海区施工中大面积混凝土裂缝的控制

摘要:文章分析了洋山一期水工码大面积混凝土浇筑易出现裂缝的各种原因,从设计、材料配合比设计、材料质量、施工、环境等5方面着手,总结了经验教训,最后有针对性地提出了在洋山二期水工码头施工过程中对裂缝进行控制方法,保证海区施工质量。

关键词:海区施工;混凝土浇筑;裂缝控制;码头施工

中图分类号:TU528

文献标识码:A

文章编号:1009-2374(2009)19-0170-02

洋山深水港区工程位于杭州湾口东北部的崎岖列岛海区,为典型的深水海域施工。二期码头工程总长1400m,共分20段,每个结构段从52～78m长度不等,码头面层宽度37m,面层浇筑厚度22～26cm,总计面层51800m2,C35纤维混凝土约13000m3。

一、洋山一期水工码头面层裂缝成因分析

洋山一期码头面层宽37m,长1600m,总计面层59200m2,C40混凝土约14800m3,面层从2003年11月开始至2004年6月结束。在面层施工结束后,较多面积出现了龟裂和裂缝,影响了码头面层的观感质量。在深入分析了洋山一期水工码头面层的情况后,从设计、混凝土原材料、配合比设计、施工等多个方面进行分析、调整、优化,从而最大程度上提高了二期码头面层的质量。通过对一期面层裂缝的统计分析并结合施工记录的情况,总结了以下几方面的原因:

(一)设计原因

1.混凝土等级过高,造成用灰量过大,对收缩不利。一期面层混凝土强度等级为C40,混凝土设计强度等级越高,混凝土脆性越大,越易开裂。

2.面层部分位置构造钢筋配置过少。对一期面层裂缝调查发现,在泄水孔等临边洞口以及横梁顶部都出现了不同程度的裂缝,究其原因与这些部位构造钢筋少有很大关系。

(二)配合比设计原因

1.水灰比大。一期面层的混凝土水灰比达到了0.48,混凝土的强度值对水灰比的变化十分敏感,水和水泥的计量偏差将直接影响到混凝土的强度。

2.单方水泥用量大,用水量大。一期面层单方混凝土水泥用量达到了397kg,用水量为190kg,水泥用量越大,用水量越高,则水泥浆体积越大,收缩越大。

3.坍落度过大。一期面层混凝土采用海上搅拌船泵送砼,坍落度达到了120±20mm,坍落度大,流动性好,却易产生局部粗骨料少、砂浆多的现象,等砼脱水干缩时,就易产生表面裂缝。

(三)材料原因

1.水泥质量,特别是水泥的安定性。安定性不稳定,水泥中含有过多游离的氧化钙或氧化镁,当水泥硬化后这些成分才开始慢慢水化,产生体积膨胀而产生裂缝。

2.骨料级配不良。骨料级配不良或含泥量多,随着混凝土的干燥,容易造成混凝土收缩增大,诱导裂缝产生。

3.混凝土搅拌时间。混凝土搅拌时间过短,则搅拌不均匀,造成面层强度相差过大,硬化时间和收缩量不同,从而导致裂缝产生;搅拌时间过长,则容易导致骨料破碎、离析,影响混凝土的强度。

4.丙纶纤维过长。丙纶纤维过长不利于搅拌均匀,有效控制温度裂缝。

5.混凝土出料温度高。出料温度高会加剧水泥水化热引起的内外温差,更易引起混凝土的温度裂缝。

(四)施工原因

1.面层分仓大,浇筑间隔时间短。一期码头面层横向两轨间分4块,纵向未分块,分仓浇筑间隔时间无明确规定。混凝土的温度应力与结构尺寸相关,混凝土结构尺寸越大,温度应力越大,越容易产生裂缝。

2.振捣质量的影响。一期码头面层浇筑后只采用振捣棒振捣,振捣不足,易使混凝土中出现气孔、蜂窝,在荷载及自然因素作用下产生应力集中而导致裂缝;振捣过量,则粗骨料下沉,混凝土离析,影响其强度。

3.抹面不当。对于大面积混凝土,缺少两次抹面,易产生表面收缩裂缝;若浇捣后过分抹干压光则会使混凝土的细骨料过多地浮到表面,形成含水量很大的水泥浆层,易导致混凝土表面龟裂。

4.切缝时间和深度把握不准。切缝施工是混凝土施工中的一个重要环节,及时进行切缝可以在缩缝发生前及早形成弱断面,有效释放应力。但切缝时间控制很关键,切缝太早,粗骨料会从砂浆中跳脱,混凝土易暴边;切缝太晚,则若产生的拉应力大于混凝土容许值,混凝土就会开裂。切缝切得太深,板间的传荷能力难以得到保证,切得太浅,则表面应力得不到有效释放。

