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(gòu)件中，裂縫是一種普遍存在的現(xiàn)象。它的存在會(huì)降低混凝土的抗?jié)B能力，從而引起混凝土內(nèi)部鋼筋的銹蝕，影響結(jié)構(gòu)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(jī)理，并通過幾種施工中應(yīng)用的措施來探討大體積混凝土的裂縫控制。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土;收縮;應(yīng)力;裂縫

一、前言

本工程位于泉州市惠安縣凈鋒鎮(zhèn)松村一帶海陸交互區(qū)域。本工程共有兩個(gè)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(tǒng)、水泵房及船塢止水系統(tǒng)組成.

我國《大體積混凝土施工規(guī)范》GB50496-2009里規(guī)定：混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小幾何尺寸不小于1m的大體量混凝土，或預(yù)計(jì)會(huì)因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土，稱之為大體積混凝土。本工程現(xiàn)澆塢口底板砼、現(xiàn)澆塢門墩砼、水泵房底板等均已經(jīng)達(dá)到規(guī)范認(rèn)定大體積混凝土的標(biāo)準(zhǔn)。這些結(jié)構(gòu)多位于環(huán)境比較惡劣的海水水位變動(dòng)與浪濺區(qū)中。若因施工不當(dāng)，產(chǎn)生有害裂縫，將使海水從裂縫處滲入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，造成和加速鋼筋銹蝕，保護(hù)層脫落、混凝土碳化等情況發(fā)生。最終嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)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(chǎn)生裂縫的機(jī)理

船塢工程大體積混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生有害裂縫的成因非常復(fù)雜，但歸結(jié)起來主要有以下幾個(gè)大的方面：

首先大體積混凝土易產(chǎn)生裂縫是由于混凝土材料特殊的物理性質(zhì)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(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于抗拉強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度只有抗壓強(qiáng)度的1/10～1/13），且延伸率極小，所以容易產(chǎn)生裂縫。

其次混凝土中水泥在與水進(jìn)行化合反應(yīng)過程中會(huì)產(chǎn)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(yīng)的熱量也較大，混凝土自身的導(dǎo)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(zhuǎn)為降溫階段。此時(shí)混凝土的彈性模量也隨著齡期不斷提高，混凝土內(nèi)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(chǎn)生很大的拉應(yīng)力。當(dāng)混凝土的抗拉強(qiáng)度不足以抵抗這種拉應(yīng)力時(shí)，混凝土便開始出現(xiàn)裂縫。

混凝土在空氣中硬化過程體積減小的現(xiàn)象稱為混凝土收縮。干縮就是混凝土硬化后，內(nèi)部的自由水會(huì)逐漸蒸發(fā)，由多余水分的蒸發(fā)引起體積減小而產(chǎn)生的收縮。大體積混凝土內(nèi)部和外部均存在約束。當(dāng)收縮變形遇到這些混凝土的內(nèi)外約束時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力。當(dāng)?shù)交炷恋目估瓘?qiáng)度不足以抵抗這種收縮應(yīng)力時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。

三、大體積混凝土防裂措施

針對大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的這幾點(diǎn)原因，現(xiàn)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(nèi)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(jìn)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(jié)構(gòu)的抗裂能力

3.1.1.優(yōu)先原材料、優(yōu)化配合比

現(xiàn)場選用經(jīng)檢測安定性合格的硅酸鹽水泥做為膠凝材料，同時(shí)做好水泥的保存工作，防止其受潮;在使用過程中以“先進(jìn)先用，后進(jìn)后用”為原則，盡量不讓水泥在罐體中存放超過3個(gè)月。選用由新鮮花崗巖非活性粗骨料，同時(shí)通過檢測鑒定骨料滿足線膨脹系數(shù)小、彈性模量較低、無弱包裹層、級(jí)配良好等要求，粗骨料的含泥量控制在1%以下。細(xì)骨料選用中砂，其含泥量控制在砂2%以下。通過優(yōu)選原材料、優(yōu)化配合比，現(xiàn)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(qiáng)度。

