泉州船厂船坞工程大体积混凝土裂缝防治

林瑞涛

摘要：大體积混凝土构件中，裂缝是一种普遍存在的现象。它的存在会降低混凝土的抗渗能力，从而引起混凝土内部钢筋的锈蚀，影响结构的耐久性及使用年限。本文以泉州船厂船坞工程为例分析了大体积混凝土裂缝形成的机理，并通过几种施工中应用的措施来探讨大体积混凝土的裂缝控制。

关键词：大体积混凝土;收缩;应力;裂缝

一、前言

本工程位于泉州市惠安县净锋镇松村一带海陆交互区域。本工程共有两个造船坞，尺寸分别为1#坞380米*80米*14.4米;2#坞420米*68米*14.65米。船坞主体主要包括船坞坞口、坞壁及下坞通道、坞室底板和减排水系统、水泵房及船坞止水系统组成.

我国《大体积混凝土施工规范》GB50496-2009里规定：混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土，称之为大体积混凝土。本工程现浇坞口底板砼、现浇坞门墩砼、水泵房底板等均已经达到规范认定大体积混凝土的标准。这些结构多位于环境比较恶劣的海水水位变动与浪溅区中。若因施工不当，产生有害裂缝，将使海水从裂缝处渗入结构内部，造成和加速钢筋锈蚀，保护层脱落、混凝土碳化等情况发生。最终严重影响结构安全以及船坞使用年限。所以大体积混凝土裂缝防治在船坞工程中尤为重要。

二、混凝土产生裂缝的机理

船坞工程大体积混凝土结构产生有害裂缝的成因非常复杂，但归结起来主要有以下几个大的方面：

首先大体积混凝土易产生裂缝是由于混凝土材料特殊的物理性质所决定的。混凝土是一种人造多孔的石材，材料特性是其抗压强度远远高于抗拉强度（抗拉强度只有抗压强度的1/10～1/13），且延伸率极小，所以容易产生裂缝。

其次混凝土中水泥在与水进行化合反应过程中会产生水化热，使混凝土体积膨胀。而大体积混凝土由于其体积较大，水化反应的热量也较大，混凝土自身的导热性又很差，热量不易散失。随着混凝土龄期的增长，混凝土外部开始转为降温阶段。此时混凝土的弹性模量也随着龄期不断提高，混凝土内部对外部降温收缩的约束也就愈来愈大，以至于在混凝土表面产生很大的拉应力。当混凝土的抗拉强度不足以抵抗这种拉应力时，混凝土便开始出现裂缝。

混凝土在空气中硬化过程体积减小的现象称为混凝土收缩。干缩就是混凝土硬化后，内部的自由水会逐渐蒸发，由多余水分的蒸发引起体积减小而产生的收缩。大体积混凝土内部和外部均存在约束。当收缩变形遇到这些混凝土的内外约束时会产生较大的拉应力。当到混凝土的抗拉强度不足以抵抗这种收缩应力时，就会产生裂缝。

三、大体积混凝土防裂措施

针对大体积混凝土产生裂缝的这几点原因，现场采取了提高大体积混凝土的抗裂能力、减小大体积混凝土内外“温差”、减缓混凝土硬化过程中的干燥收缩、减小外部约束等措施进行大体积混凝土裂缝的控制，取得了较好的效果。

3.1提高混凝土结构的抗裂能力

3.1.1.优先原材料、优化配合比

现场选用经检测安定性合格的硅酸盐水泥做为胶凝材料，同时做好水泥的保存工作，防止其受潮;在使用过程中以“先进先用，后进后用”为原则，尽量不让水泥在罐体中存放超过3个月。选用由新鲜花岗岩非活性粗骨料，同时通过检测鉴定骨料满足线膨胀系数小、弹性模量较低、无弱包裹层、级配良好等要求，粗骨料的含泥量控制在1%以下。细骨料选用中砂，其含泥量控制在砂2%以下。通过优选原材料、优化配合比，现场拌制的混凝土，和易性较好，从而保证混凝土的韧性及抗拉强度。

3.1.2.对混凝土进行收缩补偿

现场主要采用在混凝土中掺入微膨胀剂、纤维等措施对混凝土进行补偿收缩。

1、由于坞口底板宽度分别为87米和99米，若一次浇筑则体量庞大，故现场将坞口底板分为4块，设置3处闭合块，待底板砼浇筑完成后6周后采用掺入微膨胀剂的混凝土进行闭合。掺入微膨胀剂的混凝土在硬化过程中会产生体积膨胀现象，使其内部产生压应力，从而补偿收缩变形，抵消硬化收缩过程中产生的拉应力，从而避免了新旧混凝土之间的裂缝。