5.养护措施不到位。混凝土的养护对其早期强度增长和防止收缩裂缝极为重要,因此在混凝土浇筑完,收浆后即开始覆盖洒水养护,同时要保证养护的时间。

(五)环境原因

1.洋山为典型的海区施工,缺少水源,且常年风速大,这对混凝土早期硬化阶段影响很大。大风会加剧混凝土表面水分的蒸发流失,造成混凝土的塑性裂缝。

2.高温天气影响。在炎热气温下施工,石子表面温度高,石子体积膨胀,拌制成混凝土后,石子受冷收缩,就易引起混凝土表面出现裂缝。

二、洋山二期水工码头面层裂缝控制措施

针对一期面层裂缝原因的分析,在二期工程中我们有目的地采取了对应措施。

(一)设计方面

1.针对一期码头面层混凝土等级高,二期面层混凝土由C40改为C35纤维混凝土,不掺粉煤灰,并对此标号混凝土进行了试浇,试浇结果符合要求后再进行大面积的浇筑。

2.对于一期面层部分位置构造钢筋配置过少,二期码头面层在泄水孔四周、梁顶以及轨道、电缆槽周边都增加了防裂钢筋。

(二)配合比设计原因

1.针对一期码头混凝土坍落度过大,二期面层放弃了水上搅拌船泵送砼,改用陆上搅拌半干性砼,混凝土坍落度也有120±20mm改为50±20mm,现场采用吊车配合集料斗浇筑。

2.一期面层混凝土水灰比大,泥用量大,用水量高,二期都做了相应调整,具体见表1:

(三)材料原因

1.为保证混凝土原材料质量,二期面层加强了砼及原材料的控制。水泥出厂后放置7天,细骨料细度模数大于2.6,粗骨料粒径选用5～40mm,混凝土拌制时间规定不得少于70s,混凝土拌合物的出料温度不超过35℃。

2.调整丙纶纤维的规格和用量。由一期单方混凝土加1kg丙纶纤维,长度38mm,改为单方混凝土加0.9kg,长度缩小为12mm。

3.为加强混凝土出站质量,我们派驻专职试验员在混凝土搅拌站旁站,加大监控力度。

(四)施工原因

1.面层分块浇筑,有利于散热,减小约束。一期码头面层分仓大,浇筑间隔时间短,二期面层单个结构段横向两轨间由一期4块改为6块,纵向增加3个分块,分仓浇筑间隔时间明确规定要大于5天。

2.混凝土浇筑采用二次振捣、二次抹面技术。由振捣棒振捣改为振动梁和振捣棒联合振捣,振捣后用铝合金直尺刮平,之后用滚筒人工压实,浇筑后严格控制抹面时间,采用一次磨浆,一次机械压光,最后人工收光。以排除泌水、混凝土内部的多余水分和气泡。

3.切缝施工如不加强控制,极易引发裂缝,一期面层切缝时间无明确规定,二期面层对切缝这一环节加强了控制,切缝时间遵循“能切就切,宁早勿晚”的原则,并根据不同天气温度切缝时间作相应改变,切缝的深度控制在板厚的1/5。

4.新浇混凝土的早期养护工作对于混凝土裂缝的防治工作尤为重要,可以保证混凝土在早期尽可能少产生收缩。一期面层砼采用土工布覆盖浇水保湿养护,时间规定为14天,二期面层养护改为采用土工布与塑料薄膜相结合,养护时间延长为21天。

(五)环境原因

1.一期面层养护用水由运输船供应,现场设4只6t养护专用水桶,对于大面积面层施工,淡水不能持续供应必会影响面层砼的养护。为解决水源缺乏对混凝土持续保湿养护带来的影响,专门设置了8个10t的专用养护桶,并在1400米码头范围内布设通长输水管线,即使碰到大风天气淡水运输船不能及时供水,也能保证现场养护用水持续6天以上。

2.对于天气对面层混凝土的影响,我们加强了施工前信息的收集,尽量避免在中午高温时段浇筑,雨天不施工,尽量避开大风天气。

三、结语

经过上述多个方面的改进,洋山二期水工码头面层从2005年7月开始至2005年11月结束,码头面层裂缝得到了有效控制,观感质量相比一期有了明显提高,如下图所示:

虽然二期总体面层质量有了大的改观,但局部位置如梁顶板缝处仍出现了少数裂缝,如何在下个工程中解决这些裂缝仍然需要更进一步的持续探讨和改进。

参考文献

[1]谢湘赞.混凝土裂缝问题探讨[J].湖南农机,2008,(11).

[2]刘锦飞.新型混凝土的应用[J].建材技术与应用,2009,(1).

[3]龙兴灿.注浆技术在水泥混凝土路面改造中的应用[J].森林工程,2008,(6).

作者简介:唐科培(1981-),男,供职于德泊亭(上海)工程设计有限公司,研究方向:航道建设;林莉君,供职于上海市航道管理中心,研究方向:航道建设、物流。