3.1.2.對混凝土進(jìn)行收縮補(bǔ)償

現(xiàn)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(jìn)行補(bǔ)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(xiàn)場將塢口底板分為4塊，設(shè)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(jìn)行閉合。摻入微膨脹劑的混凝土在硬化過程中會(huì)產(chǎn)生體積膨脹現(xiàn)象，使其內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，從而補(bǔ)償收縮變形，抵消硬化收縮過程中產(chǎn)生的拉應(yīng)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?jié)B等級(jí)要求高，故防裂要求也相對較高。而纖維的抗拉強(qiáng)度大、延伸率大，摻入纖維使混凝土的抗拉、抗彎、抗沖擊強(qiáng)度及延伸率和韌性得以提高。本工程綜合現(xiàn)場實(shí)際情況選用聚丙烯纖維對混凝土進(jìn)行收縮補(bǔ)償，取得了良好的效果。

3.2降低混凝土內(nèi)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(xiàn)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(jí)F類粉煤灰，超量系數(shù)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(dá)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(xiàn)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(guī)格為150～300mm的堅(jiān)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(jìn)一步降低。

現(xiàn)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(nèi)外溫差，避免溫差應(yīng)力引起的裂縫。

3.2.2降低混凝土入模溫度

由于現(xiàn)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(xiàn)場澆筑大體積混凝土?xí)r已考慮氣溫因素盡量避開炎熱天氣以及高溫時(shí)段澆筑。對現(xiàn)場骨料進(jìn)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(gè)別炎熱天氣采取冰水?dāng)嚢璧却胧Ｔ谶\(yùn)輸及澆筑過程還對混凝土罐車進(jìn)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(nèi)外溫差

在塢口底板和水泵房底板澆筑成型后現(xiàn)場采用熱敏溫度計(jì)在構(gòu)件內(nèi)外分布埋設(shè)進(jìn)行溫度監(jiān)測，以隨時(shí)掌握與控制混凝土內(nèi)外的溫度變化。現(xiàn)場通過“降溫井”來對混凝土內(nèi)部進(jìn)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(huán)來降低內(nèi)部熱量。外部采取覆蓋保濕措施，使混凝土的內(nèi)外溫差控制在25℃以內(nèi)。并通過延長養(yǎng)護(hù)時(shí)間等，最終始構(gòu)件應(yīng)力應(yīng)變趨于穩(wěn)定，從而防止裂縫產(chǎn)生。

3.3減緩混凝土干縮的影響

現(xiàn)場在配合比設(shè)計(jì)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(nèi)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(xiàn)了“泌水”現(xiàn)象。表面泌水在蒸發(fā)的過程中會(huì)使混凝土表面產(chǎn)生干縮裂縫。因此現(xiàn)場施工人員在旁站過程中及時(shí)將混凝土的泌水進(jìn)行排除，且在排除泌水后對混凝土進(jìn)行二次抹面，從而將表面軟弱浮漿清除和之前產(chǎn)生的表面裂縫消除。

現(xiàn)場在塢口底板、水泵房底板在混凝土澆筑初凝后即進(jìn)行灑水濕潤養(yǎng)護(hù)。各構(gòu)件用淡水浸濕的土工布覆蓋并包塑料布進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)21天，避免了由于早期養(yǎng)護(hù)措施不到位，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)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(zhì)情況。現(xiàn)場將地基超挖至中風(fēng)化持力層，開挖后盡快用C30塊石混凝土進(jìn)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(xiàn)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(zhì)情況。現(xiàn)場先對基巖進(jìn)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(jié)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(chǎn)生裂縫，且產(chǎn)生裂縫的誘因復(fù)雜，其并非單獨(dú)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(jié)合方可達(dá)到效果。現(xiàn)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(huán)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(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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[2]《水運(yùn)工程大體積混凝土溫度裂縫控制技術(shù)規(guī)程》（JTS202-1-2010）

[3]《大體積混凝土施工規(guī)范》GB50496-2009

[4]泉州船廠修船區(qū)一期工程1#、2#船塢工程施工組織設(shè)計(jì)