收縮應(yīng)力，在進(jìn)行配比調(diào)整的基礎(chǔ)上縮短對(duì)面層混凝土的澆筑長(zhǎng)度，同時(shí)采用雙層土工布覆蓋和薄膜覆蓋的方式對(duì)澆筑成品進(jìn)行保溫護(hù)理。通過(guò)采用縮短澆筑長(zhǎng)度以及保溫護(hù)理的方式，能夠顯著加長(zhǎng)混凝土面層的收縮應(yīng)力期，同時(shí)在10d內(nèi)，面層的收縮應(yīng)力不會(huì)超過(guò)其極限抗拉強(qiáng)度，混凝土面層的抗裂能力得到顯著的提升，降低了裂縫風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)生[3]。

通過(guò)優(yōu)化用料配比，可通過(guò)干燥收縮的方式直接降低溫度對(duì)面層混凝土的收縮應(yīng)力影響，從而強(qiáng)化混凝土拉應(yīng)力?？s短面層混凝土的澆筑長(zhǎng)度，也能夠通過(guò)降低約束區(qū)對(duì)面層底部的約束，降低Y軸拉應(yīng)力，加強(qiáng)其強(qiáng)度，保溫護(hù)理的作用主要在于降低混凝土內(nèi)外的溫差，對(duì)于延緩混凝土開裂的情況具有一定的積極作用。全面對(duì)配料以及成品的養(yǎng)護(hù)，可有效降低開裂強(qiáng)開，避免貫穿裂縫出現(xiàn)。

3.3 構(gòu)造配筋

面層混凝土配筋也是影響裂縫產(chǎn)生的重要因素之一，對(duì)于防止混凝土開裂，配筋能夠?qū)ζ溥M(jìn)行有效的控制，根據(jù)《港口工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，結(jié)合混凝土配筋率來(lái)看，面層混凝土配筋以0.01為界限，當(dāng)小于這個(gè)數(shù)值時(shí)，配筋率的增加會(huì)不斷減小面層混凝土的裂縫幅度;當(dāng)配筋率在0.01以上的情況下，裂縫塊寬度會(huì)隨配筋率的增加而下降，但下降率相對(duì)較低。因此面層混凝土的配筋率可控制在0.005～0.01左右，裂縫的最大寬度保持于0.2～0.1mm，配筋率小于0.005，面層混凝土裂縫寬度過(guò)大，配筋率大于0.01時(shí)，再?gòu)?qiáng)加其配筋率已無(wú)明顯效果。Y軸配筋長(zhǎng)度不超過(guò)18mm，配筋率需要在0.005～0.01左右，并根據(jù)面層混凝土情況進(jìn)行分布調(diào)整，保持裂縫寬度在0.2mm以下[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)總結(jié)混凝土的開裂因素，其主要有三類不同的開裂原因，產(chǎn)生的移速多與硬化溫度、拉應(yīng)力的變化以及分布情況有有頂?shù)穆?lián)系，通過(guò)優(yōu)化面層混凝土的配料比、改用雙層土工布和薄膜覆蓋進(jìn)行材料的護(hù)理，可顯著降低其開裂的可能性，提高面層混凝土強(qiáng)度。另外通過(guò)縮短混凝土的長(zhǎng)度，同時(shí)加以配筋，能夠?qū)γ鎸踊炷恋拈_裂情況進(jìn)行有效的控制，保證使用的安全性。

參考文獻(xiàn)

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