维普资讯 http://www.cqvip.com 第２７卷第２期 大连 大 学 学报 ＶｏＩ．２７ ＮＯ．２ ２００６年４月 Ｊ０ＵＲＮＡＬ ＯＦ ＤＡＬＩＡＮ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ Ａｐｒ．２００６ 大连造船厂新建３０万吨船坞 大体积混凝土防裂技术措施 陈昌平 ，刘显刚 （１．大连水产学院土木．７７－程学院，辽宁大连１１６０２３；２．中港第一航务工程局三公司，辽宁大连１１６００１） 摘要：大体积混凝土施工中，由于温度应力导致混凝土产生的裂缝是影响建筑工程质量一项重要的因 素．结合大连造船厂新建３０万吨船坞工程，从理论上分析了大体积混凝土产生裂缝的机理，并针对船坞结 构复杂、工程质量要求高（不裂、不渗）等特点，介绍了在施工过程中采取的一系列防裂技术措施及取得的 实际效果． 关键词：船坞；大体积混凝土；温度应力；裂缝 中图分类号：ＴＵ７５５．７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－２３９５（２００６）０２－００４３－０５ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｔｏ ｃｏｐｅ ｗｉｔｈ ｃｒａｃｋ ｏｆ ｍａｓｓ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｎｅｗｌｙ－ｂｕｉｌｔ ｄｏｃｋ ｗｉｔｈ ３００ ０００ ｔｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｂｙ Ｄａｈａｎ Ｓｈｉｐｙａｒｄ ＣＨＥＮ Ｃｈａｎｇ－ｐｉｎｇ ，ＬＩＵ Ｘｉａｎ－ｇａｎｇ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄａｌｉａｎ Ｆｉｓｈｅｒｉｅｓ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｌｉａｎ １ １６０２３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｎｏ．３ Ｅｎｇ．Ｃｏ．ＣＨＣＥ Ｔｉａｎｊｉｎ Ｐｏｒｔ Ｃｏｎｓｔ． Ｃｏｒｐ．，Ｄａｌｉａｎ １ １６ｏｏ１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｒａｃｋ ｏｆ ｍａｓｓ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｔｈａｔ ｉｓ ｃｒｅａｔｅｄ ｂｙ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｔｒｅｓｓ ｉｓ ａ ｍａｊｏｒ ｆａｃｔｏｒ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｍａｓｓ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｉｎ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｍａｓｓ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｎｓｔｕｒｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅｗｌｙ－ｂｕｉｌｔ ｄｏｃｋ ｗｉｔｈ ３００ ０００ ｔｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｉｎ Ｄａｌｉａｎ Ｓｈｉｐｙａｒｄ，ｔｈｅ ｃａｕｓｅｓ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｆｏｒ ｃｒａｃｋｓ ｃｒｅａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｍａｓｓ ｃｏｎ－ ｃｒｅｔｅ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａｎｄ ａｌｓｏ ａ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｃｒａｃｋ－ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｗｈｉｃｈ ｔａｋｅ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｅｘ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｏｃｋ ｉｎｔｏ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ａｒｅ ａｐｐｌｉｅｄ．Ａｌｌ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｃａｎ ｈｅｌｐ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｄｅｍａｎｄｉｎｇ ｏｆ ｓｔｕｒｃｔｕｒｅ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｏｃｋ，ｉ．ｅ．ｎｏ ｃｒａｃｋｉｎｇ ａｎｄ ｌｅａｋａｇｅ ａｒｅ ａｌｌｏｗｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｄｏｃｋ ｗｉｔｈ ｍａｓｓ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ａｃｈｉｅｖｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｏｃｋ；ｍａｓｓ ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｔｒｅｓｓ；ｃｒａｃｋ 现代建筑结构形式日趋复杂，大体积混凝土的工程运用也日趋广泛．大体积混凝土在施工过程中内 部温升幅度较表层的温升幅度大…，而在混凝土温升峰值过后的降温过程中，内部降温速度又比表层 混凝土小，在这些过程中，混凝土各部分的热胀冷缩（称为温度变形）、相互问约束及外界约束的作用而 在混凝土内部产生的温度应力，是相当复杂的．一旦温度应力超过混凝土抗拉极限值时，混凝土就会出 现裂缝． 不同国家对大体积混凝土定义不同口］，美国混凝土学会定义：任何就地浇筑混凝土，若尺寸达到必 须采取措施解决体积膨胀和水化热，以便减小开裂的混凝土为大体积混凝土．日本建筑学会定义：结构 断面最小尺寸在８０ ｃｍ以上，水化热引起的混凝土最高温度与外界气温差大于２５％为大体积混凝土．我 国行业标准定义：混凝土结构物实体最小尺寸大于或等于ｌ ｍ或预计会因水泥水化热引起内外温差过 大而导致裂缝的混凝土为大体积混凝土．可以看出，混凝土在硬化期间水泥放出大量水化热而产生的温 度应力是影响大体积混凝土工程质量的重要因素． 收稿日期：２００５ ０９—２０；修订日期：２００５ １ １ ２８ 作者简介：陈昌平（１９７１一），男，讲师，博士研究生，主要研究方向：近海与海岸工程 维普资讯 http://www.cqvip.com 大连大学 学 报 第２７卷 大体积混凝土的裂缝控制问题是一项国际性的技术难题，许多国家都成立了专门的研究机构，理论 成果颇多，但在工程实践中仍然缺乏成熟和实用的理论依据，一些规范和规程尚不能完全解决现实设计 和施工中提出的问题．大体积混凝土结构的施工技术和施工组织比较复杂，在模板、钢筋和混凝土工程 等方面有许多技术问题需要逐个解决，施工时应慎重，否则极易出现质量事故，造成不必要的损失．本文 以大连造船厂新建船坞工程为例，介绍大体积混凝土裂缝控制技术措施． １工程概况 大连造船厂新建３０万吨级船坞为减压排水式结构，主要尺度为：有效长度４００ ｍ，坞宽９６ ｍ，坞深 １３ ｍ，坞顶标高＋５．２０ ｍ，坞底面标高一７．８０ ｍ． １．１船坞的主要结构 坞ＶＩ：坞ＶＩ净宽９６ ｍ，长２５ ｍ，采用现浇钢筋混凝土ｕ型结构． 坞墙：采用现浇扶壁式结构，上部为电力和公用廊道． 坞底板：采用现浇钢筋混凝土结构，坞底板下设置纵横相间的管沟式减压排水系统． 泵房：采用现浇钢筋混凝土结构，底板埋深为１９．