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码头混凝土裂缝的预防分析
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作者：张亨辉 郑东升 梁继强
摘 要：通过系统描述码头混凝土裂缝的定义和类型，分析产生码头混凝土裂缝的原因，并对此提出控制措施，使码头混凝土裂缝的危害降到最低。
关键词：裂缝；荷载裂缝；变形裂缝
1 裂缝的定义
裂缝是由混凝土在温度和湿度变化的条件下, 逐步硬化并产生的体积变形。由于各种材料变形不一致且不均匀，相互约束而产生初始应力--拉应力或剪应力,造成在骨料与水泥石粘结面或水泥石本身之间出现肉眼看不见的微细裂缝, 一般称为微裂。这种微细裂缝的分布是不规则的、不连贯的, 在荷载作用下或进一步产生温差、干缩的情况下, 裂缝开始扩展, 并逐渐相互串通, 从而出现较大的肉眼可见的裂缝, 称为宏观裂缝, 即通常所说的裂缝。因此混凝土的裂缝, 实际是微裂的扩展。混凝土微裂是肉眼看不见的。
在一般工程结构中, 宽度小于的裂缝对使用、防水、防腐、承重都无危害性, 故假定具有小于裂缝的结构为无裂缝结构, 所谓不允许裂缝设计, 也只能是相对的不大于, 初始裂缝的结构。由于微裂在混凝土中是不可避免的, 因此可以认为, 混凝土有裂缝是绝对的, 无裂缝是相对的。所谓结构的抗裂质量只是把裂缝控制在一定的范围内而已。近代混凝土亚微观的研究认为微裂的扩展程度就是材料破损程度的标志, 同时, 微裂的存在也是材料本身固有一的一种物理性质。随着混凝土预制工艺的不断改进，高温高压成型、真空脱水、新型压扎板工艺、掺入各种外加剂等, 会使微裂逐步减小, 从而获得高强和超高强构件。
2 混凝土裂缝产生原因分析
2.1 从结构物所受荷载来看
混凝土结构物在实际使用过程中承受两大类荷载, 即各种外荷载和变形荷载。裂缝的成因主要有：
首先是由外荷载应力引起的裂缝, 即荷载裂缝。
其次是由变形变化引起的裂缝。混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后期在降温过程中，又会在混凝土内部出现拉应力，气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，就会出现裂缝。混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢，但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化，如养护不周、时干时湿，表面干缩形变受到内部混凝土的约束，也可能导致裂缝出现。即结构由于温度收缩和膨胀、不均匀沉降等因素而引起的变形裂缝。
最后是由施工操作如制作、脱模、养护、堆放运输、吊装等起的裂缝。由于原材料不均匀，水灰比不稳定，及运输和浇筑过程中的离析现象，在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的，存在着许多抗拉能力很低，易于出现裂缝的薄弱部位。不论那一类荷载作用于结构物, 只要当结构物拉应力超过其极限强度, 或其应变超过其极限变形值, 结构物都会产生裂缝。根据国内外的调查资料, 工程实践中结构物产生裂缝的原因, 属于由变形变化度、收缩、不均匀沉降起的约占以上属于由荷载引起的约占80%左右。
2.2 从混凝土的凝结过程看
码头混凝土裂缝在凝结过程中发生的原因主要如下：约束性裂缝、干缩性裂缝和不均匀性裂缝。
