碼頭混凝土裂縫的預(yù)防分析
摘 要：通過(guò)系統(tǒng)描述碼頭混凝土裂縫的定義和類(lèi)型，分析產(chǎn)生碼頭混凝土裂縫的原因，并對(duì)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(jiàn)的微細(xì)裂縫, 一般稱(chēng)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(kāi)始擴(kuò)展, 并逐漸相互串通, 從而出現(xiàn)較大的肉眼可見(jiàn)的裂縫, 稱(chēng)為宏觀(guān)裂縫, 即通常所說(shuō)的裂縫。因此混凝土的裂縫, 實(shí)際是微裂的擴(kuò)展?；炷廖⒘咽侨庋劭床灰?jiàn)的。
在一般工程結(jié)構(gòu)中, 寬度小于的裂縫對(duì)使用、防水、防腐、承重都無(wú)危害性, 故假定具有小于裂縫的結(jié)構(gòu)為無(wú)裂縫結(jié)構(gòu), 所謂不允許裂縫設(shè)計(jì), 也只能是相對(duì)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(duì)的, 無(wú)裂縫是相對(duì)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(guān)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(shí), 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(huì)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(lái)看
混凝土結(jié)構(gòu)物在實(shí)際使用過(guò)程中承受兩大類(lèi)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。混凝土硬化期間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(guò)程中，又會(huì)在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力，氣溫的降低也會(huì)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(shí)，就會(huì)出現(xiàn)裂縫。混凝土的內(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(shí)干時(shí)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(yùn)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(yùn)輸和澆筑過(guò)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(lèi)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(guò)其極限強(qiáng)度, 或其應(yīng)變超過(guò)其極限變形值, 結(jié)構(gòu)物都會(huì)產(chǎn)生裂縫。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的調(diào)查資料, 工程實(shí)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(guò)程看
碼頭混凝土裂縫在凝結(jié)過(guò)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(duì)現(xiàn)澆面層收縮的約束力較大，當(dāng)面層收縮變形較大時(shí)，就容易產(chǎn)生約束性裂縫?，F(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(huì)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(guò)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(shí)，造成表面失水過(guò)多、多早，水泥沒(méi)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(guò)大、砂石級(jí)配不良或骨料粒徑過(guò)大，拌制混凝土?xí)r計(jì)量不準(zhǔn)確，混凝土?xí)r干時(shí)稀等原因?qū)е禄炷辆鶆蛐圆疃a(chǎn)生的。振搗時(shí)插點(diǎn)隨意，不均勻，振搗時(shí)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(diǎn)，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(shí)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(duì)裂縫的影響，控制溫度的措施如下：
首先對(duì)于大體積混凝土,施工時(shí)應(yīng)充分考慮水泥水化熱問(wèn)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(guò)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(shí)經(jīng)試驗(yàn)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(jí)配，砂選用中粗砂，含泥量小于3%，清除泥土和石粉，級(jí)配要好，從而可能提高混凝土自身的強(qiáng)度，相對(duì)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(duì)克服溫度裂縫有好處。
最后對(duì)大體積混凝土構(gòu)建施工時(shí)要減小混凝土澆注的分層厚度，在條件允許時(shí)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(shí)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(shí)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(jì)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(zhǎng)到5h 左右。使用減水防裂劑防裂主要是因?yàn)榛炷林写嬖诖罅棵?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(huì)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(gè)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(jì)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(duì)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(dòng)態(tài)，2002，（11）.
?。?］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(guó)混凝土與水泥制品網(wǎng) 轉(zhuǎn)載請(qǐng)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(jiàn)的微細(xì)裂縫, 一般稱(chēng)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(kāi)始擴(kuò)展, 并逐漸相互串通, 從而出現(xiàn)較大的肉眼可見(jiàn)的裂縫, 稱(chēng)為宏觀(guān)裂縫, 即通常所說(shuō)的裂縫。因此混凝土的裂縫, 實(shí)際是微裂的擴(kuò)展?；炷廖⒘咽侨庋劭床灰?jiàn)的。
在一般工程結(jié)構(gòu)中, 寬度小于的裂縫對(duì)使用、防水、防腐、承重都無(wú)危害性, 故假定具有小于裂縫的結(jié)構(gòu)為無(wú)裂縫結(jié)構(gòu), 所謂不允許裂縫設(shè)計(jì), 也只能是相對(duì)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(duì)的, 無(wú)裂縫是相對(duì)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(guān)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(shí), 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(huì)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(lái)看
混凝土結(jié)構(gòu)物在實(shí)際使用過(guò)程中承受兩大類(lèi)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。混凝土硬化期間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(guò)程中，又會(huì)在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力，氣溫的降低也會(huì)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(shí)，就會(huì)出現(xiàn)裂縫。混凝土的內(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(shí)干時(shí)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(yùn)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(yùn)輸和澆筑過(guò)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(lèi)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(guò)其極限強(qiáng)度, 或其應(yīng)變超過(guò)其極限變形值, 結(jié)構(gòu)物都會(huì)產(chǎn)生裂縫。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的調(diào)查資料, 工程實(shí)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(guò)程看
碼頭混凝土裂縫在凝結(jié)過(guò)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(duì)現(xiàn)澆面層收縮的約束力較大，當(dāng)面層收縮變形較大時(shí)，就容易產(chǎn)生約束性裂縫?，F(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(huì)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(guò)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(shí)，造成表面失水過(guò)多、多早，水泥沒(méi)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(guò)大、砂石級(jí)配不良或骨料粒徑過(guò)大，拌制混凝土?xí)r計(jì)量不準(zhǔn)確，混凝土?xí)r干時(shí)稀等原因?qū)е禄炷辆鶆蛐圆疃a(chǎn)生的。振搗時(shí)插點(diǎn)隨意，不均勻，振搗時(shí)間不一致使面層混凝土不均勻而產(chǎn)生不均勻性裂縫。
[Page]
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(diǎn)，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(shí)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(duì)裂縫的影響，控制溫度的措施如下：
首先對(duì)于大體積混凝土,施工時(shí)應(yīng)充分考慮水泥水化熱問(wèn)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(guò)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(shí)經(jīng)試驗(yàn)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(jí)配，砂選用中粗砂，含泥量小于3%，清除泥土和石粉，級(jí)配要好，從而可能提高混凝土自身的強(qiáng)度，相對(duì)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(duì)克服溫度裂縫有好處。
最后對(duì)大體積混凝土構(gòu)建施工時(shí)要減小混凝土澆注的分層厚度，在條件允許時(shí)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(shí)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(shí)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(jì)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(zhǎng)到5h 左右。使用減水防裂劑防裂主要是因?yàn)榛炷林写嬖诖罅棵?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(huì)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(gè)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(jì)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(duì)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(dòng)態(tài)，2002，（11）.
?。?］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(guó)混凝土與水泥制品網(wǎng) 轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處）
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