碼頭混凝土裂縫的預防分析
摘 要：通過系統描述碼頭混凝土裂縫的定義和類型，分析產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，相互約束而產生初始應力--拉應力或剪應力,造成在骨料與水泥石粘結面或水泥石本身之間出現肉眼看不見的微細裂縫, 一般稱為微裂。這種微細裂縫的分布是不規則的、不連貫的, 在荷載作用下或進一步產生溫差、干縮的情況下, 裂縫開始擴展, 并逐漸相互串通, 從而出現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, 實際是微裂的擴展。混凝土微裂是肉眼看不見的。
在一般工程結構中, 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構為無裂縫結構, 所謂不允許裂縫設計, 也只能是相對的不大于, 初始裂縫的結構。由于微裂在混凝土中是不可避免的, 因此可以認為, 混凝土有裂縫是絕對的, 無裂縫是相對的。所謂結構的抗裂質量只是把裂縫控制在一定的范圍內而已。近代混凝土亞微觀的研究認為微裂的擴展程度就是材料破損程度的標志, 同時, 微裂的存在也是材料本身固有一的一種物理性質。隨著混凝土預制工藝的不斷改進，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, 從而獲得高強和超高強構件。
2 混凝土裂縫產生原因分析
2.1 從結構物所受荷載來看
混凝土結構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，內部溫度不斷上升，在表面引起拉應力。后期在降溫過程中，又會在混凝土內部出現拉應力，氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應力。當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時，就會出現裂縫。混凝土的內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生劇烈變化，如養護不周、時干時濕，表面干縮形變受到內部混凝土的約束，也可能導致裂縫出現。即結構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、養護、堆放運輸、吊裝等起的裂縫。由于原材料不均勻，水灰比不穩定，及運輸和澆筑過程中的離析現象，在同一塊混凝土中其抗拉強度又是不均勻的，存在著許多抗拉能力很低，易于出現裂縫的薄弱部位。不論那一類荷載作用于結構物, 只要當結構物拉應力超過其極限強度, 或其應變超過其極限變形值, 結構物都會產生裂縫。根據國內外的調查資料, 工程實踐中結構物產生裂縫的原因, 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 從混凝土的凝結過程看
碼頭混凝土裂縫在凝結過程中發生的原因主要如下：約束性裂縫、干縮性裂縫和不均勻性裂縫。
（1）當鋼筋混凝土預制面板對現澆面層收縮的約束力較大，當面層收縮變形較大時，就容易產生約束性裂縫。現澆面層混凝土中存在從多余的游離水，水份蒸發后混凝土表面與內部變形不一致，也會導致約束性縫裂產生；還有就是現澆面層混凝土坍落度過大，可塑性差，一經振搗，混凝土中石子下沉，水泥砂漿上浮，導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，產生約束性裂縫。（2）干縮性裂縫主要是養護期內養護方法不當或養護不及時，造成表面失水過多、多早，水泥沒有充分水化，發生較大的干縮變形面產生的；當風力較大，氣溫較高，使得混凝土表面水份蒸發較快，容易產生干縮性裂縫。（3）不均勻性裂縫是指混凝土中所用的砂石中雜質（如泥土、粉塵、有機物等）含量過大、砂石級配不良或骨料粒徑過大，拌制混凝土時計量不準確，混凝土時干時稀等原因導致混凝土均勻性差而產生的。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生不均勻性裂縫。
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3 碼頭混凝土裂縫的預防措施
由于碼頭混凝土施工存在施工規模大、構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護。
3.1 溫度控制
溫度控制主要是為了控制溫度應力對裂縫的影響，控制溫度的措施如下：
首先對于大體積混凝土,施工時應充分考慮水泥水化熱問題。采取必要的降溫措施(埋設散熱孔、通水排熱等),避免水化熱高峰的集中出現、降低峰值。澆搗成型后,應采取必要的蓄水保溫措施,表面覆蓋薄膜、濕麻袋等進行養護,以防止由于混凝土內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中澆灌混凝土。夏季應注意混凝土的澆搗溫度,采用低溫入模、低溫養護,必要時經試驗可采用冰塊,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度，相對可以減少水泥用量，拌合混凝土時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，以不出現冷縫為原則。熱天澆筑混凝土時減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱；在原有吊裝孔基礎上增加預留孔，大方塊澆注完畢養護時期，吊裝孔和預留孔內的養護水由于水泥水化熱而造成溫度升高，為此，每隔2-3小時孔內換一次水，孔內熱水沿塊體四周流下，既可以降低方塊內部的溫度，減少混凝土內約束作用。
3.2 選擇適當外加劑，尤其是減水劑
可根據設計要求,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孔道，水蒸發后毛細管中產生毛細管張力，使混凝土干縮變形。增大毛細孔徑可降低毛細管表面張力，但會使混凝土強度降低。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力，提高的混凝土抗裂性能。
3.3 混凝土的早期養護
混凝土的早期養護，主要目的在于保持適宜的溫濕條件，以達到兩個方面的效果，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行，以期達到設計的強度和抗裂能力。只要按照施工規范，科學管理，精心組織安排，積極應對突發情況，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。
參考文獻
［1］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，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）.
［3］李志勇，王海軍.大體積混凝土裂縫分析及控制技術［J］.內蒙古科技與經濟，2007，（11）.