３ ｍ，设置前 池、流道层、水泵层、电机层和地面层． 表１地基弹性模量 １．２地质条件 岩石名称 弹性模量／ＮＰａ 船坞的地质条件为板岩地基，各部位的风化程度不一，并含有辉 板岩（中风化） ｌ ８ｏ０ 绿岩脉．地基的弹性模量见表１． 辉绿岩（中风化） ８ ０ｏＯ ２ 引起结构产生裂缝的主要因素 引起混凝土产生裂缝的因素很多，结合本工程的具体结构形式和特点，认为基岩约束与不利的结构 形式和尺度是裂缝产生的主要原因． ２．１基岩约束 船坞坐落在板岩和辉绿岩脉上，基岩对结构产生的约束，将引起较大的约束应力． ２．２不利的结构形式和尺度 （１）船坞结构形式复杂，断面尺寸相差悬殊，并且同一结构中各部位的断面也不相同，这使各个部 位的温度场和温度应力的变化规律有很大的差异，干缩对其影响也不相同，因此增加了防裂的难度．图 １为船坞展开图． 图１船坞展开图 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２期 陈昌平等：大连造船厂新建３Ｏ万吨船坞大体积混凝土防裂技术措施 ４５ （２）坞室底板平面尺寸比较大（１９ ｍ×１９ ｍ），厚度比较薄（０．６５ ｍ、０．８５ ｍ两种），属于大型薄板结 构．这种薄板其水化热温升和降温的速率很快，由于温度应力发生在早期，不能充分利用混凝土的徐变 和强度性能．另外，这种大型薄板长期暴露在大气之中，干缩对其影响较大，在温度应力和干缩应力共同 作用下可能引起结构出现裂缝． （３）坞墙为扶壁式结构，墙厚为０．４ ｍ，比较薄，温度应力不会很大，但最大温度应力发生在早期，另 外干缩影响较大，也可能引起开裂． （４）泵房的尺度比较大（２９．７ ｍ×２４．８ ｍ），底板厚１．２ ｍ．水化热温升和降温的速度比较快，使最大 温度应力出现在早期，对防裂不利． （５）坞口底板和坞墩体积大，温升高．升温历时比较长，早期内部还在升温，表面已开始降温，内外 温差大，可能引起表面裂缝，特别是在变断面处容易开裂．在下面基岩的约束下，表面裂缝可能发展成贯 穿裂缝． ３防裂技术措施 大体积混凝土在施工过程中产生的裂缝主要是混凝土在浇注以后由于水化热的作用及外部环境的 影响而产生的温度应力引起的，因此在防裂时，应以减轻温度应力为主要控制目标． ３．１改善约束条件 新浇混凝土受到的约束主要有两种：一是基岩的约束，二是新老混凝土之间的约束．本船坞工程基 岩弹性模量不大，基础约束相对较弱，而新老混凝土之间的约束，如果控制不好可能引起比较大的温度 应力，导致混凝土开裂．坞室和泵房部位的大体积混凝土是裂缝控制的重点，在施工过程采取了如下 措施： （１）控制间歇期 混凝土浇筑初期呈塑性状态，混凝土的弹性模量很小，由变形变化引起的应力也很小．随时间的变 化，各龄期混凝土的弹性模量按下式计算 Ｊ： Ｅ（Ｉ）＝Ｅｏ（１一ｅ－０．０９￣） 式中：Ｅ㈤为各龄期混凝土的弹性模量； 为混凝土的最终弹性模量；￡为混凝土浇筑天数． 可见混凝土的弹性模量随龄期的增加而增大，间歇期越长，对新浇混凝土的约束愈大，为了预防裂 缝，在施工过程中通过增加模板数量，尽量控制坞室和泵房部位分层浇筑的间隔时间，以减少约束应力． （２）合理划分混凝土浇筑层 在施工之前，由天津港湾工程研究所对船坞主体混凝土温度场及温度应力进行了计算，根据计算结 果，对底板、坞墩及泵房处的混凝土进行了合理的分层，以避免出现应力集中．各部位划分示意图见图 ２、图３． ２２００ ｌ２８００ ｌＯｏｏＯ 图２底板、坞墩混凝土分层示意图 图３ 泵房混凝土分层示意图 维普资讯 http://www.cqvip.com 大连大学学 报 第２７卷 （３）减小基底约束 坞墙及泵房底板受基础的约束较大，容易产生裂缝，所以在分层时底板均带出一段墙身，以减小基 底的约束． ３．２控制混凝土内外温差 混凝土内外温差是产生温度应力的根本原因，只要采取合理可行的措施，将温差控制在一定范围 内，就可有效地防止温度裂缝的产生． ３．２．１降低水化热温升 （１）减少单位体积混凝土的水泥用量 减少水泥用量是一项经济有效的防裂措施．本工程结构混凝土设计标号为Ｃ３０Ｆ３００，抗冻标号采用 １７３００是按北方码头水位变动区的抗冻标准设计的，而船坞的实际工作环境与码头工作环境差别很大， 可降低船坞结构混凝土抗冻标号．