碼頭大體積混凝土裂縫控制技術(shù)

劉華源 中交四航局第二工程有限公司

1.工程概況

卡塔爾多哈新港碼頭建設(shè)于MASAEED工業(yè)城，混凝土施工在工程中的占比較大，包含預(yù)制方塊、基底墊層、底層方塊、防波堤等多個部分。其中預(yù)制方塊總數(shù)為34844塊，混凝土總施工量約142×104m3。各細分施工項目中，以方塊C8的尺寸最大，達到1.75m×1.975m×11.6m；此外，碼頭底層方塊厚度明顯較大，達到1.7m，具有大體積混凝土施工量大、難度高的特點。

2.碼頭大體積混凝土裂縫概述

2.1 特點

大體積混凝土是相對而言的概念，從水運工程的角度來看，指的是在膠凝材料發(fā)生水化作用下將產(chǎn)生裂縫，或是結(jié)構(gòu)物實體最小幾何尺寸達到1m及其以上的各類型混凝土。有所不同的是，大體積混凝土具有如下特點：（1）波浪、潮汐的影響較大，不利于水上施工作業(yè)；（2）單個結(jié)構(gòu)體積偏大，需分層完成澆筑作業(yè)，散熱難度高，易形成明顯的內(nèi)外部溫差；（3）配筋差異化，結(jié)構(gòu)外面配筋密度大，相比之下內(nèi)部配筋數(shù)量較少，不利于養(yǎng)護作業(yè)。

2.2 裂縫成因

大體積出現(xiàn)裂縫的成因錯綜復(fù)雜，主要有：

（1）內(nèi)外溫差偏大?；谒嗟奈锢硖匦裕谒療嶙饔孟掳殡S大規(guī)模的放熱現(xiàn)象，但混凝土體積較大，聚集在內(nèi)部的溫度難以在短時間內(nèi)散發(fā)，表面溫度由于自然因素的作用在短時間內(nèi)散溫，從而形成內(nèi)外溫度梯度，伴有較明顯的溫度應(yīng)力，若該值明顯偏大，例如超出混凝土可承受的拉力時，將形成不同程度的裂縫。

（2）內(nèi)部收縮。完成混凝土澆筑后，將伴有較明顯的水化作用以及水分蒸發(fā)現(xiàn)象，使混凝土含水量明顯降低，內(nèi)部收縮時存在多種形式的約束，且作用部位各不相同，從而形成混凝土裂縫。

（3）均勻性差?；炷潦怯啥喾N物料按照特定的配比而形成的混合物，如原材料的質(zhì)量、工藝方法等均會對整體性能造成不良影響，若某個環(huán)節(jié)控制不到位，將導(dǎo)致物料的分布缺乏均勻性，大體積混凝土各處的拉應(yīng)力存在差異，在均勻性欠佳的區(qū)域易產(chǎn)生裂縫。

（4）養(yǎng)護不善。大體積混凝土的規(guī)格較大，通常采取分層澆筑的方式，但預(yù)埋鋼筋數(shù)量較多，且大量分布在構(gòu)件表面，難以保證整個構(gòu)件都維持潮濕養(yǎng)護的狀態(tài)，在干濕交替的區(qū)域易產(chǎn)生裂縫。

3.碼頭大體積混凝土裂縫控制技術(shù)

多哈新港碼頭所在地為典型的熱帶沙漠氣候，具有高溫干燥的特點，夏季溫度可達50℃以上，大體積混凝土施工中易受到高溫環(huán)境的影響，產(chǎn)生大量塑性裂紋等。對此，要從項目的實際特點出發(fā)，加強對混凝土溫度的控制，以合理的方式維持混凝土內(nèi)外部溫度的均衡性，從而確保施工質(zhì)量。

3.1 原材料溫度監(jiān)測

在缺乏降溫措施時，各類拌和所用的原材料易受到現(xiàn)場高溫環(huán)境的影響，且生產(chǎn)所得的混凝土出機溫度控制難度較大。對此，要準確掌握原材料的溫度特性，將溫度控制在合理范圍內(nèi)。而對于混凝土原材料的溫度檢測，主要考慮的是骨料、膠凝材料以及拌合水，相比之下又以前兩者尤為關(guān)鍵。

骨料溫度監(jiān)測：（1）挑選合適型號的溫度傳感器，重點在于安裝好探頭，此部分必須在骨料表層下1m處，此外還要布設(shè)數(shù)據(jù)采集儀，基本原則在于儀器可維持穩(wěn)定狀態(tài)，不會受到風(fēng)、雨以及施工作業(yè)產(chǎn)生的干擾。（2）根據(jù)現(xiàn)場情況設(shè)定合適的測量頻率，正常情況下每間隔1～2h便要執(zhí)行一次，及時收集當(dāng)天的數(shù)據(jù)并完整記錄，以所得數(shù)據(jù)為依據(jù)，確定合適的施工時間。

膠凝材料溫度監(jiān)測：（1）以各環(huán)節(jié)施工作業(yè)正常推進為基本前提，選擇合適型號的溫度傳感器并將其置于膠凝材料灌體內(nèi)，調(diào)整好該傳感器的位置，必須在罐體中軸線上且要與罐底保持1m的間距。（2）安裝采集儀，依然不可受到風(fēng)、雨以及施工作業(yè)的干擾，每間隔1～2h便要監(jiān)測一次，及時收集當(dāng)天的數(shù)據(jù)并完整記錄。

