泉州船廠船塢工程大體積混凝土裂縫防治

林瑞濤

摘要：大體積混凝土構件中，裂縫是一種普遍存在的現象。它的存在會降低混凝土的抗滲能力，從而引起混凝土內部鋼筋的銹蝕，影響結構的耐久性及使用年限。本文以泉州船廠船塢工程為例分析了大體積混凝土裂縫形成的機理，并通過幾種施工中應用的措施來探討大體積混凝土的裂縫控制。

關鍵詞：大體積混凝土;收縮;應力;裂縫

一、前言

本工程位于泉州市惠安縣凈鋒鎮松村一帶海陸交互區域。本工程共有兩個造船塢，尺寸分別為1#塢380米*80米*14.4米;2#塢420米*68米*14.65米。船塢主體主要包括船塢塢口、塢壁及下塢通道、塢室底板和減排水系統、水泵房及船塢止水系統組成.

我國《大體積混凝土施工規范》GB50496-2009里規定：混凝土結構物實體最小幾何尺寸不小于1m的大體量混凝土，或預計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導致有害裂縫產生的混凝土，稱之為大體積混凝土。本工程現澆塢口底板砼、現澆塢門墩砼、水泵房底板等均已經達到規范認定大體積混凝土的標準。這些結構多位于環境比較惡劣的海水水位變動與浪濺區中。若因施工不當，產生有害裂縫，將使海水從裂縫處滲入結構內部，造成和加速鋼筋銹蝕，保護層脫落、混凝土碳化等情況發生。最終嚴重影響結構安全以及船塢使用年限。所以大體積混凝土裂縫防治在船塢工程中尤為重要。

二、混凝土產生裂縫的機理

船塢工程大體積混凝土結構產生有害裂縫的成因非常復雜，但歸結起來主要有以下幾個大的方面：

首先大體積混凝土易產生裂縫是由于混凝土材料特殊的物理性質所決定的。混凝土是一種人造多孔的石材，材料特性是其抗壓強度遠遠高于抗拉強度（抗拉強度只有抗壓強度的1/10～1/13），且延伸率極小，所以容易產生裂縫。

其次混凝土中水泥在與水進行化合反應過程中會產生水化熱，使混凝土體積膨脹。而大體積混凝土由于其體積較大，水化反應的熱量也較大，混凝土自身的導熱性又很差，熱量不易散失。隨著混凝土齡期的增長，混凝土外部開始轉為降溫階段。此時混凝土的彈性模量也隨著齡期不斷提高，混凝土內部對外部降溫收縮的約束也就愈來愈大，以至于在混凝土表面產生很大的拉應力。當混凝土的抗拉強度不足以抵抗這種拉應力時，混凝土便開始出現裂縫。

混凝土在空氣中硬化過程體積減小的現象稱為混凝土收縮。干縮就是混凝土硬化后，內部的自由水會逐漸蒸發，由多余水分的蒸發引起體積減小而產生的收縮。大體積混凝土內部和外部均存在約束。當收縮變形遇到這些混凝土的內外約束時會產生較大的拉應力。當到混凝土的抗拉強度不足以抵抗這種收縮應力時，就會產生裂縫。

三、大體積混凝土防裂措施

針對大體積混凝土產生裂縫的這幾點原因，現場采取了提高大體積混凝土的抗裂能力、減小大體積混凝土內外“溫差”、減緩混凝土硬化過程中的干燥收縮、減小外部約束等措施進行大體積混凝土裂縫的控制，取得了較好的效果。

3.1提高混凝土結構的抗裂能力

3.1.1.優先原材料、優化配合比

現場選用經檢測安定性合格的硅酸鹽水泥做為膠凝材料，同時做好水泥的保存工作，防止其受潮;在使用過程中以“先進先用，后進后用”為原則，盡量不讓水泥在罐體中存放超過3個月。選用由新鮮花崗巖非活性粗骨料，同時通過檢測鑒定骨料滿足線膨脹系數小、彈性模量較低、無弱包裹層、級配良好等要求，粗骨料的含泥量控制在1%以下。細骨料選用中砂，其含泥量控制在砂2%以下。通過優選原材料、優化配合比，現場拌制的混凝土，和易性較好，從而保證混凝土的韌性及抗拉強度。

3.1.2.對混凝土進行收縮補償

現場主要采用在混凝土中摻入微膨脹劑、纖維等措施對混凝土進行補償收縮。

1、由于塢口底板寬度分別為87米和99米，若一次澆筑則體量龐大，故現場將塢口底板分為4塊，設置3處閉合塊，待底板砼澆筑完成后6周后采用摻入微膨脹劑的混凝土進行閉合。摻入微膨脹劑的混凝土在硬化過程中會產生體積膨脹現象，使其內部產生壓應力，從而補償收縮變形，抵消硬化收縮過程中產生的拉應力，從而避免了新舊混凝土之間的裂縫。

