港口與航道工程大體積混凝土施工中的裂縫問題及控制

劉繼勇

南通市港航工程有限公司 江蘇南通 226000

1 大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因

混凝土作為非均質(zhì)脆性材料，開裂原因很多?；炷翉脑O(shè)計(jì)、施工到使用過程中，都存在造成混凝土開裂的因素，如設(shè)計(jì)不當(dāng)、材料使用不當(dāng)、基礎(chǔ)不均勻沉降、結(jié)構(gòu)受荷、施工工藝不當(dāng)、溫度應(yīng)力、收縮、塑性坍塌、冰凍等都較容易產(chǎn)生裂縫。

1.1 收縮形式的影響

混凝土自身具有強(qiáng)烈的收縮能力，在逐漸變得硬化后，其外部的自然環(huán)境會轉(zhuǎn)變?yōu)楦稍锏臓顟B(tài)，從而不斷蒸發(fā)混凝土內(nèi)的水分。當(dāng)水分持續(xù)發(fā)揮一段時(shí)間后，就會讓混凝土從外向內(nèi)進(jìn)行收縮。與傳統(tǒng)的塑性收縮不同之處就在于對混凝土自身的沁水量有著一定影響，當(dāng)蒸發(fā)量超過沁水量時(shí)，混凝土的表面將會逐漸出現(xiàn)塑性收縮的情況，從而導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。一般情況下，混凝土所使用的水泥都具有一定的活性，自身的水含量較低，持續(xù)地處在高溫環(huán)境下，混凝土的表面就會出現(xiàn)收縮，導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)。結(jié)合我國港口、公路、橋梁等工程建設(shè)的實(shí)際情況來看，大體積混凝土在完成澆筑之后，會主動地進(jìn)行水分吸收，發(fā)生水化作用，從而改變大體積混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，收縮應(yīng)力會導(dǎo)致物質(zhì)本身的外觀變化和物理性質(zhì)變化，港口與航道工程所使用的大體積混凝土，體積和總量都要遠(yuǎn)超出其他工程建設(shè)。大體積混凝土在港口航道工程中所出現(xiàn)的裂縫現(xiàn)象更為嚴(yán)重。

1.2 內(nèi)外溫差的影響

混凝土之所以會出現(xiàn)裂縫，其中影響很大的因素是內(nèi)外溫差。發(fā)生溫差變化的時(shí)間段一般在混凝土澆筑的前期、內(nèi)部溫度最高期和拆模前后，溫度應(yīng)力在混凝土內(nèi)的分布。在進(jìn)行混凝土澆筑時(shí)，混凝土自身具有的熱導(dǎo)性，混凝土組分間受到與空氣之間的反應(yīng)，會產(chǎn)生大量的水化熱，導(dǎo)致混凝土的內(nèi)部溫度持續(xù)升高，當(dāng)內(nèi)部溫度上升到一定高度，會與混凝土表面溫度產(chǎn)生較大差異性。受熱脹冷縮原理的影響，混凝土的內(nèi)部會發(fā)生膨脹導(dǎo)致表面變形?；炷恋耐庠诒砻嫱ㄟ^拉應(yīng)力的增長，逐漸超出混凝土所能夠承受的壓力，內(nèi)部開始產(chǎn)生崩裂，最終出現(xiàn)溫度裂縫。在拆模的前后階段，混凝土表面將會出現(xiàn)急劇的溫度下降，受到內(nèi)外溫差的影響，最終導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫[1]。

2 大體積混凝土施工裂縫的控制

2.1 合理進(jìn)行溫控設(shè)計(jì)

