淺談港口混凝土裂縫病害的防治措施
2015-08-04
1 港口工程水泥混凝土裂縫類型
1.1 收縮裂縫
混凝土微觀裂縫一般肉眼看不到，它是內(nèi)部固有的一種裂縫，也是不連貫的。寬度在0.05mm以下這種混凝土本身固有的微觀裂縫，在荷載不超過設(shè)計規(guī)定的情況下視為無害。但宏觀裂縫則要認(rèn)真分析判斷其形式。宏觀裂縫一般則認(rèn)為是寬度大于0.05mm以上的裂縫。這種裂縫多發(fā)生在大體積的混凝土和梁、板、柱等塊體構(gòu)件，危害較大，尤其是暴露在大氣中的構(gòu)筑物影響更大如不加以防止。很可能會造成嚴(yán)重后果。
1.2 超載裂縫
即混凝土構(gòu)件超載使用時，造成變形、受力不均等原因產(chǎn)生的裂縫。一般均發(fā)生在構(gòu)件受力彎矩最大的部位，成條狀，但分布不像收縮裂縫那樣均勻，擴展方向也相反，一般沿受力鋼筋垂直方向或斜向發(fā)展。
1.3 沉降裂縫
即因地基差異沉降或構(gòu)件結(jié)合不良、剪應(yīng)力超過設(shè)計強度而產(chǎn)生的一種混凝土裂縫，多見于填土地基、樁基沉降不均勻的各種基礎(chǔ)與墻體。這種裂縫一般與地面垂直，或成30°-40°角方向發(fā)展。寬度因荷載大小而異，與沉降值成比例。沉降裂縫危害極大，并且很難處理。
1.4 溫度裂縫
溫度裂縫多發(fā)生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)中。溫度裂縫的走向通常無一定規(guī)律，大面積結(jié)構(gòu)裂縫常縱橫交錯：梁板類長度尺寸較大的結(jié)構(gòu)，裂縫多平行于短邊：深入和貫穿性的溫度裂縫一般與短邊方向平行或接近平行裂縫沿著長邊分段出現(xiàn)，中間較密。裂縫寬度大小不一，受溫度變化影響較為明顯，冬季較寬，夏季較窄。此種裂縫的出現(xiàn)會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化。降低混凝土的抗凍融抗疲勞及抗?jié)B能力等
2 港口工程中水泥混凝土裂縫成因分析
港口工程中水泥混凝土在施工或運行期間出現(xiàn)許多大小不一的裂縫；是常見的通病。由于的超靜定性質(zhì)，雖然出現(xiàn)局部裂縫并不等于就失去承載能力而變?yōu)槠茐臋C構(gòu)?；炷廉a(chǎn)生的原因是多方面的，如水化熱溫度升高及環(huán)境溫度和濕度變化所引起的拉應(yīng)力之和超過混凝土的抗拉強度，都會使產(chǎn)生裂縫。
2.1 溫度應(yīng)力影響大體積混凝土自澆筑開始，由于水泥水化熱作用，混凝土內(nèi)部5-8天升到最高溫度。尤其是低溫季節(jié)內(nèi)外溫差較大，會在表面產(chǎn)生較大的溫度壓力，溫度應(yīng)力對水工中的大體積混凝土結(jié)構(gòu)來說一直是很重要的。當(dāng)變形受到約束時，溫度變化所引起的應(yīng)力?？赡艹^外部荷載引起的應(yīng)力。有時，僅溫度變化就可能形成貫穿性裂縫，進(jìn)而導(dǎo)致滲漏、結(jié)構(gòu)整體性下降、承載力和混凝土的耐久性降低等不利影響。因此在港口水泥混凝土內(nèi)可能出現(xiàn)較大的溫度壓力。溫度應(yīng)力也成為港口水泥混凝土的主要應(yīng)力之一，是引起拉應(yīng)力和港口水泥混凝土裂縫的重原因。氣溫變化、寒潮頻襲氣候條件下無有效保溫措施。寒潮、氣溫年變化和日變化是引起混凝土港口水泥混凝土表面拉應(yīng)力的主要因素。無論在北方還是南方，寒潮都是引起表面裂縫的重要因素。在寒潮襲擊、氣溫驟變的強烈作用下，若無有效保溫措施，會在混凝土表面形成很陡的溫度梯度，產(chǎn)生較大拉應(yīng)力。往往超過混凝土的抗拉強度，極易發(fā)生表面裂縫。北方由于冬季氣溫低，氣溫年變化也是引起表面裂縫甚至深層裂縫的重要原因；相比之下，氣溫日變化由于變化周期短影響較小。
2.2 混凝土本身性能混凝土為脆性材料，抗壓但不抗拉，抗拉強度只有抗壓強度的十分之一左右?？估冃文芰苄?，而港口水泥混凝土通常是不配鋼筋的，或只在表面配置少量鋼筋，與結(jié)構(gòu)的巨大斷面相比。含鋼率是極低的，若出現(xiàn)了拉應(yīng)力，只能依靠混凝土本身來承擔(dān)，在許多水工結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，通常要求不出現(xiàn)拉應(yīng)力或只出現(xiàn)很小的拉應(yīng)力。但港口水泥混凝土的結(jié)構(gòu)受力特點決定其不可避免的存在拉應(yīng)力，而且往往較大，引起混凝土的不利變形。
