浅析码头水工工程大体积混凝土施工裂缝控制

浅析码头水工工程大体积混凝土施工裂缝控制

李超

盘锦港集团有限公司，辽宁 盘锦 124000

摘要：目前对大体积混凝土尚无一个明确的定义。我国一级建造师执业资格考试用书编写委员会在2004年5月编写的《港口与航道工程管理与实务》这样定义:“在港口与航道工程中，一般现浇的连续式结构(如码头胸墙、船坞坞墙)和长、宽、高尺寸相近的大型实体预制构件(如大型混凝土方块)等容易因温度、收缩应力引起开裂的混凝土，通称为港口与航道工程大体积混凝土”，大体积混凝土开裂无可避免，解决大体积混凝土的问题也即是如何解决大体积混凝土开裂的问题。

关键词：码头水工工程；大体积混凝土；施工裂缝控制

1、大体积混凝土裂缝形成原因

大体积混凝土产生裂缝的原因可归结为浇筑混凝土升温阶段的温度应力与降温阶段收缩应力的共同影响。

1.1温度应力影响

混凝土结构因水泥水化热引起温度变化而产生的变形受到约束时所产生的应力即为温度应力。水工大体积混凝土的开裂，从根本上说是由于混凝土结构与结构之间或结构的不同部位之间的温度应力超过混凝土的抗拉强度及极限拉伸值而产生的。

在大体积混凝土浇筑一段时间后，混凝土内部的热量不易散发。随着混凝土浇筑的结构层厚度增加，混凝土内外温差越来越大，内部温度越来越高，内外形成的温度梯度越来越大。由于温差的作用，混凝土内部各区域膨胀率也不一样，这样混凝土内部产生了压应力，混凝土表面产生拉应力。当温度梯度达到一定程度，也即由此而产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度及极限拉伸值时，就会产生裂缝。

1.2收缩应力影响

当结构产生变形时，不同结构之间或同一结构的不同部位之间，因变形的不同，可能产生相互间的影响、制约，称为约束。这种约束大致可分为外约束和内约束两大类。外约束对混凝土的影响，即对浇筑在岩基上或老混凝土基础上的大体积混凝土，受到岩基或老混凝土基础的变形约束。在混凝土的降温阶段，新浇筑的混凝土体积会产生收缩，此时受到的基础的约束产生的温度应力为拉应力。内约束影响为在降温阶段，混凝土内部温度与外部温度存在差异。这导致混凝土内外收缩率的不同，在混凝土内部对外部产生较强的约束，抑制外部收缩，也就使收缩的混凝土产生了一定的拉应力。当由内、外约束产生的拉应力作用导致受拉变形大于混凝土此时的极限拉伸能力时，就会产生开裂或加剧之前的裂缝。

综上，大体积混凝土产生裂缝的主要原因为浇筑混凝土升温阶段温度应力与降温阶段收缩应力叠加所致往往收缩应力在温度应力导致开裂的基础上加剧大体积混凝土的开裂。

2、水工大体积混凝土防裂措施

水工大体积混凝土的防裂控制是一个十分复杂的过程，涉及到材料、工艺、环境以及结构设计等多方面的综合性的问题。对大体积混凝土裂缝防治的原则以防为主，将从大体积混凝土构件从设计到功能实现的整个过程，分别从原材料、配合比设计、施工控制三个方面来进行阐述。

2.1合适的原材料

大体积混凝土主要原材料为水泥、粗细骨料、水和一些外加剂。大体积混凝土选用水泥的原则是选择中低热水泥，条件许可的情况下可以选择收缩性小或微膨胀性的水泥。混凝土中骨料所占体积在80%以上，宜选用线膨胀系数较小，表面清洁无包裹层，级配良好的骨料。选择砂石料需要从源头起，严格控制砂石料的含泥量，改善混凝土的和易性和强度。对含泥量超标的骨料在施工前应进行冲洗。大体积混凝土浇筑宜选用缓凝型减水剂，可以有效减缓水泥早期水化热，延缓混凝土温度峰值的来临时间，从而有效避免因温度应力而产生的裂缝。对结构闭合块的混凝土可掺用微膨胀剂，它可以有效补偿混凝土的收缩，可以有效提高闭合块的防裂能力。

2.2大体积混凝土的配合比设计

对大体积混凝土配合比的设计，应在综合考虑项目总体设计以及施工具体情况的基础上，尽量避免水化热的早期集中释放，延缓和减小混凝土的温度峰值，减小混凝土的温度梯度，避免混凝土早期产生危害性开裂。

