第9讲,1e410000港口与航道工程技术

1e410000港口与航道工程技术1e411000港口与航道工程专业技术第一章专业技术，14节内容可分为3部分：基础-水文气象地质；建材-水泥钢材混凝土土工织物；测量-gps管涌流沙。ie411060港口与航道工程大体积混凝土的开裂机理及防裂措施大纲要求：港口与航道工程大体积混凝土开裂机理；防裂措施。重点：港口与航道工程大体积混凝土防裂措施难点：港口与航道工程大体积混凝土防裂措施1e411061港口与航道工程大体积混凝土开裂机理从根本上说是由于混凝土结构与结构之间、结构与基础之间或结构的不同部位之间的温度应力超过混凝土抗裂能力而产生的。混凝土中水泥水化热温升引起结构的温度变形受到约束而产生温度应力，当此温度应力超过混凝土的抗裂能力（抗拉强度及极限拉伸值）时便产生了开裂。混凝土的极限拉伸是指混凝土构件受拉最终断裂时的拉伸变形值与构件原始长度值之比的相对拉伸变形性能。混凝土的极限拉伸约为1×10-4左右。混凝土的干缩变形与温度应力的叠加助长了开裂的产生和发展。知识点一、港口与航道工程大体积混凝土的定义在港口与航道工程中，一般现浇的连续式结构（如码头胸墙、船坞坞墙、泵房结构）和长宽高尺寸相近的大型实体预制构件（如大型混凝土方块）等容易因温度、收缩应力引起开裂的混凝土，通称为港口与航道工程大体积混凝土。本定义与美国aci116r的大体积混凝土定义是一致的。知识点二、“约束”的概念当结构产生变形时，不同结构之间或同一结构的不同部位之间，因变形不同，可能产生相互间的影响、牵制、制约，称之为结构间的约束。分为外约束和内约束两大类。（一）外约束不同结构之间的约束称为外约束，如图ie411061-i所示坞底板与后浇的坞墙混凝土结构之间的约束；沉箱封顶混凝土与其上的胸墙混凝土之间的约束。（二）内约束内约束又称自约束，结构本身内不同部位乃至各质点之间的约束称为内约束，如大型混凝土方块表层与相邻内层之间的约束，见图1e411061-2所示。知识点三、水泥水化热与混凝土的温升混凝土中的水泥在水化反应过程中放出的热量称为水泥的水化热。1g水泥的水化热可用下式估算：q(卡)=136(c3s)+62(c2s)+200(c3a)+30(c4af)式中，c3s、c2s、c3a、c4af为水泥中各矿物成分含量的百分率。假定混凝土处于绝热状态，那么混凝土内的温度将持续上升，称之为混凝土的绝热温升。但实际上混凝土结构都不是绝热的，在温升的同时就有热量散发的发生。水化热温升随时间衰减可延续数十天。温升曲线如图ie411061-3所示。知识点四、混凝土在温度应力作用下的开裂对于受到约束的混凝土，如浇筑在岩基上或者老混凝土基础上的大体积混凝土，在升温阶段，新浇混凝土的体积膨胀，因受到基础的约束产生受压的温度应力，但由于此时混凝土的龄期短，弹性模量低，压应力值很低；在降温阶段，新浇混凝土体积收缩，受到基础的约束温度应力为拉应力，当超过混凝土的抗拉强度时，或者受拉变形超过其极限拉伸能力时，便会产生开裂。通常，大体积混凝土的降温历时较长，超过养护期的混凝土开始干燥收缩，收缩应力与温度应力叠加，进一步加剧了大体积混凝土的开裂。1e411062港口与航道工程大体积混凝土防裂措施知识点一、浇筑时，选择合适的原材料和混凝土1．宜选择中低热水泥。2．宜选用线膨胀系数较小的骨料。3．外加剂应选用缓凝型减水剂。4．采用微膨胀水泥或掺用微膨胀剂作为结构闭合块的混凝土。5．掺用纤维（钢纤维或有机合成纤维）提高抗拉强度。6．采用低热高性能混凝土。知识点二、有针对性地进行配合比设计1．在满足设计、施工要求的情况下，宜减少单位水泥用量。2．在综合考虑混凝土耐久性的情况下，适当增加粉煤灰或磨细矿渣的掺量。知识点三、混凝土施工中应采取相应的措施1．施工中应降低混凝土的浇筑温度：(l)充分利用低温季节，避免夏季浇筑混凝土。若夏季施工，应在骨料堆场搭设通风良好的遮阳棚，并使骨料在遮棚内存放2～3d后再用，应尽量利用温度稍低的夜间施工。(2)水泥要降到自然温度后方能使用。(3)宜使用低温拌合水，如自来水、合格的地下水等。(4)混凝土在运输和浇筑的过程中，应设法遮阳防暴晒，混凝土的入模温度不高于30℃。(5)混凝土内可设置冷却水管，用冷却水降低混凝土的温升。(6)冷天施工时，入模温度不低于5℃，浇筑后应采取保温措施，注意防止冷击。2．无筋或少筋大体积混凝土中宜埋放块石，其要求如下：(l)块石应质地优良，基本呈方形，长短边之比≤2。(2)块石应以长边立放于新浇筑的混凝土层上，块石间的净距≥loomm或混凝土粗骨料粒径的2倍。