水運(yùn)工程碼頭混凝土裂縫成因及其防治對(duì)策

張杰

舟山市海通水運(yùn)工程咨詢(xún)監(jiān)理有限責(zé)任公司

摘要：通過(guò)對(duì)砼裂縫概念的介紹，詳細(xì)闡述水運(yùn)工程碼頭砼裂縫形成機(jī)理及原因，并根據(jù)裂縫成因?qū)θ绾斡行医?jīng)濟(jì)地減少和消除裂縫進(jìn)行總結(jié)，為今后水運(yùn)工程碼頭砼施工防治裂縫提供一定經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：水運(yùn)工程；碼頭砼；裂縫成因；防治對(duì)策

1 概述

進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水運(yùn)工程也進(jìn)入建設(shè)快車(chē)道，沿江、河及沿海碼頭新建、改建及擴(kuò)建也迅速增加，碼頭工程結(jié)構(gòu)規(guī)模及技術(shù)難度變大了，數(shù)量上也成倍增長(zhǎng)。在碼頭施工完成后的的運(yùn)行使用過(guò)程中，逐漸出現(xiàn)各種使用維護(hù)問(wèn)題，其中砼裂縫問(wèn)題成為涉及碼頭結(jié)構(gòu)安全性及耐久性的重大問(wèn)題。砼裂縫的出現(xiàn)將降低碼頭結(jié)構(gòu)正常使用年限期，裂縫嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起碼頭結(jié)構(gòu)受損，導(dǎo)致無(wú)法正常使用。

圖1 某海港碼頭砼構(gòu)件裂縫圖

目前的水運(yùn)工程，以砼結(jié)構(gòu)占主導(dǎo)地位，砼結(jié)構(gòu)由于內(nèi)外因素的作用不可避免地存在裂縫，而裂縫是砼結(jié)構(gòu)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(gòu)件受力主體，其施工質(zhì)量的壞壞，直接決定砼的使用安全性及耐久性。目前，水運(yùn)工程碼頭砼構(gòu)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(guī)則裂縫等；部分裂縫為非受力表面裂縫，但相當(dāng)一部分為貫穿結(jié)構(gòu)受力裂縫，直接影響結(jié)構(gòu)安全。必須找到碼頭砼裂縫成因，制定預(yù)防措施，防止影響結(jié)構(gòu)安全的受力裂縫的產(chǎn)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(chǎn)生的體積變形。裂縫有微觀(guān)裂縫和宏觀(guān)裂縫之分。微觀(guān)裂縫是肉眼看不見(jiàn)的，肉眼可見(jiàn)裂縫范圍一般以0.05mm為界（實(shí)際最佳視力可見(jiàn)0.02mm的裂縫）。小于0.05mm的裂縫，稱(chēng)為“微觀(guān)裂縫”；大于或等于0.05mm的裂縫，稱(chēng)為“宏觀(guān)裂縫”，宏觀(guān)裂縫是微觀(guān)裂縫擴(kuò)展的結(jié)果。

在一般工程結(jié)構(gòu)中，寬度小于0.05mm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0.05裂縫的結(jié)構(gòu)為無(wú)裂縫結(jié)構(gòu)。

水運(yùn)工程中允許鋼筋砼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的寬度，因不同的環(huán)境和構(gòu)件所處的部位而有所不同。水運(yùn)工程中允許裂縫的最大寬度（如表1）：

表1 水運(yùn)工程中允許裂縫的最大寬度

環(huán)境情況

構(gòu)件所處部位 海水區(qū)域

（mm） 淡水區(qū)域

（mm）

水上部位 0.1 0.15

水位變動(dòng)區(qū) 受凍 0.05 0.1

不受凍 0.1 0.15

水下部位 0.15 0.2

碼頭構(gòu)件的縱橫梁、樁基、胸墻等表面裂縫的寬度若超過(guò)了一定的范圍，會(huì)導(dǎo)致海水的滲入，將引起砼內(nèi)部鋼筋銹蝕，使碼頭構(gòu)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(duì)其產(chǎn)生的原因做一系統(tǒng)的分析。

2.2 砼裂縫成因

2.2.1結(jié)構(gòu)所受荷載方面

砼結(jié)構(gòu)物在實(shí)際使用過(guò)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(yīng)力超過(guò)砼構(gòu)件最大極限應(yīng)力時(shí)出現(xiàn)的裂縫，即荷載裂縫。