配合比设计中应在满足设计、强制性规范以及施工要求的情况下，尽量减少混凝土的单位水泥用量，减少水化热的产生。在综合考虑混凝土耐久性的情况下，也可以用粉煤灰取代部分水泥用量，掺加量可采用等量取代法和超量取代法两种方法根据情况计算选择。大体积混凝土配比设计中应掺用合适的外加剂，在对不同品种的多种外加剂对比试验后确定合适的缓凝型减水剂。对无筋和少筋大体积混凝土，应设计添加块石。一方面可以起到吸收水化热的作用，同时也可以在保证结构正常使用情况下节约造价。

2.3施工控制

施工控制是大体积混凝土应用中非常重要的一个环节，合理的施工控制能有效避免大体积混凝土有害裂缝的产生。施工中可以从降低混凝土浇筑温度、合理运用施工技术与工艺以及加强养护措施三方面来进行控制。

2.3.1降低混凝土的浇筑温度

大体积混凝土的浇筑应充分利用低温时间段，避免在夏季高温天气下施工。若夏季施工，应尽量利用晚间温度稍低时作业。乌江银盘水电站大件码头工程，大体积混凝土浇筑正值夏季，主要混凝土浇筑时间均选在晚间作业，很好地保证了混凝土的质量。在浇筑或运输混凝土过程中，应设法遮阳，避免暴晒。在混凝土施工之前在混凝土仓内可设置冷却水管，根据混凝土形态设置单层或多层冷却水管，对重要部位还需预埋一些温度感应片以监控温度升高过程。在乌江银盘水电站大件码头工程起重机平台的混凝土浇筑中采用了该方式降温，取得了很好效果。

2.3.2合理运用施工技术与工艺

在岩石基础或老混凝土上浇筑混凝土结构时，基础表面应处理平整，防止因应力集中而产生裂缝，同时纵向分段长度应不大于15m，避免一次混凝土浇筑方量过大，这对裂缝控制不利。对体积非常大的混凝土的施工应进行分层浇筑，分层方法可根据实际施工条件来确定。一般有全面分层，分段分层，斜面分层几种方法。在分层浇筑时，上下两层相邻混凝土应避免错缝浇筑，两层浇筑间隔时间应尽量缩短，不宜超过10天。对薄弱区如部分受拉区可采取加强措施，如掺钢纤维或有机合成纤维，可以提高混凝土的抗拉强度。也可以在合适的情况下施加预应力。混凝土浇筑完毕后分两次进行收面。第一次是混凝土刚刚浇筑完成时，第二次在混凝土刚刚初凝时，这样可以有效防止收缩裂缝。在无筋或少筋大体积混凝土中一般都应添加块石，块石可以有效吸收水化热。在施工中宜选用基本呈方形，长短边之比不大于2的块石。块石与块石放置间距不得小于10cm，块石与混凝土结构表面距离不得小于10cm，对有抗冻要求的不得小于30cm，同时在混凝土受拉区不得埋放块石。

2.3.3养护措施

混凝土浇筑完成后可在顶面洒水或用流动水散热，滞水养护期应在两周以上。在寒冷季节，条件允许情况下应推迟拆模时间。由于拆模时混凝土表面温度下降较快，拆模后应采取草袋、土工布及塑料薄膜等覆盖以保温。对需隐蔽部分，要及时进行回填保温，减少干缩。对重要大体积混凝土构件应在构件内预埋一些温度感应片，针对检测情况采取保温或降温措施，如调整保温材料厚度等，以保证结构内部和表面温差在25℃以内。

3、结语

水工大体积混凝土的防裂是目前被学者研究的一个重要问题，它直接关系到结构的使用性能和寿命，甚至影响项目功能的正常实现。本文分析了大体积混凝土裂缝形成原因是升温阶段温度应力与降温阶段收缩应力共同影响，并通过配合比实验研究以及施工实践经验，提出了通过合理选材、优化配合比设计、加强施工控制与养护来控制大体积混凝土的开裂。

参考文献：
［1］JTS202-2011，水运工程混凝土施工规范［S］．

［2］JTS257，水运工程质量检验标准［S］．

［3］杨光．浅谈港口施工中水泥混凝土裂缝成因［J］．科技创新导报，2010(36):81-82．