大體積混凝土施工前應(yīng)選擇合適的原材料，配合比優(yōu)化應(yīng)按絕熱溫升低、抗裂性能好的原則進(jìn)行；在保證混凝土工作性前提下，盡快可能降低混凝土單位用水量：采用低砂率、低坍落度、低水膠比，摻高效減水劑、高性能引氣劑；降低水泥用量，大量摻加粉煤灰等礦物摻合料，降低混凝土水化熱；進(jìn)行開裂敏感性試驗(yàn)，控制混凝土早期快速升溫，限制混凝土早期強(qiáng)度的發(fā)展。通過試驗(yàn)或有限元分析法計(jì)算大體積混凝土的出機(jī)口溫度、澆筑溫度、內(nèi)部最高溫度和溫度應(yīng)力，采取諸如埋設(shè)測溫元件、應(yīng)變測試元件、冷卻水管、塊石、摻混凝性減水劑和其他措施，確保施工階段混凝土澆筑溫度不高于30℃不低于5℃、混凝土內(nèi)表溫差不大于25℃、混凝土內(nèi)部最高溫度不超過70℃，滿足表層和內(nèi)部溫控抗裂安全系數(shù)不小于1.4?？梢酝ǘ嘤?jì)算核驗(yàn)混凝土保溫層材料的厚度，在施工前完善相關(guān)保溫措施，確保混凝土塊體降溫速率不大于2℃ /d[2]。

2.2 混凝土澆筑控制

大體積混凝土對于不適合設(shè)施工縫的結(jié)構(gòu)，采取跳倉澆筑和設(shè)置閉合塊方法減小澆筑長度。施工縫應(yīng)嚴(yán)格按審批合格的方案預(yù)留位置，避免隨意設(shè)縫。澆筑時(shí)根據(jù)振搗、入模條件確定分層攤鋪厚度，不得集中傾倒沖擊模板或鋼筋骨架，混凝土運(yùn)輸、澆筑、振搗必須在初凝前完成，施工要連續(xù)進(jìn)行，施工過程中不允許出現(xiàn)冷縫。澆筑前至施工時(shí)不斷檢查模板是否變形、松動、跑模、跑漿。加強(qiáng)混凝土澆筑振搗，可以提高密實(shí)度，采用二次振搗工藝，初凝前再次振搗，改善混凝土的強(qiáng)度，提高抗裂性，減少表面微裂縫。采用混凝土二次抹面工藝，初凝前在表面二次抹面并及時(shí)覆蓋保濕，避免早期出現(xiàn)塑性裂縫，防止混凝土干縮失水。混凝土澆筑后應(yīng)防止過早在其上進(jìn)行施工、堆積物料等活動。施工接茬處應(yīng)鑿毛清洗掃水泥漿，必要時(shí)設(shè)置鋼絲網(wǎng)和其他可行措施防止產(chǎn)生收縮裂縫，對于低流動度的混凝土采用接漿措施可以提高新老混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度。重視后澆帶施工，采用微膨脹混凝土進(jìn)行后澆帶施工并及時(shí)養(yǎng)護(hù)。

2.3 混凝土養(yǎng)護(hù)和測溫

保溫養(yǎng)護(hù)是大體積混凝土施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?；炷翝仓戤吅?，應(yīng)及時(shí)按溫控技術(shù)措施要求進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)，降低混凝土塊體的內(nèi)外溫差以降低塊體的自約束應(yīng)力，控制降溫速度，保持混凝土具有適當(dāng)?shù)臐穸群涂癸L(fēng)條件。采用蓄水、灑水、噴霧養(yǎng)護(hù)的水溫和混凝土表面溫度不宜大于15℃，養(yǎng)護(hù)時(shí)間視氣溫、水泥品種、結(jié)構(gòu)物體積確定?；炷帘砻媾c環(huán)境溫度之差大于15℃時(shí)應(yīng)推遲拆模；低溫季節(jié)拆模應(yīng)選擇氣溫較高時(shí)段并立即采取保溫措施，保溫時(shí)間根據(jù)溫度應(yīng)力控制情況確定；當(dāng)日平均溫度低于5℃，不應(yīng)灑水養(yǎng)護(hù)，氣溫驟降時(shí)，齡期低于28d 混凝土應(yīng)采取表面保溫[3]。

3 結(jié)語

隨著我國國際貿(mào)易的發(fā)展，港口與航道的作用日益突出。我國應(yīng)加大對港口與航道質(zhì)量建設(shè)力度，給予一定的政策支持和資金投入，將港口與航道的建設(shè)與高科技技術(shù)和先進(jìn)的管理經(jīng)驗(yàn)相融合，逐步提高我國港口與航道運(yùn)輸能力和服務(wù)水平。