碼頭混凝土裂縫的預(yù)防分析
摘 要：通過系統(tǒng)描述碼頭混凝土裂縫的定義和類型，分析產(chǎn)生碼頭混凝土裂縫的原因，并對此提出控制措施，使碼頭混凝土裂縫的危害降到最低。
關(guān)鍵詞：裂縫；荷載裂縫；變形裂縫
1 裂縫的定義
裂縫是由混凝土在溫度和濕度變化的條件下, 逐步硬化并產(chǎn)生的體積變形。由于各種材料變形不一致且不均勻，相互約束而產(chǎn)生初始應(yīng)力--拉應(yīng)力或剪應(yīng)力,造成在骨料與水泥石粘結(jié)面或水泥石本身之間出現(xiàn)肉眼看不見的微細(xì)裂縫, 一般稱為微裂。這種微細(xì)裂縫的分布是不規(guī)則的、不連貫的, 在荷載作用下或進(jìn)一步產(chǎn)生溫差、干縮的情況下, 裂縫開始擴(kuò)展, 并逐漸相互串通, 從而出現(xiàn)較大的肉眼可見的裂縫, 稱為宏觀裂縫, 即通常所說的裂縫。因此混凝土的裂縫, 實際是微裂的擴(kuò)展?；炷廖⒘咽侨庋劭床灰姷摹＊?nbsp;
在一般工程結(jié)構(gòu)中, 寬度小于的裂縫對使用、防水、防腐、承重都無危害性, 故假定具有小于裂縫的結(jié)構(gòu)為無裂縫結(jié)構(gòu), 所謂不允許裂縫設(shè)計, 也只能是相對的不大于, 初始裂縫的結(jié)構(gòu)。由于微裂在混凝土中是不可避免的, 因此可以認(rèn)為, 混凝土有裂縫是絕對的, 無裂縫是相對的。所謂結(jié)構(gòu)的抗裂質(zhì)量只是把裂縫控制在一定的范圍內(nèi)而已。近代混凝土亞微觀的研究認(rèn)為微裂的擴(kuò)展程度就是材料破損程度的標(biāo)志, 同時, 微裂的存在也是材料本身固有一的一種物理性質(zhì)。隨著混凝土預(yù)制工藝的不斷改進(jìn)，高溫高壓成型、真空脫水、新型壓扎板工藝、摻入各種外加劑等, 會使微裂逐步減小, 從而獲得高強(qiáng)和超高強(qiáng)構(gòu)件。
2 混凝土裂縫產(chǎn)生原因分析
2.1 從結(jié)構(gòu)物所受荷載來看
混凝土結(jié)構(gòu)物在實際使用過程中承受兩大類荷載, 即各種外荷載和變形荷載。裂縫的成因主要有：
首先是由外荷載應(yīng)力引起的裂縫, 即荷載裂縫。
其次是由變形變化引起的裂縫?；炷劣不陂g水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，在表面引起拉應(yīng)力。后期在降溫過程中，又會在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力，氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時，就會出現(xiàn)裂縫?；炷恋膬?nèi)部濕度變化很小或變化較慢，但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化，如養(yǎng)護(hù)不周、時干時濕，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也可能導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。即結(jié)構(gòu)由于溫度收縮和膨脹、不均勻沉降等因素而引起的變形裂縫。
最后是由施工操作如制作、脫模、養(yǎng)護(hù)、堆放運輸、吊裝等起的裂縫。由于原材料不均勻，水灰比不穩(wěn)定，及運輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)象，在同一塊混凝土中其抗拉強(qiáng)度又是不均勻的，存在著許多抗拉能力很低，易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。不論那一類荷載作用于結(jié)構(gòu)物, 只要當(dāng)結(jié)構(gòu)物拉應(yīng)力超過其極限強(qiáng)度, 或其應(yīng)變超過其極限變形值, 結(jié)構(gòu)物都會產(chǎn)生裂縫。根據(jù)國內(nèi)外的調(diào)查資料, 工程實踐中結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生裂縫的原因, 屬于由變形變化度、收縮、不均勻沉降起的約占以上屬于由荷載引起的約占80%左右。
