水運工程碼頭混凝土裂縫成因及其防治對策

張杰

舟山市海通水運工程咨詢監理有限責任公司

摘要：通過對砼裂縫概念的介紹，詳細闡述水運工程碼頭砼裂縫形成機理及原因，并根據裂縫成因對如何有效且經濟地減少和消除裂縫進行總結，為今后水運工程碼頭砼施工防治裂縫提供一定經驗。

關鍵詞：水運工程；碼頭砼；裂縫成因；防治對策

1 概述

進入新世紀以來，隨著經濟的快速發展，水運工程也進入建設快車道，沿江、河及沿海碼頭新建、改建及擴建也迅速增加，碼頭工程結構規模及技術難度變大了，數量上也成倍增長。在碼頭施工完成后的的運行使用過程中，逐漸出現各種使用維護問題，其中砼裂縫問題成為涉及碼頭結構安全性及耐久性的重大問題。砼裂縫的出現將降低碼頭結構正常使用年限期，裂縫嚴重時還會引起碼頭結構受損，導致無法正常使用。

圖1 某海港碼頭砼構件裂縫圖

目前的水運工程，以砼結構占主導地位，砼結構由于內外因素的作用不可避免地存在裂縫，而裂縫是砼結構物承載能力、耐久性及防水性降低的主要原因。砼作為碼頭構件受力主體，其施工質量的壞壞，直接決定砼的使用安全性及耐久性。目前，水運工程碼頭砼構件存在多種裂縫，包括龜裂紋、縱橫向裂縫、斜向與交叉裂縫及不規則裂縫等；部分裂縫為非受力表面裂縫，但相當一部分為貫穿結構受力裂縫，直接影響結構安全。必須找到碼頭砼裂縫成因，制定預防措施，防止影響結構安全的受力裂縫的產生。

2 裂縫成因分析

2.1 砼裂縫定義

裂縫是由砼在溫度和濕度變化的條件下，逐步硬化并產生的體積變形。裂縫有微觀裂縫和宏觀裂縫之分。微觀裂縫是肉眼看不見的，肉眼可見裂縫范圍一般以0.05mm為界（實際最佳視力可見0.02mm的裂縫）。小于0.05mm的裂縫，稱為“微觀裂縫”；大于或等于0.05mm的裂縫，稱為“宏觀裂縫”，宏觀裂縫是微觀裂縫擴展的結果。

在一般工程結構中，寬度小于0.05mm的裂縫對使用、防水、防腐、承重都無危害性，故假定具有小于0.05裂縫的結構為無裂縫結構。

水運工程中允許鋼筋砼結構出現裂縫的寬度，因不同的環境和構件所處的部位而有所不同。水運工程中允許裂縫的最大寬度（如表1）：

表1 水運工程中允許裂縫的最大寬度

環境情況

構件所處部位 海水區域

（mm） 淡水區域

（mm）

水上部位 0.1 0.15

水位變動區 受凍 0.05 0.1

不受凍 0.1 0.15

水下部位 0.15 0.2

碼頭構件的縱橫梁、樁基、胸墻等表面裂縫的寬度若超過了一定的范圍，會導致海水的滲入，將引起砼內部鋼筋銹蝕，使碼頭構件承載力下降，安全性能及耐久性能受到影響。所以，有必要對其產生的原因做一系統的分析。

2.2 砼裂縫成因

2.2.1結構所受荷載方面

砼結構物在實際使用過程中承受各種外荷載和變形荷載作用，形成荷載裂縫及變形裂縫，具體成因如下。

（1）由外有荷載應力超過砼構件最大極限應力時出現的裂縫，即荷載裂縫。

（2）由變形變化引起的裂縫。結構砼硬化期間水泥釋放大量水化熱，結構內部溫度迅速升高，在結構表面引起拉應力。后期在養護降溫過程中，又會在砼內部出現拉應力，氣溫的降低同樣在結構砼表面形成很大的拉應力。當拉應力大于砼自身抗裂能力時，砼就會被拉裂形成變形裂縫。同時，結構砼的內部濕度變化緩慢，但其表面濕度受養護不周、時干時濕，表面干縮形變受到內部砼的約束，亦能導致變形裂縫。

在砼構件現場施工工藝具體操作過程中，如構件制作、砼脫模、砼養護、構件堆放運輸、構件吊裝等；在砼構件形成過程中，如原材料不均勻，水灰比不穩定，及運輸和澆筑過程中的離析現象等。無論在構件形成還是構件成型后使用過程中，當砼構件所受拉應力超過其極限拉應力后，砼構件就會產生裂縫。

2.2.2砼強度形成階段方面

碼頭砼裂縫在強度形成過程中發生的原因主要有不均勻性引起的砼構件裂縫、約束性引起的砼構件裂縫和干縮性引起的砼構件裂縫。具體原因如下。

（1）不均勻性裂縫是指構件砼中所用的粗、細集料中雜質（如泥土、粉塵、有機物等有害物質）含量過高、粗、細集料級配線性曲線不平滑或骨料粒徑超規，砼拌合時稱量誤差超規，集料含水量測量誤差大等原因導致拌合好后的砼均勻性不好，振搗時隨意快插快拔，不均勻振搗等原因造成砼振搗完成后仍然不均勻而產生不均勻性裂縫。

圖2 碼頭砼構件表面干縮性裂縫圖

（2）約束性裂縫即為現澆表面層構件砼中存在過多的游離水、水分經蒸發后砼表層與內部變形不統一，現澆構件的砼坍落度超規、無可塑性、振搗砼時出現中粗集料下沉、水泥砂漿上浮、砼內部骨料上、下分布分極、砼終凝后內部收縮不一致等情況下而產生的約束性裂縫。

（3）干縮性裂縫主要是砼構件在施工養護期內，養護方法不符合設計及規范規定，同時養護不得到，砼表面水分蒸發過快，造成表面水泥未充分進行水化，而內部水泥水化充分，兩者水化不同程度導致砼收縮不一致，從而在砼表面產生干縮性裂縫。

3 裂縫防治措施

根據碼頭砼裂縫成因，從控制溫度、配合比、外加劑合理使用和施工養護等方面進行砼裂縫的預防，優先選用低水化熱的礦渣水泥拌制混凝土，并適當使用緩凝減水劑；在保證混凝土設計強度等級的前提下，適當降低水灰比，減少水泥用量；降低混凝土的入模溫度，控制混凝土內外的溫差（當無設計要求時，控制在25℃以內）；及時對混凝土覆蓋保溫、保濕；在拌合混凝土時可摻入適量的微膨脹劑或膨脹水泥，使混凝土得到補償收縮，減少混凝土的溫度應力；設置后澆縫，當大體積混凝土平面尺寸過大時，可以適當設置后澆縫，以減小外應力和溫度應力；大體積混凝土可采用二次抹面工藝，減少表面收縮裂縫。具體防治措施如下。

3.1溫度控制

溫度控制主要是為了控制溫度應力對裂縫的影響，控制溫度的措施如下：

（1）對于大體積混凝土，施工時應充分考慮水泥水化熱問題。采取必要的降溫措施（埋設散熱孔、通水排熱等），避免水化熱高峰的集中出現、