淺談港道整治工程混凝土裂縫的成因及防治措施

陳文斌

淺談港道整治工程混凝土裂縫的成因及防治措施

陳文斌

西江水道航道整治工程X4合同段，從肇慶封開河兒口至肇慶新港止，全長51km，是一項集舊航標拆除、混凝土塔標新建、浮標、橋涵標、鋼管標、指路牌等項目建設的水道航道整治工程。由于該項目工程線路長，分部分項工程多，且施工點面分散，給施工帶來困難。在施工過程中，參建各方嚴格管理、精心施工，克服工期短等施工困難，達到預期目標，出色完成工程任務，X4項目交工驗收評為優良工程。該項目主要分部工程為23座新建混凝土航標塔標施工。塔標混凝土結構物一般由外荷載引起裂縫的可能性很小，但由于水泥在水化反應中釋放的水化熱所產生的溫度變化和混凝土收縮的共同作用，會產生較大的溫度應力和收縮應力，這將成為混凝土結構出現裂縫的主要原因。

一、混凝土裂縫成因

1.收縮裂縫

混凝土在逐漸散熱和硬化過程中引起的收縮應力是很大的，特別是大體積混凝土結構物，如果應力超過當時的混凝土極限抗拉強度，就會在混凝土中產生收縮裂縫。在大體積混凝土中，即使水灰比不低，自身收縮量值也不大，但在與溫度收縮疊加到一起時，就會使應力增大。所以在塔標混凝土施工時早就將自身收縮作為一項性能指標進行測定。

2.溫差裂縫

水泥水化熱引起的混凝土內部與混凝土表面的溫差過大。大體積混凝土結構一般要求一次性整體澆筑，澆筑后，由于水泥因水化引起水化熱聚集在內部不易散發，其內部溫度將顯著升高，而其表面則散熱較快，形成較大的溫度差，使混凝土內部產生壓應力，表面產生拉應力。此時，混凝齡期較短，抗拉強度很低。當溫差產生的表面抗拉應力超過混凝土極限抗拉強度，則會在混凝土表面產生裂縫。

3.安定性裂縫

安定性裂縫表現為龜裂，主要是因水泥安定性不合格而引起的。

二、裂縫的控制措施

1.對收縮裂縫的防治

在混凝土配置過程中應注意所選用的水泥品種、水泥用量及水灰比的控制骨料、摻和料和外加劑的選用等。

（1）水泥的選用

混凝土應選用低發熱量、低含堿量初期強度高、塑性性能好、初凝期長的水泥。普通硅酸鹽水泥熟料化學成分見表1

由表1可以看出，C2S是比較適合的礦物，而C3A的含量應該加以控制。其化學成份的控制最好能達到C2S十C3S≥80%，C3A≤5%，C4AF≤15%。水泥供應品種不宜過多過雜，水泥運進工地以后應當嚴格地進行檢驗，并進行混凝土試驗。

（2）水泥用量及水灰比

在混凝土配制時，盡量減少水泥用量及單位用水量，但又不能失掉水泥的流動性、粘聚性和保水性，以免配制出的混凝土不合格，不能澆筑。所以對于最大水灰比和最小水泥用量有一個規定見表2。

（3）砂石骨料

骨料在大體積混凝土中所占比例一般為混凝土絕對體積的80%～83%，因此在選擇骨料時，應選擇線膨脹系數小、巖石彈模較低、表面清潔無弱包裹層、級配良好的骨料。

砂子除滿足骨料規范要求外，應適當放寬石粉或細粉含量，這樣不僅有利于提高混凝土的工作性，而且可提高混凝土的密實性、耐久性和抗裂性。有研究表明，砂子中石粉比例一般在15%～18%之間為宜。

（4）摻和料

水泥摻和料應當采用經過試驗的、符合要求的活性材料，否則摻用不合格料也會大大影響混凝土的強度和壽命。

粉煤灰只要細度與水泥顆粒相當，燒失量小，含硫量和含堿量低，需水量比小，均可摻用在混凝土中使用。混凝土中摻用粉煤灰后，可提高混凝土的抗滲性、耐久性，減少收縮，降低膠凝材料體系的水化熱，提高混凝土的抗拉強度，抑制堿骨料反應，減少新拌混凝土的泌水等，有利于提高混凝土的抗裂性能。