2、水泵房流道层是船坞排水通道，其受海水冲刷作用大，抗渗等级要求高，故防裂要求也相对较高。而纤维的抗拉强度大、延伸率大，掺入纤维使混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击强度及延伸率和韧性得以提高。本工程综合现场实际情况选用聚丙烯纤维对混凝土进行收缩补偿，取得了良好的效果。

3.2降低混凝土内外“温差”

3.2.1降低混凝土水化热

由于混凝土的热量主要来自水泥水的水化热，因此现场选用低水化热的硅酸盐水泥。外加剂选用point400高效缓凝型减水剂，掺合料选用Ⅱ级F类粉煤灰，超量系数为1.6。掺入的外加剂和掺合料减少了每立方米混凝土中的水泥用量，达到了降低水化热的目的;高效缓凝型减水剂还减缓硬化速度，更利于散热。

现场在坞口底板、坞门墩、下坞通道等大体积混凝土施工过程中掺入规格为150～300mm的坚硬大块石。掺加大块石减少了混凝土总用量，降低了水化热，而且石块本身也吸收了热量，使水化热能进一步降低。

现场对坞门墩、坞口底板等大体积混凝土采取分层、分块浇灌，这样可减少单次混凝土的浇筑方量，降低单次水化热量，又可加速散热，降低内外温差，避免温差应力引起的裂缝。

3.2.2降低混凝土入模温度

由于现场所在的斗尾港夏季较为炎热，极端气温甚至在37℃以上，所以现场浇筑大体积混凝土时已考虑气温因素尽量避开炎热天气以及高温时段浇筑。对现场骨料进行遮阳、洒水等降温措施。搅拌站蓄水池加盖盖板，防止日晒，甚至在个别炎热天气采取冰水搅拌等措施。在运输及浇筑过程还对混凝土罐车进行洒水降温，从而降低了混凝土拌和物的入模温度。

3.2.3控制混凝土的內外温差

在坞口底板和水泵房底板浇筑成型后现场采用热敏温度计在构件内外分布埋设进行温度监测，以随时掌握与控制混凝土内外的温度变化。现场通过“降温井”来对混凝土内部进行降温。在混凝土硬化后，向井中注入冷水，通过对井中的冷水循环来降低内部热量。外部采取覆盖保湿措施，使混凝土的内外温差控制在25℃以内。并通过延长养护时间等，最终始构件应力应变趋于稳定，从而防止裂缝产生。

3.3减缓混凝土干缩的影响

现场在配合比设计阶段就考虑在在满足混凝土工作性能的情况下，通过掺入point400高效缓凝型减水剂来减少拌合水用量，从而减少混凝土内部游离水的含量。

坞口底板和水泵房底板在浇筑成型后表面都出现了“泌水”现象。表面泌水在蒸发的过程中会使混凝土表面产生干缩裂缝。因此现场施工人员在旁站过程中及时将混凝土的泌水进行排除，且在排除泌水后对混凝土进行二次抹面，从而将表面软弱浮浆清除和之前产生的表面裂缝消除。

现场在坞口底板、水泵房底板在混凝土浇筑初凝后即进行洒水湿润养护。各构件用淡水浸湿的土工布覆盖并包塑料布进行保湿养护21天，避免了由于早期养护措施不到位，导致混凝土产生早期脱水，而引起的裂缝。

3.4降低外部约束的影响

1、针对拟建船坞坞口软弱覆盖层较厚，其地基承载力差的地质情况。现场将地基超挖至中风化持力层，开挖后尽快用C30块石混凝土进行换填，防止地基被水浸泡，从而提高地基承载力，避免了因地基承载力不足而出现沉降裂缝。

2、针对拟建船坞坞尾方向有基岩直接裸露的地质情况。现场先对基岩进行施工垫层平整，然后在垫层上铺沥青油毡来减小约束，最后在其上浇筑主体，从而避免了由于外部约束引起的收缩裂缝。

四、结语

从泉州船厂1#、2#船坞工程大体积混凝土的裂缝防治过程来看，大体积混凝土容易产生裂缝，且产生裂缝的诱因复杂，其并非单独起作用，而往往是相互叠加共同起作用。所以大体积混凝土裂缝的防治必须综合分析，多种措施结合方可达到效果。现场通过对大体积混凝土成型过程中人、原材料及配合比、施工工艺、外部环境等因素的综合把握，较好的防止了船坞工程大体积混凝土裂缝的发展。

参考文献：

[1]乔树军.大体积混凝土裂缝控制措施探讨.《中小企业管理与科技》2009

[2]《水运工程大体积混凝土温度裂缝控制技术规程》（JTS202-1-2010）

[3]《大体积混凝土施工规范》GB50496-2009

[4]泉州船厂修船区一期工程1#、2#船坞工程施工组织设计