碼頭胸墻大體積混凝土裂縫成因及防裂措

摘 要：碼頭胸墻建設(shè)需要進(jìn)行大體積混凝土澆筑完成，然而，大體積混凝土裂縫問(wèn)題是工程施工中較為常見(jiàn)的問(wèn)題，一旦產(chǎn)生裂縫，那么整個(gè)工程的安全性和耐久性都會(huì)受到嚴(yán)重的不良影響，特別是基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)部分若出現(xiàn)裂縫，那么工程的使用則會(huì)受到限制。本文針對(duì)大體積混凝土碼頭胸墻的裂縫產(chǎn)生原因以及防治措施展開(kāi)了研究探討。

關(guān)鍵詞：碼頭胸墻 大體積混凝土 裂縫產(chǎn)生原因 防裂措施

在港口工程中，碼頭胸墻、船塢塢墻需要通過(guò)現(xiàn)澆大體積混凝土完成連續(xù)式結(jié)構(gòu)建設(shè)，但是在實(shí)際施工過(guò)程中，由于溫度以及收縮等原因會(huì)導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫，影響工程質(zhì)量。

一、碼頭胸墻大體積混凝土的裂縫產(chǎn)生原因

胸墻混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫包括荷載引發(fā)的裂縫以及非荷載裂縫兩種，其中荷載裂縫是由外力因素所導(dǎo)致，而非荷載裂縫則是由于混凝土自身因素所導(dǎo)致。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，非荷載裂縫在實(shí)際混凝土裂縫中的產(chǎn)生比例更高，下面筆者具體分析其產(chǎn)生原因。

1.溫度裂縫產(chǎn)生原因。混凝土結(jié)構(gòu)由于水泥會(huì)發(fā)生水化反應(yīng)而產(chǎn)生大量的熱，溫度會(huì)發(fā)生一系列的變化，進(jìn)而混凝土結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的變形，這時(shí)所受到的應(yīng)力就是溫度應(yīng)力，這種裂縫也被稱作溫度裂縫。從本質(zhì)上分析，溫度應(yīng)力的產(chǎn)生是因?yàn)榛炷羶?nèi)部結(jié)構(gòu)不同部位溫度不同，而應(yīng)力超出混凝土本身的抗拉強(qiáng)度后，混凝土必然會(huì)出現(xiàn)裂縫。假設(shè)水泥中各種礦物成分的百分比分別為C3S、C2S、C3A、C4AF，那么可以計(jì)算出水泥水化熱為：Q（J）=571.2（C3S）+260.4（C2S）+840（C3A）+126（C4AF）。計(jì)算可知，每克水泥進(jìn)行水化反應(yīng)大約可以放出500J的熱量，這會(huì)導(dǎo)致混凝土澆筑完成一段時(shí)間內(nèi)其內(nèi)部溫度會(huì)逐步上升，但是熱量卻無(wú)法有效散發(fā)。混凝土建筑越來(lái)越厚，同時(shí)其結(jié)構(gòu)內(nèi)部、外部間的溫度差也會(huì)越來(lái)越大，由于溫度不一致，混凝土膨脹效果各層不同，進(jìn)而其內(nèi)部便會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的溫度應(yīng)力，表面則會(huì)同時(shí)產(chǎn)生拉應(yīng)力，應(yīng)力逐漸積累，到一定程度后超過(guò)拉伸極限，混凝土表面便會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂。

2.收縮裂縫產(chǎn)生原因。

2.1混凝土干縮。混凝土放置在未飽和空氣中會(huì)導(dǎo)致水分快速散失，進(jìn)而混凝土本身會(huì)出現(xiàn)體積縮小現(xiàn)象。考慮到混凝土表面的水分損失要比內(nèi)部損失更快，其外部變形程度和內(nèi)部變形程度并不一致，因此其表面變形干縮會(huì)受到內(nèi)部結(jié)構(gòu)的約束，產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力，最終導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。