（2）由變形變化引起的裂縫。結(jié)構(gòu)砼硬化期間水泥釋放大量水化熱，結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度迅速升高，在結(jié)構(gòu)表面引起拉應(yīng)力。后期在養(yǎng)護(hù)降溫過(guò)程中，又會(huì)在砼內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力，氣溫的降低同樣在結(jié)構(gòu)砼表面形成很大的拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力大于砼自身抗裂能力時(shí)，砼就會(huì)被拉裂形成變形裂縫。同時(shí)，結(jié)構(gòu)砼的內(nèi)部濕度變化緩慢，但其表面濕度受養(yǎng)護(hù)不周、時(shí)干時(shí)濕，表面干縮形變受到內(nèi)部砼的約束，亦能導(dǎo)致變形裂縫。

在砼構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)施工工藝具體操作過(guò)程中，如構(gòu)件制作、砼脫模、砼養(yǎng)護(hù)、構(gòu)件堆放運(yùn)輸、構(gòu)件吊裝等；在砼構(gòu)件形成過(guò)程中，如原材料不均勻，水灰比不穩(wěn)定，及運(yùn)輸和澆筑過(guò)程中的離析現(xiàn)象等。無(wú)論在構(gòu)件形成還是構(gòu)件成型后使用過(guò)程中，當(dāng)砼構(gòu)件所受拉應(yīng)力超過(guò)其極限拉應(yīng)力后，砼構(gòu)件就會(huì)產(chǎn)生裂縫。

2.2.2砼強(qiáng)度形成階段方面

碼頭砼裂縫在強(qiáng)度形成過(guò)程中發(fā)生的原因主要有不均勻性引起的砼構(gòu)件裂縫、約束性引起的砼構(gòu)件裂縫和干縮性引起的砼構(gòu)件裂縫。具體原因如下。

（1）不均勻性裂縫是指構(gòu)件砼中所用的粗、細(xì)集料中雜質(zhì)（如泥土、粉塵、有機(jī)物等有害物質(zhì)）含量過(guò)高、粗、細(xì)集料級(jí)配線(xiàn)性曲線(xiàn)不平滑或骨料粒徑超規(guī)，砼拌合時(shí)稱(chēng)量誤差超規(guī)，集料含水量測(cè)量誤差大等原因?qū)е掳韬虾煤蟮捻啪鶆蛐圆缓?，振搗時(shí)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(chǎn)生不均勻性裂縫。

圖2 碼頭砼構(gòu)件表面干縮性裂縫圖

（2）約束性裂縫即為現(xiàn)澆表面層構(gòu)件砼中存在過(guò)多的游離水、水分經(jīng)蒸發(fā)后砼表層與內(nèi)部變形不統(tǒng)一，現(xiàn)澆構(gòu)件的砼坍落度超規(guī)、無(wú)可塑性、振搗砼時(shí)出現(xiàn)中粗集料下沉、水泥砂漿上浮、砼內(nèi)部骨料上、下分布分極、砼終凝后內(nèi)部收縮不一致等情況下而產(chǎn)生的約束性裂縫。

（3）干縮性裂縫主要是砼構(gòu)件在施工養(yǎng)護(hù)期內(nèi)，養(yǎng)護(hù)方法不符合設(shè)計(jì)及規(guī)范規(guī)定，同時(shí)養(yǎng)護(hù)不得到，砼表面水分蒸發(fā)過(guò)快，造成表面水泥未充分進(jìn)行水化，而內(nèi)部水泥水化充分，兩者水化不同程度導(dǎo)致砼收縮不一致，從而在砼表面產(chǎn)生干縮性裂縫。

3 裂縫防治措施

根據(jù)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(yǎng)護(hù)等方面進(jìn)行砼裂縫的預(yù)防，優(yōu)先選用低水化熱的礦渣水泥拌制混凝土，并適當(dāng)使用緩凝減水劑；在保證混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的前提下，適當(dāng)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(nèi)外的溫差（當(dāng)無(wú)設(shè)計(jì)要求時(shí)，控制在25℃以?xún)?nèi)）；及時(shí)對(duì)混凝土覆蓋保溫、保濕；在拌合混凝土?xí)r可摻入適量的微膨脹劑或膨脹水泥，使混凝土得到補(bǔ)償收縮，減少混凝土的溫度應(yīng)力；設(shè)置后澆縫，當(dāng)大體積混凝土平面尺寸過(guò)大時(shí)，可以適當(dāng)設(shè)置后澆縫，以減小外應(yīng)力和溫度應(yīng)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(yīng)力對(duì)裂縫的影響，控制溫度的措施如下：

（1）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)、