（1）当钢筋混凝土预制面板对现浇面层收缩的约束力较大，当面层收缩变形较大时，就容易产生约束性裂缝。现浇面层混凝土中存在从多余的游离水，水份蒸发后混凝土表面与内部变形不一致，也会导致约束性缝裂产生；还有就是现浇面层混凝土坍落度过大，可塑性差，一经振捣，混凝土中石子下沉，水泥砂浆上浮，导致混凝土面层材料上下不均匀，混凝土硬化后上下收缩不一致，产生约束性裂缝。（2）干缩性裂缝主要是养护期内养护方法不当或养护不及时，造成表面失水过多、多早，水泥没有充分水化，发生较大的干缩变形面产生的；当风力较大，气温较高，使得混凝土表面水份蒸发较快，容易产生干缩性裂缝。（3）不均匀性裂缝是指混凝土中所用的砂石中杂质（如泥土、粉尘、有机物等）含量过大、砂石级配不良或骨料粒径过大，拌制混凝土时计量不准确，混凝土时干时稀等原因导致混凝土均匀性差而产生的。振捣时插点随意，不均匀，振捣时间不一致使面层混凝土不均匀而产生不均匀性裂缝。
由于码头混凝土施工存在施工规模大、构件体积大和气候条件恶劣的特点，所以在码头混凝土裂缝控制中要特别注意控制温度、添加剂的及时合理使用和前期养护。
3.1 温度控制
温度控制主要是为了控制温度应力对裂缝的影响，控制温度的措施如下：
首先对于大体积混凝土,施工时应充分考虑水泥水化热问题。采取必要的降温措施(埋设散热孔、通水排热等),避免水化热高峰的集中出现、降低峰值。浇捣成型后,应采取必要的蓄水保温措施,表面覆盖薄膜、湿麻袋等进行养护,以防止由于混凝土内外温差过大而引起的温度裂缝。特别注意的是避免在雨中或大风中浇灌混凝土。夏季应注意混凝土的浇捣温度,采用低温入模、低温养护,必要时经试验可采用冰块,以降低混凝土原材料的温度。
其次采用改善骨料级配，砂选用中粗砂，含泥量小于3%，清除泥土和石粉，级配要好，从而可能提高混凝土自身的强度，相对可以减少水泥用量，拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度对克服温度裂缝有好处。
最后对大体积混凝土构建施工时要减小混凝土浇注的分层厚度，在条件允许时减缓混凝土浇注速度，以不出现冷缝为原则。热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热；在原有吊装孔基础上增加预留孔，大方块浇注完毕养护时期，吊装孔和预留孔内的养护水由于水泥水化热而造成温度升高，为此，每隔2-3小时孔内换一次水，孔内热水沿块体四周流下，既可以降低方块内部的温度，减少混凝土内约束作用。
3.2 选择适当外加剂，尤其是减水剂
可根据设计要求,混凝土中掺加一定用量外加剂,如防水剂、膨胀剂、减水剂、缓凝剂等外加剂。外加剂中糖钙能提高混凝土的和易性,使用水量减少20 %左右,水灰比可控制在0. 55 以下,初凝延长到5h 左右。使用减水防裂剂防裂主要是因为混凝土中存在大量毛细孔道，水蒸发后毛细管中产生毛细管张力，使混凝土干缩变形。增大毛细孔径可降低毛细管表面张力，但会使混凝土强度降低。水灰比是影响混凝土收缩的重要因素，使用减水防裂剂可使混凝土用水量减少25%。减水防裂剂可以改善水泥浆的稠度，减少混凝土泌水。提高水泥浆与骨料的粘结力，提高的混凝土抗裂性能。
3.3 混凝土的早期养护
混凝土的早期养护，主要目的在于保持适宜的温湿条件，以达到两个方面的效果，一方面使混凝土免受不利温、湿度变形的侵袭，防止有害的冷缩和干缩。一方面使水泥水化作用顺利进行，以期达到设计的强度和抗裂能力。只要按照施工规范，科学管理，精心组织安排，积极应对突发情况，就一定能在码头混凝土施工中减少裂缝，将裂缝的危害控制在允许范围内。
参考文献
［1］薛久东.浅谈前湾三期工程混凝土裂缝的防与治［J］.港口科技动态，2002，（11）.
［2］闫峰，李晓刚.谈混凝土裂缝的成因与控制［J］.商品混凝土，2006，（3）.
［3］李志勇，王海军.大体积混凝土裂缝分析及控制技术［J］.内蒙古科技与经济，2007，（11）. 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200907/12904.htm
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