3.2 混凝土溫度監(jiān)測

膠凝材料伴有較明顯的水化反應(yīng)，期間溫度上升明顯，考慮到混凝土幾何中心處溫度最高的特點，將該處作為溫度控制對象較為合適。當(dāng)然，混凝土表面以及環(huán)境的溫度都要得到有效的監(jiān)測，以便明確混凝土內(nèi)外部溫差以及表層與環(huán)境的溫差情況，再針對兩項指標(biāo)采取控制措施，有效避免混凝土裂縫。

多哈新港工程使用到大量預(yù)制方塊，其混凝土體積相對較大，因此必須將溫度監(jiān)測工作落實到位。首先，做好方塊中心及現(xiàn)場環(huán)境的溫度監(jiān)測工作，保證混凝土早期性能，以免出現(xiàn)早期塑性裂縫現(xiàn)象；其次，做好對方塊中心及表層兩部分的溫度監(jiān)測工作，根據(jù)所得結(jié)果確定混凝土內(nèi)部溫差情況，作為溫度控制的輔助參數(shù)。

3.3 混凝土溫度控制

根據(jù)施工規(guī)范要求，混凝土施工中的入模溫度應(yīng)≤30℃，并且要控制好任意兩點的溫差，要求該值≤20℃，結(jié)束澆筑后混凝土將進入到硬化階段，期間中心溫度應(yīng)≤65℃，若上述某個環(huán)節(jié)的溫度控制不到位，均會發(fā)生裂縫。因此，要采取預(yù)冷和養(yǎng)護措施，以免混凝土溫度過高的現(xiàn)象。

（1）冷卻水池的設(shè)置?；炷辽a(chǎn)作業(yè)使用的是冷卻水，要求其溫度以5℃為宜。為給施工作業(yè)提供充足的用水支持，應(yīng)在地下建設(shè)冷卻水池，在其頂面設(shè)置聚苯泡沫板（15cm厚），保證水溫可維持在相對較低的區(qū)間內(nèi)。

（2）冷卻水的溫度控制?？紤]到計算便捷性的要求，應(yīng)參照設(shè)備所能達到的最低溫度，盡可能使冷卻水溫度與之保持一致，通常為5℃。

（3）多哈新港碼頭建設(shè)使用的是425號水泥，施工中應(yīng)嚴格控制好混凝土內(nèi)部溫度，該處的最大溫度值可按照如下式（1）求得：

式（1）中，mc—水泥用量，170kg/m3；k—礦渣粉水化熱影響折減系數(shù)，取0.8；F—礦渣粉用量，170kg/m3；Q—水泥28d水化熱，377kJ/kg；C—混凝土比熱，取0.96；ρ—混凝土質(zhì)量密度，取2400kg/m3。

以上述所提出的公式為準，經(jīng)計算分析后得知，以預(yù)冷水泥、砂石等為原材料，摻入適量冷卻水的方式可有效控制混凝土的溫度，內(nèi)部溫度可穩(wěn)定在相對較低的狀態(tài)，具有可行性。

（4）其它措施。大體積混凝土施工量較大，為在短時間內(nèi)降低混凝土入模溫度，一方面要做好水泥、砂石等材料的溫度控制工作，另一方面則要調(diào)整好澆筑時間，在條件允許時盡可能安排在夜間澆筑，此時溫度相對較低，可避免陽光直射、溫度過大的現(xiàn)象，相比于日間澆筑而言混凝土入模溫度相對較低。并且，加強對運輸攪拌車罐體的防護，于該處緊密裹上聚乙烯隔熱板，形成隔絕作用，減小外界溫度對混凝土的影響，使混凝土溫度維持在合理區(qū)間內(nèi)。

3.4 溫度監(jiān)測設(shè)備

創(chuàng)建完善的監(jiān)測系統(tǒng)有助于及時掌握混凝土的溫度情況，獲得可靠的數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)應(yīng)包含溫度傳感器、采集儀、傳感器等相關(guān)裝置。監(jiān)測結(jié)果的準確性與及時性是系統(tǒng)的首要追求目標(biāo)，要求其具有運行穩(wěn)定性、環(huán)境適應(yīng)性的工作特性，可在高溫的環(huán)境中維持正常工作狀態(tài)。

本項目中，傳感器選擇的是較為主流的電阻式溫度傳感器，有2種不同的型號和規(guī)格。型號JRT-1的傳感器尺寸為φ10×55mm，其測溫范圍在-50℃～+110℃之間，測溫精度為±0.1℃、±0.3℃、±0.5℃；型號JRT-2的傳感器尺寸為φ10×40mm，其接線方式分二線制和四線制，絕緣電阻＞50MΩ。

4.結(jié)束語

碼頭大體積混凝土施工中的溫度控制至關(guān)重要，在溫度不合理的情況下易導(dǎo)致混凝土形成裂縫。對此，可創(chuàng)建溫度監(jiān)測系統(tǒng)，以便及時掌握溫度情況，采取多重降溫措施，確保各環(huán)節(jié)的溫度都可穩(wěn)定在合理范圍內(nèi)。總體來看，本文所提的裂縫控制技術(shù)具有可行性，傳統(tǒng)方式下裂縫大范圍產(chǎn)生的問題得到有效的解決，混凝土的綜合性能較好，有助于維持建筑物的耐久性。