其他加摻合料的水泥，礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥等都是很好的選用對象。

（5）外加劑

高效減水劑和引氣劑復合使用對減少大體積混凝土單位用水量和膠凝材料用量，改善新拌混凝土的工作度，提高硬化混凝土的力學、熱學、變形、耐久性等性能起著極為重要的作用，是混凝土向高性能化發展的不可或缺的重要組分，應積極使用。

2.對溫差裂縫的防治

溫差裂縫，即混凝土水化熱引起的內部溫度與混凝土表面的溫差過大而導致的混凝土裂縫。引起水化熱大的因素，除水和水泥用量、單位用水量、摻和料和外加劑選用等混凝土配置上的因素外，還存在施工中的控制問題。因此，改善施工工藝對于溫差裂縫的控制也是極其有效的方法。

（1）降低澆筑速度，減小澆筑層厚度

大體積混凝土結構的澆筑方案，可分為全面分層、分段分層和斜面分層三種。全面分層法要求混凝土澆筑強度大，斜面分層法混凝土澆筑強度小，施工中可根據結構物的具體尺寸、搗實方法和混凝土供應能力來選擇澆筑方案，目前應用較多的是斜面分層法。

（2）加強混凝土的澆灌振搗，提高密實度

混凝土的搗實就是使入模的混凝土完成成型與密實的過程。混凝土澆筑入模后應立即進行充分的振搗，使新入模的混凝土充滿模板的每一角落，排出氣泡，使混凝土拌和物獲得最大的密實度和均勻性。體積較大的混凝土最好采用兩次振搗技術，改善混凝土強度，提高抗裂性。

（3）采用綜合措施，控制混凝土初始溫度

限制混凝土拌和物的出料口溫度。在氣溫較高的季節，剛剛出機口的混凝土拌和物料往往溫度過高，必須采取人工降溫措施。例如采用冷水噴淋預冷骨料，或一次、二次風冷骨料，加冰片和加冷水扳指混凝土等。

（4）拆模時間的控制

混凝土盡可能晚拆模，拆模后混凝土表面溫度不應下降15℃以上，混凝土的現場試塊強度不低于C25。

（5）采用補償收縮混凝土技術

根據具體工程特點，采用UEA補償收縮混凝土技術。

3.對安定性裂縫的防治

混凝土體積安定性是指水泥硬化過程中，體積變化是否均勻的性能。水泥安定性不良會導致構件產生膨脹性裂紋或翹曲變形，造成質量事故。引起安定性不良的主要原因是熟料中游離氧化鈣，或游離氧化鎂過剩，或石膏摻量過多。混凝土配料時要嚴格檢查其成分，以免水泥安定性不合格。

表1　普通硅酸鹽水泥熟料化學成分表

表2　水工混凝土最大水灰比及最小水泥用量（kg/m3）

三、混凝土養護

（1）混凝土澆筑完畢后，對混凝土表面及所有側面應及時灑水養護，以保持經常濕潤；澆筑完畢短期內應避免陽光曝曬，混凝土表面宜加遮蓋；可采用濕草簾或麻袋等物覆蓋表面，低流態混凝土延長養護時間。

（2）一般應在混凝土澆筑完畢后12～18h內即開始養護，但在炎熱、干燥氣候情況下應提前養護。

（3）養護應保持連續性，不得采用時干時濕的養護方法。

（4）混凝土養護應有專業隊或專人負責，并認真做好養護記錄。

四、結論

綜上所述，航道整治工程建筑物混凝土的裂縫問題，在混凝土的選料、配置、施工、養護過程中逐步控制，是可以預防的。在操作中一定要把好各個過程關，遵循規范化，才能使混凝土航道整治建筑物達到預期質量目標

（作者單位：江蘇省鹽城市四港港道監測管理所224333）