经与设计单位沟通，最终除坞墩外其余结构均降低一个等级，采用 １７２５０，这样单位体积混凝土的水泥用量约减少５％． （２）掺加粉煤灰 在保证混凝土强度、耐久性的前提下，在泵房、坞墩、坞底板混凝土施工时掺加粉煤灰，以降低水泥 用量，推迟水化热升温时间．为满足一定的抗冻要求，最后确定粉煤灰取代水泥用量为１０％． （３）掺加块石 针对坞墩及坞口底板混凝土浇筑量大，内部温度较高的特点，采取掺加块石的方法，以减少水化热． 在混凝土浇筑过程中，根据构件类型掺加８％一１５％的块石． ３．２．２降低混凝土入模温度 （１）控制水泥温度 为避免水泥出厂温度过高，拌和站共配备７座水泥罐，其中５００ ｔ水泥罐一座；１００ ｔ水泥罐一座； ７５ ｔ水泥罐二座；４０ ｔ水泥罐三座；采取分罐储存方式，待水泥降到一定温度，才允许使用，遵循先来先用 的原则． （２）降低石子温度 石子比热容虽然较小，但每方７昆凝土中石子所占重量达５０％左右，因此石子的温度是影响混凝土 拌合物温度的主要因素之一，要想获得较低的混凝土拌合物温度，最有效的措施之一就是降低石子温 度．在夏季施工时将料堆表面以下８００—１ ０００ ｍｌｎ处温度较高的砂石料推走，尽量使用埋深在８００ １ ０００ Ｉｎ／ｎ以下部位的石料，以降低混凝土入模温度，必要时喷洒水雾降温． （３）选择混凝土浇筑时间 考虑到混凝土拌合料中各种原材料的比热及各自所占比例，在控制水泥、石子温度的前提下，在浇 筑关键部位混凝土时尽量避开高温时段（一般在下午３～４点至第２ ｄ上午浇筑混凝土），从而使各种原 材料的入模温度降低． （４）设置散热孔 坞墩施工时，予留散热孔（散热孔直径８００ ｍｍ），散热孔内注水，以降低混凝土内部温度，达到防裂 目的． ３．３提高混凝土的抗裂能力 （１）掺加混凝土膨胀剂 ＵＥＡ膨胀剂掺入混凝土中，在混凝土内部产生一定的预应力，它能抵消或部分抵消由混凝土干缩、 蠕变及温度等因素引起的拉应力．在泵房、坞墩闭合块混凝土施工时掺加ＵＥＡ膨胀剂，以补偿部分温度 收缩，提高了混凝土的抗裂能力． （２）加强混凝土的养护 养护可以提高混凝土的抗拉强度，防止早期干缩，特别是对掺加粉煤灰和膨胀剂的混凝土，更需要 充分养护．考虑到土工布饱水性较好，本工程对现场所有混凝土均采用土工布潮湿养护，养护时间不低 于设计要求（潮湿养护１４ ｄ），在现场条件允许的情况下，延长养护时间，对掺加粉煤灰的混凝土潮湿养 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２期 陈昌平等：大连造船厂新建３Ｏ万吨船坞大体积混凝土防裂技术措施 ４７ 护２１ ｄ ４问题及建议 由于顶层钢筋的原因，在坞１２Ｉ底板（２层）及坞墩（第６层）混凝土施工时无法填充块石，致使混凝 土内外温差过大，引起西坞墩及坞口底板出现４道裂缝．经过观测，此裂缝属混凝土表面裂缝，裂缝宽度 均小于０．２ ｍｍ． 大连造船厂新建３Ｏ万吨船坞在施工过程中由于采取了一系列针对性的综合措施，做到严格控制、 严格管理，到目前为止船坞主体混凝土基本上不裂、不渗，达到了预期目的．根据３Ｏ万吨船坞的施工经 验，在今后大体积混凝土施工中建议： （１）尽可能降低拌合用水的温度 每立方混凝土中水的比重不大，但水的比热容较大，因此水温是影响混凝土拌合物温度的主要因素 之一．要获得较低的混凝土拌合物温度，有效措施之一就是降低水的温度．在夏季施工时，可用冰水搅拌 以降低混凝土人模温度． （２）严格选用外加剂 外加剂已成为混凝土的必要组成部分，由于种类繁多，不同外加剂对混凝土收缩的影响程度不同， 在施工前应对外加剂进行试验，以选取对混凝土收缩影响较小的外加剂． （３）使用低水化热水泥 本工程水泥采用了大连水泥厂生产的Ｐ・０３２．５Ｒ型普通硅酸盐水泥，发热速率快，水泥水化热偏 高，增加了施工困难．对于大体积混凝土，在施工前应对各种类型水泥的水化热进行检测，以科学地选择 水泥品种，减小混凝土的内外温差． 参考文献： ［１］朱伯芳．大体积混凝土温度应力与温度控制［Ｍ］．北京：中国电力出版社，１９９９ ［２］陈光福．大体积混凝土施工技术［Ｊ］．中国港湾建设，２００３（２）：２１ ２２． ［３］李金凤．大体积混凝土理论计算与实测［Ｊ］．煤炭技术，２００４（４）：８２．８４．