2.2 從混凝土的凝結(jié)過程看
碼頭混凝土裂縫在凝結(jié)過程中發(fā)生的原因主要如下：約束性裂縫、干縮性裂縫和不均勻性裂縫。
?。?）當(dāng)鋼筋混凝土預(yù)制面板對現(xiàn)澆面層收縮的約束力較大，當(dāng)面層收縮變形較大時，就容易產(chǎn)生約束性裂縫。現(xiàn)澆面層混凝土中存在從多余的游離水，水份蒸發(fā)后混凝土表面與內(nèi)部變形不一致，也會導(dǎo)致約束性縫裂產(chǎn)生；還有就是現(xiàn)澆面層混凝土坍落度過大，可塑性差，一經(jīng)振搗，混凝土中石子下沉，水泥砂漿上浮，導(dǎo)致混凝土面層材料上下不均勻，混凝土硬化后上下收縮不一致，產(chǎn)生約束性裂縫。（2）干縮性裂縫主要是養(yǎng)護(hù)期內(nèi)養(yǎng)護(hù)方法不當(dāng)或養(yǎng)護(hù)不及時，造成表面失水過多、多早，水泥沒有充分水化，發(fā)生較大的干縮變形面產(chǎn)生的；當(dāng)風(fēng)力較大，氣溫較高，使得混凝土表面水份蒸發(fā)較快，容易產(chǎn)生干縮性裂縫。（3）不均勻性裂縫是指混凝土中所用的砂石中雜質(zhì)（如泥土、粉塵、有機(jī)物等）含量過大、砂石級配不良或骨料粒徑過大，拌制混凝土?xí)r計量不準(zhǔn)確，混凝土?xí)r干時稀等原因?qū)е禄炷辆鶆蛐圆疃a(chǎn)生的。振搗時插點隨意，不均勻，振搗時間不一致使面層混凝土不均勻而產(chǎn)生不均勻性裂縫。
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3 碼頭混凝土裂縫的預(yù)防措施
由于碼頭混凝土施工存在施工規(guī)模大、構(gòu)件體積大和氣候條件惡劣的特點，所以在碼頭混凝土裂縫控制中要特別注意控制溫度、添加劑的及時合理使用和前期養(yǎng)護(hù)。
3.1 溫度控制
溫度控制主要是為了控制溫度應(yīng)力對裂縫的影響，控制溫度的措施如下：
首先對于大體積混凝土,施工時應(yīng)充分考慮水泥水化熱問題。采取必要的降溫措施(埋設(shè)散熱孔、通水排熱等),避免水化熱高峰的集中出現(xiàn)、降低峰值。澆搗成型后,應(yīng)采取必要的蓄水保溫措施,表面覆蓋薄膜、濕麻袋等進(jìn)行養(yǎng)護(hù),以防止由于混凝土內(nèi)外溫差過大而引起的溫度裂縫。特別注意的是避免在雨中或大風(fēng)中澆灌混凝土。夏季應(yīng)注意混凝土的澆搗溫度,采用低溫入模、低溫養(yǎng)護(hù),必要時經(jīng)試驗可采用冰塊,以降低混凝土原材料的溫度。
其次采用改善骨料級配，砂選用中粗砂，含泥量小于3%，清除泥土和石粉，級配要好，從而可能提高混凝土自身的強(qiáng)度，相對可以減少水泥用量，拌合混凝土?xí)r加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度對克服溫度裂縫有好處。
最后對大體積混凝土構(gòu)建施工時要減小混凝土澆注的分層厚度，在條件允許時減緩混凝土澆注速度，以不出現(xiàn)冷縫為原則。熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱；在原有吊裝孔基礎(chǔ)上增加預(yù)留孔，大方塊澆注完畢養(yǎng)護(hù)時期，吊裝孔和預(yù)留孔內(nèi)的養(yǎng)護(hù)水由于水泥水化熱而造成溫度升高，為此，每隔2-3小時孔內(nèi)換一次水，孔內(nèi)熱水沿塊體四周流下，既可以降低方塊內(nèi)部的溫度，減少混凝土內(nèi)約束作用。