2.3 施工條件和工藝混凝土港口水泥混凝土產(chǎn)生的裂縫，絕大多數(shù)是表面裂縫。雖然說引起表面拉應(yīng)力的因素很多。氣溫變化、水化熱、初始溫差等都會產(chǎn)生溫度應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土表面裂縫產(chǎn)生，難以避免。但完善的施工條件和工藝?？梢杂行У臏p小溫度應(yīng)力，減少裂縫的產(chǎn)生；相反，不好的施工條件，不科學(xué)的工藝，不僅不能控制溫度應(yīng)力的不利影響，而且往往會加大溫度應(yīng)力所產(chǎn)生的拉應(yīng)力。以下這些情況在混凝土港口水泥混凝土的施工和運行中都應(yīng)該盡量避免。
3 港口工程中水泥混凝土施工控制措施
施工中完全防止裂縫還有一定困難。但也不是不能做到的。對于像港口水泥混凝土這樣的大體積混凝土結(jié)構(gòu)，控制和減少裂縫應(yīng)以預(yù)防為主，要采取綜合措施，如優(yōu)化設(shè)計、精心施工、加強科研、及時反饋氣象信息、嚴(yán)格控制關(guān)鍵工序等。只要這樣，完全能做到減少一般裂縫。避免基礎(chǔ)性貫穿性裂縫。
3.1 應(yīng)力控制混凝土出現(xiàn)裂縫最根本的原因還是拉應(yīng)力超過了混凝土抗拉極限，適當(dāng)控制拉應(yīng)力是必要的。荷載應(yīng)力控制。加大拱中心角可以適當(dāng)減少拉應(yīng)力。但過大的中心角將使拱軸線與河岸基巖等高線的夾角過小，使拱端推力過于趨于下游，對穩(wěn)定不利，得不償失。增加厚度也可以減少拉力。這是目前常用的方法，造價隨之增加。這些在拱圈的最優(yōu)設(shè)計中都應(yīng)予以綜合考慮。溫度應(yīng)力控制。實際工程中港口水泥混凝土裂縫大都是施工期溫度拉應(yīng)力引起的。防止這些裂縫，主要依靠施工期的溫度控制：①改進(jìn)施工工藝，降低混凝土的內(nèi)部溫升，減少基礎(chǔ)溫差、內(nèi)外溫差。嚴(yán)格控制混凝土溫度是減少拉應(yīng)力、防止裂縫的最重要措施。常采取的方法包括：分區(qū)使用水泥，減少單位水泥用量；通過冷卻拌和水、加冰拌和、預(yù)冷骨科等方法降低混凝土澆筑溫度，采用加大混凝土澆筑強度、倉面保溫等方法減少澆筑過程的溫度回升：在混凝土內(nèi)埋設(shè)水管，通低溫水以降低混凝土溫度；薄層澆筑，均勻上升，加速混凝土熱量散失，降低混凝土內(nèi)部溫升。②加強混凝土的養(yǎng)生保護面保溫，抵制溫度濕度造成的不利影響。施工中的混凝土，容易發(fā)生早期裂縫，其原因雖然各不相同，但大多是由于水化熱溫升、環(huán)境溫度和濕度變化。產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力和干縮應(yīng)力所致。
3.2 優(yōu)化原材料和配合比，提高混凝土綜合抗裂性能妥。善選用混凝土的材料與配合比并控制好混凝土的溫度升降變化，這也是減免混凝土工程裂縫的既重要呆有效的手段。具體的說，就是通過優(yōu)選混凝土的材料、配合比使混凝土的絕熱溫升較小，抗拉強度較大，極限拉伸變形較大，熱強比較小，線脹系數(shù)較小，體積變形最好是微膨脹，至少是低收縮。大體積混凝土內(nèi)部溫度變化很小，因此施工期混凝內(nèi)主要是溫度變形和化學(xué)變形。若水泥的化學(xué)變形是微量膨脹，并在時間上和降溫同步，部分收縮變形將被化學(xué)膨脹所抵消。使混凝土收縮量保持在混凝土極限拉伸范圍之內(nèi)，則混凝土不致開裂，對溫控防裂作用較好。需要指出的是：只對由外部約束作用產(chǎn)生的溫度應(yīng)力具有一定的補償作用，而且膨脹要合適而且均勻。要注意其安定性，適當(dāng)添加一些外加劑，也可有效改善混凝土性能，提高混凝土的抗拉性和抗裂性。如混凝土膨脹劑，可配制補償收縮、接縫填充混凝土，起到抗裂抗?jié)B的作用。該膨脹劑化學(xué)膨脹產(chǎn)生的限制膨脹率為，相當(dāng)或略高于普通混凝土的收縮率，可收到補償收縮的結(jié)果。根據(jù)工程及環(huán)境氣候條件，在施工中合理添加?？梢云鸬胶芎玫目沽研Ч?，但需要進(jìn)行試驗研究并嚴(yán)控施工質(zhì)量。
3.3 加強施工管理提高混凝土施工質(zhì)量，混凝土澆筑要均勻密實。薄層短間歇，均勻上升；避免突擊澆筑一塊混凝土，然后長期停歇；避免相鄰之間過大的高差及側(cè)面的長期暴露；避免薄塊長間歇，即在基巖或老混凝土上澆筑一薄塊而后長期停歇。合理安排盡量利用低溫季節(jié)澆筑基礎(chǔ)部分混凝土，拱圈封拱溫度盡量低于或等于年平均氣溫。在氣溫太低的季節(jié)施工時，不要讓施工面暴露在露天長期冷卻；新澆筑混凝土表面要加蓋保溫。做好安全監(jiān)控，對未能預(yù)料的裂縫及時發(fā)現(xiàn)，及時處理。
4 結(jié)束語
混凝土的裂縫首先影響表觀效果，嚴(yán)重時會影響結(jié)構(gòu)的安全性，必須重視，必須指出的是，缺陷是多種多樣的，本文中只列出了比較普遍的缺陷修整措施，對于個別的缺陷，應(yīng)根據(jù)實際情況靈活處理，以保證維修效果。