2.2自生收縮。混凝土本身在一定的恒溫條件下，膠凝材料會(huì)發(fā)生水化反應(yīng)，進(jìn)而其本身會(huì)產(chǎn)生體積收縮現(xiàn)象，這種變形被稱之為自生收縮變形。一般情況下，混凝土自縮應(yīng)變可以控制在（40-100）×10-6左右，假設(shè)混凝土膨脹系數(shù)為10×10-6/℃，呈線性膨脹，那么自生收縮變形即相當(dāng)于4-10℃的溫度下降變形，也會(huì)導(dǎo)致混凝土裂縫產(chǎn)生。

2.3塑性收縮。混凝土在凝結(jié)之前，由于混凝土內(nèi)部顆粒之間存在著的水膜會(huì)產(chǎn)生沉實(shí)泌水現(xiàn)象，雖然其從理論上分析可以令混凝土內(nèi)部顆粒更加靠近，提升密實(shí)度，但是若混凝土表面水分蒸發(fā)速度過(guò)快，超出泌水速度，那么在表面張力的影響條件下，毛細(xì)孔會(huì)產(chǎn)生壓力，進(jìn)而引導(dǎo)混凝土發(fā)生體積收縮，這種收縮被稱為塑性收縮。若是混凝土抗拉強(qiáng)度不高或是流動(dòng)性較差，就會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的塑性裂縫。

二、碼頭胸墻大體積混凝土防裂措施

想要對(duì)碼頭胸墻大體積混凝土加強(qiáng)防裂控制，必須從多個(gè)角度多個(gè)方向同步優(yōu)化工程設(shè)計(jì)和施工，這一過(guò)程將涉及到多種綜合性影響因素。進(jìn)行裂縫防治應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持以防為主，綜合治理。下面筆者從原料選擇、配合比控制以及實(shí)際施工展開(kāi)詳細(xì)分析。

1.選擇優(yōu)質(zhì)原料。制作混凝土的原料包括粗、細(xì)骨料，水泥以及水，另外需要添加一些適當(dāng)?shù)耐饧觿仓篌w積混凝土，應(yīng)當(dāng)選擇中低熱水泥，盡量保證水泥的收縮性和膨脹性較差。所選骨料應(yīng)當(dāng)盡量保證表面清潔、級(jí)配良好而且膨脹系數(shù)相對(duì)較低，其中砂石料要控制其含泥量，有效提升混凝土的強(qiáng)度和和易性。澆筑過(guò)程中的減水劑要選用緩凝類型，使水泥的早期水化熱延緩散發(fā)，盡量避免溫度應(yīng)力產(chǎn)生。可以向閉合結(jié)構(gòu)的混凝土中適當(dāng)摻加膨脹劑，對(duì)混凝土的收縮進(jìn)行有效補(bǔ)償。另外，可以適當(dāng)選擇一些粉煤灰取代一部分水泥。粉煤灰的組成部分中有大量的硅鋁氧化物能夠和水泥發(fā)生水化反應(yīng)后的產(chǎn)物再次發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，緩解混凝土的膨脹現(xiàn)象。粉煤灰顆粒相對(duì)細(xì)致，能夠充分發(fā)生而此反應(yīng)，令混凝土內(nèi)部顆粒分布更加均勻，改善混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低其孔隙率，保證混凝土硬化以后的結(jié)構(gòu)更加致密，減低收縮值，進(jìn)而有效避免裂縫產(chǎn)生。

2.設(shè)計(jì)科學(xué)的配合比。進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)綜合參考工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求以及施工限制，保證水化熱延緩釋放，遵循減低溫度梯度的原則進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)。配合比設(shè)計(jì)首先應(yīng)當(dāng)滿足工程設(shè)計(jì)要求和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，同時(shí)減少水泥用量以避免水化熱大量產(chǎn)生。為了減少水泥用量，可以適當(dāng)摻入粉煤灰，同時(shí)要加入一些合適的外加劑。實(shí)際進(jìn)行施工之前，要先對(duì)不同種類的外加劑作用結(jié)果進(jìn)行試驗(yàn)分析，確定緩凝效果最好的外加劑作為實(shí)際施工應(yīng)用種類。

