船坞大体积混凝土防裂与温度的控制应用

摘要：船坞工程在施工中要抓住大体积混凝土的主要特点和基本规律，并根据实际情况采取相应的措施，才能使施工质量得到很好的保证。本文结合实例分析研究了船坞大体积混凝土防裂与温度的控制应用。

关键词：船坞大体积混凝土防裂温度控制应用

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

在船坞工程中经常会遇到大体积混凝土的浇筑， 其主要特点就是体积庞大， 从而造成混凝土硬化期间释放的大量的水泥水化热集中在混凝土内部而不易散发，导致内部温度急剧上升；而混凝土表面散热较快这样就形成了内外的较大温差，从而造成混凝土内部与外部热胀冷缩程度的不同，使混凝土表面产生一定的拉应力； 当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，就会产生温度裂缝。因此在大体积混凝土施工中应采取温度控制措施来减少和控制温度裂缝的产生。

一、工程概况

某船坞工程总长620 m，宽72 m，深21 m。坞口为大体积钢筋混凝土U 形重力式结构，分底板和坞门墩两部分。坞口总宽92 m，总长43 m；坞口底板厚度：最大厚度5 m，最小厚度4 m。坞门墩分南北两块，高度均为19.3 m。北坞墩最宽处为10 m，最窄处为4 m；南坞墩最宽处为10 m，最窄处为7.5 m。混凝土标号C30F350，一次浇筑最大方量5 200 m3。

二、船坞大体积混凝土防裂与温度的控制应用

1、基础处理

坞口基础开挖时发现岩基中夹杂着土层，由于软基夹层的存在，对沉降肯定产生一定的影响，沉降不均势必产生混凝土裂缝。处理要求：将软弱夹层全部清理干净，用块石混凝土换填。

2、减小基底和侧面对结构的约束

混凝土垫层表面进行压光处理；在混凝土垫层和侧面浆砌石模上铺1 层油毡，设置滑动层，减少约束。

3、减少温度应力措施

坞口底板长度为92 m，宽度43 m，门槛厚5 m，门槽厚4 m，从结构长度、宽度和厚度上来说，都很容易产生温度裂缝。为减少一次混凝土的浇筑方量和增加散热面积，从时间和空间上分散水化热，与设计沟通将设计的2个闭合块，3 块底板，改为4 个闭合块，5 块底板，混凝土最大浇筑量由5 200 m3 降到3 265 m3。

南北坞门墩高度均为19.3 m，北坞墩最宽处为10 m，最窄处为4 m；南坞墩最宽处为10 m，最窄处为7.5 m。将南北坞墩各分7 层进行施工，各分层混凝土浇筑量控制在1 000 m3 左右，减少混凝土的一次浇筑量。坞口底板分段，坞墩分层示意图见图1。

图1坞口底板、坞墩分层分段图

2、混凝土原材料和配合比的选用

本工程混凝土设计强度等级C30，抗冻等级F350。混凝土配合比为水泥∶ 膨胀剂∶ 粉煤灰∶ 矿渣粉∶ 砂∶ 碎石=1 ∶ 0.13 ∶ 0.2 ∶ 0.29 ∶ 2.69 ∶ 3.87。

（1）水泥品种的选用和水泥用量的控制

水泥品种选用低水化热水泥，本工程采用某水泥厂生产的P.O42.5 水泥。

基准水泥用量为415 kg/m3。

（2）采用“三掺”配合比，降低水泥用量

在混凝土中掺入粉煤灰、矿渣粉和膨胀剂，基准水泥用量为415 kg/m3，基准水灰比为0.41； 粉煤灰取代率10%，超量系数为1.4 （计算基础参数为基准水泥用量减去8%膨胀剂）；矿渣粉取代率20% （计算基础参数为基准水泥用量减去8%膨胀剂）；膨胀剂取代率8% （计算基础参数为基准水泥用量加上超量取代的粉煤灰）。水泥用量为267 kg/m3，大大减少了混凝土的单位水泥用量，降低了水泥水化热量和混凝土内部最高温度，减少了混凝土内外温差，有效防止了混凝土温度裂缝的发生。