3.2 選擇適當(dāng)外加劑，尤其是減水劑
可根據(jù)設(shè)計要求,混凝土中摻加一定用量外加劑,如防水劑、膨脹劑、減水劑、緩凝劑等外加劑。外加劑中糖鈣能提高混凝土的和易性,使用水量減少20 %左右,水灰比可控制在0. 55 以下,初凝延長到5h 左右。使用減水防裂劑防裂主要是因為混凝土中存在大量毛細(xì)孔道，水蒸發(fā)后毛細(xì)管中產(chǎn)生毛細(xì)管張力，使混凝土干縮變形。增大毛細(xì)孔徑可降低毛細(xì)管表面張力，但會使混凝土強(qiáng)度降低。水灰比是影響混凝土收縮的重要因素，使用減水防裂劑可使混凝土用水量減少25％。減水防裂劑可以改善水泥漿的稠度，減少混凝土泌水。提高水泥漿與骨料的粘結(jié)力，提高的混凝土抗裂性能。
3.3 混凝土的早期養(yǎng)護(hù)
混凝土的早期養(yǎng)護(hù)，主要目的在于保持適宜的溫濕條件，以達(dá)到兩個方面的效果，一方面使混凝土免受不利溫、濕度變形的侵襲，防止有害的冷縮和干縮。一方面使水泥水化作用順利進(jìn)行，以期達(dá)到設(shè)計的強(qiáng)度和抗裂能力。只要按照施工規(guī)范，科學(xué)管理，精心組織安排，積極應(yīng)對突發(fā)情況，就一定能在碼頭混凝土施工中減少裂縫，將裂縫的危害控制在允許范圍內(nèi)。
參考文獻(xiàn)
?。?］薛久東.淺談前灣三期工程混凝土裂縫的防與治［J］.港口科技動態(tài)，2002，（11）.
［2］閆峰，李曉剛.談混凝土裂縫的成因與控制［J］.商品混凝土，2006，（3）.
?。?］李志勇，王海軍.大體積混凝土裂縫分析及控制技術(shù)［J］.內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2007，（11）.
（中國混凝土與水泥制品網(wǎng) 轉(zhuǎn)載請注明出處）
關(guān)鍵詞：裂縫；荷載裂縫；變形裂縫
1 裂縫的定義
裂縫是由混凝土在溫度和濕度變化的條件下, 逐步硬化并產(chǎn)生的體積變形。由于各種材料變形不一致且不均勻，相互約束而產(chǎn)生初始應(yīng)力--拉應(yīng)力或剪應(yīng)力,造成在骨料與水泥石粘結(jié)面或水泥石本身之間出現(xiàn)肉眼看不見的微細(xì)裂縫, 一般稱為微裂。這種微細(xì)裂縫的分布是不規(guī)則的、不連貫的, 在荷載作用下或進(jìn)一步產(chǎn)生溫差、干縮的情況下, 裂縫開始擴(kuò)展, 并逐漸相互串通, 從而出現(xiàn)較大的肉眼可見的裂縫, 稱為宏觀裂縫, 即通常所說的裂縫。因此混凝土的裂縫, 實際是微裂的擴(kuò)展?；炷廖⒘咽侨庋劭床灰姷摹＊?nbsp;
在一般工程結(jié)構(gòu)中, 寬度小于的裂縫對使用、防水、防腐、承重都無危害性, 故假定具有小于裂縫的結(jié)構(gòu)為無裂縫結(jié)構(gòu), 所謂不允許裂縫設(shè)計, 也只能是相對的不大于, 初始裂縫的結(jié)構(gòu)。由于微裂在混凝土中是不可避免的, 因此可以認(rèn)為, 混凝土有裂縫是絕對的, 無裂縫是相對的。所謂結(jié)構(gòu)的抗裂質(zhì)量只是把裂縫控制在一定的范圍內(nèi)而已。近代混凝土亞微觀的研究認(rèn)為微裂的擴(kuò)展程度就是材料破損程度的標(biāo)志, 同時, 微裂的存在也是材料本身固有一的一種物理性質(zhì)。隨著混凝土預(yù)制工藝的不斷改進(jìn)，高溫高壓成型、真空脫水、新型壓扎板工藝、摻入各種外加劑等, 會使微裂逐步減小, 從而獲得高強(qiáng)和超高強(qiáng)構(gòu)件。
2 混凝土裂縫產(chǎn)生原因分析
2.1 從結(jié)構(gòu)物所受荷載來看