3.施工中加強(qiáng)控制。某港口一期建設(shè)項(xiàng)目包括工作船碼頭、通用碼頭以及油碼頭三個(gè)主要工程，胸墻結(jié)構(gòu)屬于較為典型的現(xiàn)澆大體積混凝土結(jié)構(gòu)，為了有效防止其產(chǎn)生裂縫，在施工中應(yīng)用了如下措施。

3.1在施工中加強(qiáng)溫度控制。在混凝土進(jìn)行拌制之前，先將骨料從露天環(huán)境搬運(yùn)到遮陽(yáng)棚中放置2-3天，令骨料溫度降低到合適溫度。拌制過(guò)程中，可以在拌制用水中加入冰塊以控制水溫，始終保持在0℃左右，進(jìn)而令混凝土入倉(cāng)溫度有效降低。混凝土澆筑過(guò)程應(yīng)當(dāng)盡量選擇低溫時(shí)間，避免在夏季炎熱天氣進(jìn)行澆筑，若是一定要在夏季趕工，則應(yīng)當(dāng)選擇晚間作業(yè)。本工程施工期間由于工期緊張，必須在夏季趕工，因此選擇晚間時(shí)間進(jìn)行混凝土澆筑，在一定程度上保證了混凝土的質(zhì)量。另外，在進(jìn)行施工之前，混凝土倉(cāng)中設(shè)計(jì)了雙排冷卻水管，進(jìn)水口進(jìn)水溫度低于環(huán)境溫度，出水口出水有效冷卻混凝土。胸墻混凝土澆筑分兩次進(jìn)行，第一次從0.9m澆筑到3.6m，留下400mm作為面層，碼頭沉降結(jié)束后進(jìn)行第二次澆筑，澆筑到頂。混凝土分層澆筑需要保證層厚不超過(guò)30cm，方便進(jìn)行溫度控制和散熱。在胸腔面層部分的混凝土中加入適量的聚丙烯纖維，有效提升面層部分混凝土的粘結(jié)性，盡量避免由于塑性收縮、溫度應(yīng)變、干縮導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫，有效提升混凝土的美觀性。

3.2進(jìn)行二次振搗和抹面。混凝土在初凝之后、終凝之前應(yīng)當(dāng)實(shí)行二次振搗抹面處理。二次振搗能夠提升鋼筋混凝土的握裹力，避免其由于內(nèi)部應(yīng)力產(chǎn)生裂縫；二次抹面能夠有效避免混凝土由于硬化而產(chǎn)生表面裂縫。

3.3加強(qiáng)保濕養(yǎng)護(hù)。針對(duì)胸墻大體積混凝土的臨水部分，可以應(yīng)用透水模板，頂面部分可以通過(guò)將四周加高的措施進(jìn)行蓄水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不能低于2周。拆模以后應(yīng)當(dāng)采用塑料薄膜、土工布或是草袋對(duì)混凝土表面進(jìn)行覆蓋以保證混凝土外部溫度，避免其溫度過(guò)快下降。薄膜下方可以適當(dāng)設(shè)置針刺小孔塑料軟管進(jìn)行通水，對(duì)混凝土側(cè)面進(jìn)行有效養(yǎng)護(hù)，避免干縮裂縫大量產(chǎn)生。

三、結(jié)語(yǔ)

碼頭胸墻大體積混凝土裂縫問(wèn)題是水工工程建設(shè)中的普遍存在問(wèn)題，直接關(guān)系著建設(shè)工程項(xiàng)目的使用安全和使用壽命，關(guān)系著工程項(xiàng)目的功能實(shí)現(xiàn)。經(jīng)研究我們發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的最主要原因就是溫度應(yīng)力以及收縮問(wèn)題，為了有效避免裂縫產(chǎn)生，應(yīng)當(dāng)在工程施工期間做好防范措施。首先，在施工前應(yīng)當(dāng)參考實(shí)際工程需要和現(xiàn)場(chǎng)印象因素進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)；其次，在實(shí)際施工過(guò)程中針對(duì)可能導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的誘因進(jìn)行有效控制，避免裂縫產(chǎn)生。

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