淺談港道整治工程混凝土裂縫的成因及防治措施

陳文斌

淺談港道整治工程混凝土裂縫的成因及防治措施

陳文斌

西江水道航道整治工程X4合同段，從肇慶封開河兒口至肇慶新港止，全長(zhǎng)51km，是一項(xiàng)集舊航標(biāo)拆除、混凝土塔標(biāo)新建、浮標(biāo)、橋涵標(biāo)、鋼管標(biāo)、指路牌等項(xiàng)目建設(shè)的水道航道整治工程。由于該項(xiàng)目工程線路長(zhǎng)，分部分項(xiàng)工程多，且施工點(diǎn)面分散，給施工帶來困難。在施工過程中，參建各方嚴(yán)格管理、精心施工，克服工期短等施工困難，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，出色完成工程任務(wù)，X4項(xiàng)目交工驗(yàn)收評(píng)為優(yōu)良工程。該項(xiàng)目主要分部工程為23座新建混凝土航標(biāo)塔標(biāo)施工。塔標(biāo)混凝土結(jié)構(gòu)物一般由外荷載引起裂縫的可能性很小，但由于水泥在水化反應(yīng)中釋放的水化熱所產(chǎn)生的溫度變化和混凝土收縮的共同作用，會(huì)產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力，這將成為混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的主要原因。

一、混凝土裂縫成因

1.收縮裂縫

混凝土在逐漸散熱和硬化過程中引起的收縮應(yīng)力是很大的，特別是大體積混凝土結(jié)構(gòu)物，如果應(yīng)力超過當(dāng)時(shí)的混凝土極限抗拉強(qiáng)度，就會(huì)在混凝土中產(chǎn)生收縮裂縫。在大體積混凝土中，即使水灰比不低，自身收縮量值也不大，但在與溫度收縮疊加到一起時(shí)，就會(huì)使應(yīng)力增大。所以在塔標(biāo)混凝土施工時(shí)早就將自身收縮作為一項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。

2.溫差裂縫

水泥水化熱引起的混凝土內(nèi)部與混凝土表面的溫差過大。大體積混凝土結(jié)構(gòu)一般要求一次性整體澆筑，澆筑后，由于水泥因水化引起水化熱聚集在內(nèi)部不易散發(fā)，其內(nèi)部溫度將顯著升高，而其表面則散熱較快，形成較大的溫度差，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。此時(shí)，混凝齡期較短，抗拉強(qiáng)度很低。當(dāng)溫差產(chǎn)生的表面抗拉應(yīng)力超過混凝土極限抗拉強(qiáng)度，則會(huì)在混凝土表面產(chǎn)生裂縫。

3.安定性裂縫

安定性裂縫表現(xiàn)為龜裂，主要是因水泥安定性不合格而引起的。

二、裂縫的控制措施

1.對(duì)收縮裂縫的防治

在混凝土配置過程中應(yīng)注意所選用的水泥品種、水泥用量及水灰比的控制骨料、摻和料和外加劑的選用等。

（1）水泥的選用

混凝土應(yīng)選用低發(fā)熱量、低含堿量初期強(qiáng)度高、塑性性能好、初凝期長(zhǎng)的水泥。普通硅酸鹽水泥熟料化學(xué)成分見表1

由表1可以看出，C2S是比較適合的礦物，而C3A的含量應(yīng)該加以控制。其化學(xué)成份的控制最好能達(dá)到C2S十C3S≥80%，C3A≤5%，C4AF≤15%。水泥供應(yīng)品種不宜過多過雜，水泥運(yùn)進(jìn)工地以后應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格地進(jìn)行檢驗(yàn)，并進(jìn)行混凝土試驗(yàn)。

（2）水泥用量及水灰比

在混凝土配制時(shí)，盡量減少水泥用量及單位用水量，但又不能失掉水泥的流動(dòng)性、粘聚性和保水性，以免配制出的混凝土不合格，不能澆筑。所以對(duì)于最大水灰比和最小水泥用量有一個(gè)規(guī)定見表2。

（3）砂石骨料

骨料在大體積混凝土中所占比例一般為混凝土絕對(duì)體積的80%～83%，因此在選擇骨料時(shí)，應(yīng)選擇線膨脹系數(shù)小、巖石彈模較低、表面清潔無弱包裹層、級(jí)配良好的骨料。

砂子除滿足骨料規(guī)范要求外，應(yīng)適當(dāng)放寬石粉或細(xì)粉含量，這樣不僅有利于提高混凝土的工作性，而且可提高混凝土的密實(shí)性、耐久性和抗裂性。有研究表明，砂子中石粉比例一般在15%～18%之間為宜。

（4）摻和料

水泥摻和料應(yīng)當(dāng)采用經(jīng)過試驗(yàn)的、符合要求的活性材料，否則摻用不合格料也會(huì)大大影響混凝土的強(qiáng)度和壽命。