混凝土結(jié)構(gòu)物在實際使用過程中承受兩大類荷載, 即各種外荷載和變形荷載。裂縫的成因主要有：
首先是由外荷載應(yīng)力引起的裂縫, 即荷載裂縫。
其次是由變形變化引起的裂縫?；炷劣不陂g水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，在表面引起拉應(yīng)力。后期在降溫過程中，又會在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力，氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時，就會出現(xiàn)裂縫?；炷恋膬?nèi)部濕度變化很小或變化較慢，但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化，如養(yǎng)護(hù)不周、時干時濕，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也可能導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。即結(jié)構(gòu)由于溫度收縮和膨脹、不均勻沉降等因素而引起的變形裂縫。
最后是由施工操作如制作、脫模、養(yǎng)護(hù)、堆放運輸、吊裝等起的裂縫。由于原材料不均勻，水灰比不穩(wěn)定，及運輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)象，在同一塊混凝土中其抗拉強(qiáng)度又是不均勻的，存在著許多抗拉能力很低，易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。不論那一類荷載作用于結(jié)構(gòu)物, 只要當(dāng)結(jié)構(gòu)物拉應(yīng)力超過其極限強(qiáng)度, 或其應(yīng)變超過其極限變形值, 結(jié)構(gòu)物都會產(chǎn)生裂縫。根據(jù)國內(nèi)外的調(diào)查資料, 工程實踐中結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生裂縫的原因, 屬于由變形變化度、收縮、不均勻沉降起的約占以上屬于由荷載引起的約占80%左右。
2.2 從混凝土的凝結(jié)過程看
碼頭混凝土裂縫在凝結(jié)過程中發(fā)生的原因主要如下：約束性裂縫、干縮性裂縫和不均勻性裂縫。
?。?）當(dāng)鋼筋混凝土預(yù)制面板對現(xiàn)澆面層收縮的約束力較大，當(dāng)面層收縮變形較大時，就容易產(chǎn)生約束性裂縫。現(xiàn)澆面層混凝土中存在從多余的游離水，水份蒸發(fā)后混凝土表面與內(nèi)部變形不一致，也會導(dǎo)致約束性縫裂產(chǎn)生；還有就是現(xiàn)澆面層混凝土坍落度過大，可塑性差，一經(jīng)振搗，混凝土中石子下沉，水泥砂漿上浮，導(dǎo)致混凝土面層材料上下不均勻，混凝土硬化后上下收縮不一致，產(chǎn)生約束性裂縫。（2）干縮性裂縫主要是養(yǎng)護(hù)期內(nèi)養(yǎng)護(hù)方法不當(dāng)或養(yǎng)護(hù)不及時，造成表面失水過多、多早，水泥沒有充分水化，發(fā)生較大的干縮變形面產(chǎn)生的；當(dāng)風(fēng)力較大，氣溫較高，使得混凝土表面水份蒸發(fā)較快，容易產(chǎn)生干縮性裂縫。（3）不均勻性裂縫是指混凝土中所用的砂石中雜質(zhì)（如泥土、粉塵、有機(jī)物等）含量過大、砂石級配不良或骨料粒徑過大，拌制混凝土?xí)r計量不準(zhǔn)確，混凝土?xí)r干時稀等原因?qū)е禄炷辆鶆蛐圆疃a(chǎn)生的。振搗時插點隨意，不均勻，振搗時間不一致使面層混凝土不均勻而產(chǎn)生不均勻性裂縫。
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3 碼頭混凝土裂縫的預(yù)防措施