(3)所埋块石与混凝土结构表面的距离，有抗冻要求时≥300mm；无抗冻要求时≥loomm或混凝土粗骨料粒径的2倍。(4)受拉区的混凝土中不得埋放块石。3．在混凝土早期升温阶段要采取散热降温措施：采用钢模板、分层浇筑混凝土、顶面洒水或用流动水散热。4．在混凝土降温阶段应采取保温措施：(l)在寒冷季节可推迟拆模时间，拆模时防止混凝土受冷击，拆模后应采取草袋、帆布、土工布、塑料薄膜覆盖等措施保温。(2)在已浇筑的混凝土块上浇筑新混凝土时，间隔时间应尽量缩短，不宜超过lod。(3)对于地下结构，应尽早进行回填保温，减小干缩。5．合理设置施工缝：(l)在岩基或老混凝土上浇筑新混凝土结构时，纵向分段长度应在15m以内。(2)在底板上连续浇筑墙体结构，墙体上的水平施工缝应设置在墙体距底板顶面≥1．om的位置。(3)对不宜设置施工缝的结构，可采取跳仓浇筑和设置闭合块的方法，减小一次浇筑长度。(4)上下两层相邻混凝土应避免错缝浇筑。6．岩石基表面宜处理平整，防止应力集中产生裂缝。在地基与结构之间可设置缓冲层，减小约束。7．养护时间的规定：(1)加强混凝土的潮湿、滞水养护，养护期不少于14d；(2)在构件内设置测温系统，采取保温或降温措施，保证结构内部与表面的温差不超过25℃（或设计要求值）。知识点四、进行温度应力计算对薄弱部位采取加强措施根据温度应力计算结果，对结构的薄弱部位采取相应的措施，如加设细而密的钢筋网片、设置闭合块，在合适的情况下施加预应力等。总之，抗裂和控制是一个十分复杂的涉及材料、工艺、环境、结构设计的综合性问题。【案例1e411062-1】1．背景秦皇岛港戊码头为顺岸式码头，长514m，24个沉箱。沉箱封顶混凝土上部为现浇混凝土胸墙（无钢筋），胸墙混凝土的断面尺寸为3.7m*2.35m。混凝土设计强度等级为c25、抗冻等级为f250。胸墙的浇筑正逢夏季高温季节。采取了一系列防裂措施后，温升曲线如图ie411062-1所示。2．问题(l)为防止胸墙混凝土开裂，可采取哪些防裂措施？(2)根据测温曲线回答，为了有利于胸墙混凝土防裂，何时应采取散热措施？何时应采取保温措施？3．分析与答案(1)可以采取以下综合性的防裂技术措施：1)结构的合理分段：码头胸墙结构是按沉箱长度分段的，每段胸墙长达18.27m，一次浇筑混凝土方量达l86m3，这对裂缝的控制是十分不利的。一段18.27m的胸墙的l／2处设置一道竖向施工缝。2)夏季高温季节。拌合水抽取温度较低的地下水，不足部分补自来水，降低入模温度。3)掺入大块石。采用分层下灰，保证每层振实后的厚度不大于30cm，保证在夏季施工时混凝土的覆盖强度。同时适当加大块石的掺量，既保证质量，又水化热温升，还经济。4)浇筑时分层减水，到顶部时严格掌握时间进行二次振捣，有利于消除顶部浮浆、干缩裂缝和龟裂。5)严格养护，确保养护时间和潮湿饱水程度。6)优化配合比，在混凝土中掺人粉煤灰，降低混凝土的水化热温升。(2)从温升曲线中可以看出，最高温升为78.4℃，温升峰值大约在浇筑后的2天，在峰值前的升温阶段应加强混凝土的散热，峰值出现后的降温阶段应采取保温措施。【案例1e411062-2】1．背景为了防止大体积混凝土开裂，掺入粉煤灰或磨细矿渣是常用的措施之一。根据它们的掺量与混凝土水泥用量的关系，有两种掺入法：(l)等量取代法：即在混凝土中掺入多少掺合料，就减少多少水泥（按重量计）。(2)超量取代法：即在混凝土中掺入掺合料的量大于减少水泥的量（按重量计），k称为超量取代系数(k1)。2．问题(1)混凝土的原水泥用量为350kg/m3，掺入15%的粉煤灰，等量取代，掺入粉煤灰后混凝土的水泥用量为多少？混凝土中掺入粉煤灰的量为多少？混凝土的胶凝材料为多少？(2)混凝土的原水泥用量为350kg/m3，掺入粉煤灰取代15%的水泥，超量取代，超量取代系数k=1.3。掺入粉煤灰后混凝土的水泥用量为多少？混凝土中掺入粉煤灰的量为多少？混凝土的胶凝材料为多少？3．分析与答案(l)掺入粉煤灰后混凝土中的水泥用量为：350×(1-15%)=297.5kg/m；混凝土中掺入粉煤灰的量为：350×15%=52.5kg/m3；混凝土中的胶凝材料为：297.5+52.5=350kg/m3；(2)掺入粉煤灰后混凝土的水泥用量为：350×(1-15%)=297.5kg/m3；混凝土中掺入粉煤灰的量为：350×15%×1.3=68.25kg/m3；掺入粉煤灰后混凝土中胶凝材料的用量为：297.5+68.25=365.75kg/m3。历年真题：（本节不多）6．有抗冻要求的大体积混凝土中掺加块石时，块石距混凝土结构表面的距离不得小于（）mm。a．100b．200c．300d．400答案：c