另外掺加膨胀粉补偿了混凝土收缩，提高了混凝土的抗裂能力；掺入粉煤灰和矿渣粉，改善混凝土的和易性，增加胶凝物质，降低混凝土的水灰比，保证混凝土内在质量。

（3）掺加RH-9 泵送剂，具有缓凝减水保塑性

混凝土浇筑采用泵送工艺，混凝土配合比设计掺入RH-9 泵送剂，具有缓凝减水保塑性，既能减少混凝土的单位用水量，满足坍落度的要求，又能提高混凝土的可泵性，延缓混凝土的凝结时间，还能降低水化热。

3、在混凝土施工中采取的防裂技术措施

（1）在混凝土中掺加块石

坞口底板和坞墩的断面尺寸较大，配筋率较小，浇筑混凝土时，在其中埋放块石，块石掺量控制在10％左右（在实际施工中埋放块石量8% ~ 10%），减少混凝土的发热量，降低水化热温升。块石的质量和埋放严格按规范要求执行。

（2）控制混凝土入模温度

在浇筑大体积混凝土时，混凝土的入模温度不宜超过28 ℃，若浇筑温度过高，混凝土凝结加快，易产生接茬不良，而且冷却时的体积变化也大，极易出现裂缝。冬季施工时，大体积混凝土的入模温度控制在2 ~ 5 ℃，浇筑后采取保温措施，防止混凝土受到冷击。由于在冬季施工时为控制混凝土内外温差投入成本较大，而且施工各个环节稍有疏忽就很难将混凝土内外温差控制在25 ℃以内，为此本工程施工未将大体积混凝土列为冬季施工内容。

通过大体积混凝土热工计算，求出各个时期（月） 的混凝土出机和入模的理论温度，根据该理论温度来控制混凝土施工过程中各个环节的温度。一般控制混凝土入模温度的主要方法为：控制水、砂、石、水泥等原材料的温度；缩短混凝土出机和入模的时间，以便控制混凝土运输和入模过程的升温；混凝土运输和浇筑过程中，如果条件允许，设置遮阳措施，防止暴晒；在夏季施工时，特别是混凝土浇筑高峰期，尽量利用温度稍低的夜间进行混凝土浇筑施工，降低混凝土浇筑温度；混凝土养护材料和厚度的选择，确保混凝土养护质量。

由于水对混凝土出机温度影响最大，且容易控制，所以在施工过程中，严格控制水温，在储水池顶部架设10cm 厚彩钢板屋顶，并密封良好。高温季节，采取加淡水碎冰，降低水温。另外，采用“倒一上一”的土办法补充骨料，即装载机装一铲骨料倒走，在原处再装一铲上料的方式，尽量少地将暴晒过的骨料装入料仓。经现场测温统计，夏季入模温度基本控制在18 ～ 20 ℃范围内。

（3）混凝土浇筑过程中的散热措施及减少早期混凝土对后期混凝土形成约束

严格进行分层混凝土浇筑，分层厚度不大于50 cm，增大分层混凝土的散热面积；采用大片钢模板，利于立面混凝土的散热。

组织好混凝土的供应强度，保证混凝土浇筑均匀、同步进行，避免混凝土拌合物堆积过大，防止混凝土水化热的积聚；保证浇筑过程中的上层混凝土对下层混凝土的覆盖强度，减少早期混凝土对后期混凝土形成的约束。

（4）设置散热孔

由于坞墩和坞底板的厚度较大，施工时在混凝土内部设置散热孔。散热孔采用直径1 m 的钢筋笼，外包免拆模板网，孔间距按4 m 布置。在坞墩分层施工中散热孔分层错开布置。浇筑混凝土时将汇集到散热孔内的混凝土泌水随时用泵排除掉，混凝土终凝后将泌水全部排除掉，然后注满自来水。一方面增加混凝土的散热面积，另外一方面利于降低混凝土中心部位的水泥水化热温升。

（5）缩短新老混凝土浇筑的间隔时间，减少约束

混凝土的弹性模量随混凝土龄期的增长而增加，在已浇筑的混凝土上浇筑新混凝土的间歇期越长，对新浇混凝土的约束也越大。在组织施工中尽量缩短间隔时间，控制该时间不超过10 d。

总之，在船坞工程中，坞口坞墩等部分浇筑混凝土体积较大。由于大体积混凝土水泥水化热释放比较集中，如果控制不当混凝土内部极容易产生较大的温度差，出现温度裂缝，从而对工程质量产生影响。因此，大体积混凝土的温度控制就显得格外重要。要结合工程的特点，进行科学的分析，分析研究容易造成混凝土裂缝的主要原因，只有抓住这些主要矛盾，才能有效地做好防裂工作。

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