（中國混凝土與水泥制品網 轉載請注明出處）
關鍵詞：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，相互約束而產生初始應力--拉應力或剪應力,造成在骨料與水泥石粘結面或水泥石本身之間出現肉眼看不見的微細裂縫, 一般稱為微裂。這種微細裂縫的分布是不規則的、不連貫的, 在荷載作用下或進一步產生溫差、干縮的情況下, 裂縫開始擴展, 并逐漸相互串通, 從而出現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, 實際是微裂的擴展。混凝土微裂是肉眼看不見的。
在一般工程結構中, 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構為無裂縫結構, 所謂不允許裂縫設計, 也只能是相對的不大于, 初始裂縫的結構。由于微裂在混凝土中是不可避免的, 因此可以認為, 混凝土有裂縫是絕對的, 無裂縫是相對的。所謂結構的抗裂質量只是把裂縫控制在一定的范圍內而已。近代混凝土亞微觀的研究認為微裂的擴展程度就是材料破損程度的標志, 同時, 微裂的存在也是材料本身固有一的一種物理性質。隨著混凝土預制工藝的不斷改進，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, 從而獲得高強和超高強構件。
2 混凝土裂縫產生原因分析
2.1 從結構物所受荷載來看
混凝土結構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，內部溫度不斷上升，在表面引起拉應力。后期在降溫過程中，又會在混凝土內部出現拉應力，氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應力。當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時，就會出現裂縫。混凝土的內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生劇烈變化，如養護不周、時干時濕，表面干縮形變受到內部混凝土的約束，也可能導致裂縫出現。即結構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、養護、堆放運輸、吊裝等起的裂縫。由于原材料不均勻，水灰比不穩定，及運輸和澆筑過程中的離析現象，在同一塊混凝土中其抗拉強度又是不均勻的，存在著許多抗拉能力很低，易于出現裂縫的薄弱部位。不論那一類荷載作用于結構物, 只要當結構物拉應力超過其極限強度, 或其應變超過其極限變形值, 結構物都會產生裂縫。根據國內外的調查資料, 工程實踐中結構物產生裂縫的原因, 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 從混凝土的凝結過程看
碼頭混凝土裂縫在凝結過程中發生的原因主要如下：約束性裂縫、干縮性裂縫和不均勻性裂縫。
（1）當鋼筋混凝土預制面板對現澆面層收縮的約束力較大，當面層收縮變形較大時，就容易產生約束性裂縫。現澆面層混凝土中存在從多余的游離水，水份蒸發后混凝土表面與內部變形不一致，也會導致約束性縫裂產生；還有就是現澆面層混凝土坍落度過大，可塑性差，一經振搗，混凝土中石子下沉，水泥砂漿上浮，導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，產生約束性裂縫。（2）干縮性裂縫主要是養護期內養護方法不當或養護不及時，造成表面失水過多、多早，水泥沒有充分水化，發生較大的干縮變形面產生的；當風力較大，氣溫較高，使得混凝土表面水份蒸發較快，容易產生干縮性裂縫。（3）不均勻性裂縫是指混凝土中所用的砂石中雜質（如泥土、粉塵、有機物等）含量過大、砂石級配不良或骨料粒徑過大，拌制混凝土時計量不準確，混凝土時干時稀等原因導致混凝土均勻性差而產生的。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生不均勻性裂縫。
[Page]
3 碼頭混凝土裂縫的預防措施
由于碼頭混凝土施工存在施工規模大、構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護。
3.1 溫度控制
溫度控制主要是為了控制溫度應力對裂縫的影響，控制溫度的措施如下：
首先對于大體積混凝土,施工時應充分考慮水泥水化熱問題。采取必要的降溫措施(埋設散熱孔、通水排熱等),避免水化熱高峰的集中出現、降低峰值。澆搗成型后,應采取必要的蓄水保溫措施,表面覆蓋薄膜、濕麻袋等進行養護,以防止由于混凝土內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中澆灌混凝土。夏季應注意混凝土的澆搗溫度,采用低溫入模、低溫養護,必要時經試驗可采用冰塊,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度，相對可以減少水泥用量，拌合混凝土時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，以不出現冷縫為原則。熱天澆筑混凝土時減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱；在原有吊裝孔基礎上增加預留孔，大方塊澆注完畢養護時期，吊裝孔和預留孔內的養護水由于水泥水化熱而造成溫度升高，為此，每隔2-3小時孔內換一次水，孔內熱水沿塊體四周流下，既可以降低方塊內部的溫度，減少混凝土內約束作用。
3.2 選擇適當外加劑，尤其是減水劑
可根據設計要求,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孔道，水蒸發后毛細管中產生毛細管張力，使混凝土干縮變形。增大毛細孔徑可降低毛細管表面張力，但會使混凝土強度降低。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力，提高的混凝土抗裂性能。
3.3 混凝土的早期養護
混凝土的早期養護，主要目的在于保持適宜的溫濕條件，以達到兩個方面的效果，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行，以期達到設計的強度和抗裂能力。只要按照施工規范，科學管理，精心組織安排，積極應對突發情況，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。
參考文獻
［1］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，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）.
［3］李志勇，王海軍.大體積混凝土裂縫分析及控制技術［J］.內蒙古科技與經濟，2007，（11）.
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