粉煤灰只要細(xì)度與水泥顆粒相當(dāng)，燒失量小，含硫量和含堿量低，需水量比小，均可摻用在混凝土中使用?；炷林袚接梅勖夯液螅商岣呋炷恋目?jié)B性、耐久性，減少收縮，降低膠凝材料體系的水化熱，提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，抑制堿骨料反應(yīng)，減少新拌混凝土的泌水等，有利于提高混凝土的抗裂性能。

其他加摻合料的水泥，礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥等都是很好的選用對(duì)象。

（5）外加劑

高效減水劑和引氣劑復(fù)合使用對(duì)減少大體積混凝土單位用水量和膠凝材料用量，改善新拌混凝土的工作度，提高硬化混凝土的力學(xué)、熱學(xué)、變形、耐久性等性能起著極為重要的作用，是混凝土向高性能化發(fā)展的不可或缺的重要組分，應(yīng)積極使用。

2.對(duì)溫差裂縫的防治

溫差裂縫，即混凝土水化熱引起的內(nèi)部溫度與混凝土表面的溫差過大而導(dǎo)致的混凝土裂縫。引起水化熱大的因素，除水和水泥用量、單位用水量、摻和料和外加劑選用等混凝土配置上的因素外，還存在施工中的控制問題。因此，改善施工工藝對(duì)于溫差裂縫的控制也是極其有效的方法。

（1）降低澆筑速度，減小澆筑層厚度

大體積混凝土結(jié)構(gòu)的澆筑方案，可分為全面分層、分段分層和斜面分層三種。全面分層法要求混凝土澆筑強(qiáng)度大，斜面分層法混凝土澆筑強(qiáng)度小，施工中可根據(jù)結(jié)構(gòu)物的具體尺寸、搗實(shí)方法和混凝土供應(yīng)能力來選擇澆筑方案，目前應(yīng)用較多的是斜面分層法。

（2）加強(qiáng)混凝土的澆灌振搗，提高密實(shí)度

混凝土的搗實(shí)就是使入模的混凝土完成成型與密實(shí)的過程。混凝土澆筑入模后應(yīng)立即進(jìn)行充分的振搗，使新入模的混凝土充滿模板的每一角落，排出氣泡，使混凝土拌和物獲得最大的密實(shí)度和均勻性。體積較大的混凝土最好采用兩次振搗技術(shù)，改善混凝土強(qiáng)度，提高抗裂性。

（3）采用綜合措施，控制混凝土初始溫度

限制混凝土拌和物的出料口溫度。在氣溫較高的季節(jié)，剛剛出機(jī)口的混凝土拌和物料往往溫度過高，必須采取人工降溫措施。例如采用冷水噴淋預(yù)冷骨料，或一次、二次風(fēng)冷骨料，加冰片和加冷水扳指混凝土等。

（4）拆模時(shí)間的控制

混凝土盡可能晚拆模，拆模后混凝土表面溫度不應(yīng)下降15℃以上，混凝土的現(xiàn)場(chǎng)試塊強(qiáng)度不低于C25。

（5）采用補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)

根據(jù)具體工程特點(diǎn)，采用UEA補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)。

3.對(duì)安定性裂縫的防治

混凝土體積安定性是指水泥硬化過程中，體積變化是否均勻的性能。水泥安定性不良會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生膨脹性裂紋或翹曲變形，造成質(zhì)量事故。引起安定性不良的主要原因是熟料中游離氧化鈣，或游離氧化鎂過剩，或石膏摻量過多?；炷僚淞蠒r(shí)要嚴(yán)格檢查其成分，以免水泥安定性不合格。

表1　普通硅酸鹽水泥熟料化學(xué)成分表

表2　水工混凝土最大水灰比及最小水泥用量（kg/m3）

三、混凝土養(yǎng)護(hù)

（1）混凝土澆筑完畢后，對(duì)混凝土表面及所有側(cè)面應(yīng)及時(shí)灑水養(yǎng)護(hù)，以保持經(jīng)常濕潤(rùn)；澆筑完畢短期內(nèi)應(yīng)避免陽光曝曬，混凝土表面宜加遮蓋；可采用濕草簾或麻袋等物覆蓋表面，低流態(tài)混凝土延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間。

（2）一般應(yīng)在混凝土澆筑完畢后12～18h內(nèi)即開始養(yǎng)護(hù)，但在炎熱、干燥氣候情況下應(yīng)提前養(yǎng)護(hù)。

（3）養(yǎng)護(hù)應(yīng)保持連續(xù)性，不得采用時(shí)干時(shí)濕的養(yǎng)護(hù)方法。

（4）混凝土養(yǎng)護(hù)應(yīng)有專業(yè)隊(duì)或?qū)Ｈ素?fù)責(zé)，并認(rèn)真做好養(yǎng)護(hù)記錄。

四、結(jié)論

綜上所述，航道整治工程建筑物混凝土的裂縫問題，在混凝土的選料、配置、施工、養(yǎng)護(hù)過程中逐步控制，是可以預(yù)防的。在操作中一定要把好各個(gè)過程關(guān)，遵循規(guī)范化，才能使混凝土航道整治建筑物達(dá)到預(yù)期質(zhì)量目標(biāo)

（作者單位：江蘇省鹽城市四港港道監(jiān)測(cè)管理所224333）