2、水泵房流道層是船塢排水通道，其受海水沖刷作用大，抗滲等級要求高，故防裂要求也相對較高。而纖維的抗拉強度大、延伸率大，摻入纖維使混凝土的抗拉、抗彎、抗沖擊強度及延伸率和韌性得以提高。本工程綜合現場實際情況選用聚丙烯纖維對混凝土進行收縮補償，取得了良好的效果。

3.2降低混凝土內外“溫差”

3.2.1降低混凝土水化熱

由于混凝土的熱量主要來自水泥水的水化熱，因此現場選用低水化熱的硅酸鹽水泥。外加劑選用point400高效緩凝型減水劑，摻合料選用Ⅱ級F類粉煤灰，超量系數為1.6。摻入的外加劑和摻合料減少了每立方米混凝土中的水泥用量，達到了降低水化熱的目的;高效緩凝型減水劑還減緩硬化速度，更利于散熱。

現場在塢口底板、塢門墩、下塢通道等大體積混凝土施工過程中摻入規格為150～300mm的堅硬大塊石。摻加大塊石減少了混凝土總用量，降低了水化熱，而且石塊本身也吸收了熱量，使水化熱能進一步降低。

現場對塢門墩、塢口底板等大體積混凝土采取分層、分塊澆灌，這樣可減少單次混凝土的澆筑方量，降低單次水化熱量，又可加速散熱，降低內外溫差，避免溫差應力引起的裂縫。

3.2.2降低混凝土入模溫度

由于現場所在的斗尾港夏季較為炎熱，極端氣溫甚至在37℃以上，所以現場澆筑大體積混凝土時已考慮氣溫因素盡量避開炎熱天氣以及高溫時段澆筑。對現場骨料進行遮陽、灑水等降溫措施。攪拌站蓄水池加蓋蓋板，防止日曬，甚至在個別炎熱天氣采取冰水攪拌等措施。在運輸及澆筑過程還對混凝土罐車進行灑水降溫，從而降低了混凝土拌和物的入模溫度。

3.2.3控制混凝土的內外溫差

在塢口底板和水泵房底板澆筑成型后現場采用熱敏溫度計在構件內外分布埋設進行溫度監測，以隨時掌握與控制混凝土內外的溫度變化。現場通過“降溫井”來對混凝土內部進行降溫。在混凝土硬化后，向井中注入冷水，通過對井中的冷水循環來降低內部熱量。外部采取覆蓋保濕措施，使混凝土的內外溫差控制在25℃以內。并通過延長養護時間等，最終始構件應力應變趨于穩定，從而防止裂縫產生。

3.3減緩混凝土干縮的影響

現場在配合比設計階段就考慮在在滿足混凝土工作性能的情況下，通過摻入point400高效緩凝型減水劑來減少拌合水用量，從而減少混凝土內部游離水的含量。

塢口底板和水泵房底板在澆筑成型后表面都出現了“泌水”現象。表面泌水在蒸發的過程中會使混凝土表面產生干縮裂縫。因此現場施工人員在旁站過程中及時將混凝土的泌水進行排除，且在排除泌水后對混凝土進行二次抹面，從而將表面軟弱浮漿清除和之前產生的表面裂縫消除。

現場在塢口底板、水泵房底板在混凝土澆筑初凝后即進行灑水濕潤養護。各構件用淡水浸濕的土工布覆蓋并包塑料布進行保濕養護21天，避免了由于早期養護措施不到位，導致混凝土產生早期脫水，而引起的裂縫。

3.4降低外部約束的影響

1、針對擬建船塢塢口軟弱覆蓋層較厚，其地基承載力差的地質情況。現場將地基超挖至中風化持力層，開挖后盡快用C30塊石混凝土進行換填，防止地基被水浸泡，從而提高地基承載力，避免了因地基承載力不足而出現沉降裂縫。

2、針對擬建船塢塢尾方向有基巖直接裸露的地質情況。現場先對基巖進行施工墊層平整，然后在墊層上鋪瀝青油氈來減小約束，最后在其上澆筑主體，從而避免了由于外部約束引起的收縮裂縫。

四、結語

從泉州船廠1#、2#船塢工程大體積混凝土的裂縫防治過程來看，大體積混凝土容易產生裂縫，且產生裂縫的誘因復雜，其并非單獨起作用，而往往是相互疊加共同起作用。所以大體積混凝土裂縫的防治必須綜合分析，多種措施結合方可達到效果。現場通過對大體積混凝土成型過程中人、原材料及配合比、施工工藝、外部環境等因素的綜合把握，較好的防止了船塢工程大體積混凝土裂縫的發展。

參考文獻：

[1]喬樹軍.大體積混凝土裂縫控制措施探討.《中小企業管理與科技》2009

[2]《水運工程大體積混凝土溫度裂縫控制技術規程》（JTS202-1-2010）

[3]《大體積混凝土施工規范》GB50496-2009

[4]泉州船廠修船區一期工程1#、2#船塢工程施工組織設計