由于碼頭混凝土施工存在施工規(guī)模大、構(gòu)件體積大和氣候條件惡劣的特點，所以在碼頭混凝土裂縫控制中要特別注意控制溫度、添加劑的及時合理使用和前期養(yǎng)護(hù)。
3.1 溫度控制
溫度控制主要是為了控制溫度應(yīng)力對裂縫的影響，控制溫度的措施如下：
首先對于大體積混凝土,施工時應(yīng)充分考慮水泥水化熱問題。采取必要的降溫措施(埋設(shè)散熱孔、通水排熱等),避免水化熱高峰的集中出現(xiàn)、降低峰值。澆搗成型后,應(yīng)采取必要的蓄水保溫措施,表面覆蓋薄膜、濕麻袋等進(jìn)行養(yǎng)護(hù),以防止由于混凝土內(nèi)外溫差過大而引起的溫度裂縫。特別注意的是避免在雨中或大風(fēng)中澆灌混凝土。夏季應(yīng)注意混凝土的澆搗溫度,采用低溫入模、低溫養(yǎng)護(hù),必要時經(jīng)試驗可采用冰塊,以降低混凝土原材料的溫度。
其次采用改善骨料級配，砂選用中粗砂，含泥量小于3%，清除泥土和石粉，級配要好，從而可能提高混凝土自身的強(qiáng)度，相對可以減少水泥用量，拌合混凝土?xí)r加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度對克服溫度裂縫有好處。
最后對大體積混凝土構(gòu)建施工時要減小混凝土澆注的分層厚度，在條件允許時減緩混凝土澆注速度，以不出現(xiàn)冷縫為原則。熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱；在原有吊裝孔基礎(chǔ)上增加預(yù)留孔，大方塊澆注完畢養(yǎng)護(hù)時期，吊裝孔和預(yù)留孔內(nèi)的養(yǎng)護(hù)水由于水泥水化熱而造成溫度升高，為此，每隔2-3小時孔內(nèi)換一次水，孔內(nèi)熱水沿塊體四周流下，既可以降低方塊內(nèi)部的溫度，減少混凝土內(nèi)約束作用。
3.2 選擇適當(dāng)外加劑，尤其是減水劑
可根據(jù)設(shè)計要求,混凝土中摻加一定用量外加劑,如防水劑、膨脹劑、減水劑、緩凝劑等外加劑。外加劑中糖鈣能提高混凝土的和易性,使用水量減少20 %左右,水灰比可控制在0. 55 以下,初凝延長到5h 左右。使用減水防裂劑防裂主要是因為混凝土中存在大量毛細(xì)孔道，水蒸發(fā)后毛細(xì)管中產(chǎn)生毛細(xì)管張力，使混凝土干縮變形。增大毛細(xì)孔徑可降低毛細(xì)管表面張力，但會使混凝土強(qiáng)度降低。水灰比是影響混凝土收縮的重要因素，使用減水防裂劑可使混凝土用水量減少25％。減水防裂劑可以改善水泥漿的稠度，減少混凝土泌水。提高水泥漿與骨料的粘結(jié)力，提高的混凝土抗裂性能。
3.3 混凝土的早期養(yǎng)護(hù)
混凝土的早期養(yǎng)護(hù)，主要目的在于保持適宜的溫濕條件，以達(dá)到兩個方面的效果，一方面使混凝土免受不利溫、濕度變形的侵襲，防止有害的冷縮和干縮。一方面使水泥水化作用順利進(jìn)行，以期達(dá)到設(shè)計的強(qiáng)度和抗裂能力。只要按照施工規(guī)范，科學(xué)管理，精心組織安排，積極應(yīng)對突發(fā)情況，就一定能在碼頭混凝土施工中減少裂縫，將裂縫的危害控制在允許范圍內(nèi)。
參考文獻(xiàn)
?。?］薛久東.淺談前灣三期工程混凝土裂縫的防與治［J］.港口科技動態(tài)，2002，（11）.
［2］閆峰，李曉剛.談混凝土裂縫的成因與控制［J］.商品混凝土，2006，（3）.
?。?］李志勇，王海軍.大體積混凝土裂縫分析及控制技術(shù)［J］.內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2007，（11）.
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