码头大体积混凝土裂缝控制技术

刘华源 中交四航局第二工程有限公司

1.工程概况

卡塔尔多哈新港码头建设于MASAEED工业城，混凝土施工在工程中的占比较大，包含预制方块、基底垫层、底层方块、防波堤等多个部分。其中预制方块总数为34844块，混凝土总施工量约142×104m3。各细分施工项目中，以方块C8的尺寸最大，达到1.75m×1.975m×11.6m；此外，码头底层方块厚度明显较大，达到1.7m，具有大体积混凝土施工量大、难度高的特点。

2.码头大体积混凝土裂缝概述

2.1 特点

大体积混凝土是相对而言的概念，从水运工程的角度来看，指的是在胶凝材料发生水化作用下将产生裂缝，或是结构物实体最小几何尺寸达到1m及其以上的各类型混凝土。有所不同的是，大体积混凝土具有如下特点：（1）波浪、潮汐的影响较大，不利于水上施工作业；（2）单个结构体积偏大，需分层完成浇筑作业，散热难度高，易形成明显的内外部温差；（3）配筋差异化，结构外面配筋密度大，相比之下内部配筋数量较少，不利于养护作业。

2.2 裂缝成因

大体积出现裂缝的成因错综复杂，主要有：

（1）内外温差偏大。基于水泥的物理特性，在水化热作用下伴随大规模的放热现象，但混凝土体积较大，聚集在内部的温度难以在短时间内散发，表面温度由于自然因素的作用在短时间内散温，从而形成内外温度梯度，伴有较明显的温度应力，若该值明显偏大，例如超出混凝土可承受的拉力时，将形成不同程度的裂缝。

（2）内部收缩。完成混凝土浇筑后，将伴有较明显的水化作用以及水分蒸发现象，使混凝土含水量明显降低，内部收缩时存在多种形式的约束，且作用部位各不相同，从而形成混凝土裂缝。

（3）均匀性差。混凝土是由多种物料按照特定的配比而形成的混合物，如原材料的质量、工艺方法等均会对整体性能造成不良影响，若某个环节控制不到位，将导致物料的分布缺乏均匀性，大体积混凝土各处的拉应力存在差异，在均匀性欠佳的区域易产生裂缝。

（4）养护不善。大体积混凝土的规格较大，通常采取分层浇筑的方式，但预埋钢筋数量较多，且大量分布在构件表面，难以保证整个构件都维持潮湿养护的状态，在干湿交替的区域易产生裂缝。

3.码头大体积混凝土裂缝控制技术

多哈新港码头所在地为典型的热带沙漠气候，具有高温干燥的特点，夏季温度可达50℃以上，大体积混凝土施工中易受到高温环境的影响，产生大量塑性裂纹等。对此，要从项目的实际特点出发，加强对混凝土温度的控制，以合理的方式维持混凝土内外部温度的均衡性，从而确保施工质量。

3.1 原材料温度监测

在缺乏降温措施时，各类拌和所用的原材料易受到现场高温环境的影响，且生产所得的混凝土出机温度控制难度较大。对此，要准确掌握原材料的温度特性，将温度控制在合理范围内。而对于混凝土原材料的温度检测，主要考虑的是骨料、胶凝材料以及拌合水，相比之下又以前两者尤为关键。

骨料温度监测：（1）挑选合适型号的温度传感器，重点在于安装好探头，此部分必须在骨料表层下1m处，此外还要布设数据采集仪，基本原则在于仪器可维持稳定状态，不会受到风、雨以及施工作业产生的干扰。（2）根据现场情况设定合适的测量频率，正常情况下每间隔1～2h便要执行一次，及时收集当天的数据并完整记录，以所得数据为依据，确定合适的施工时间。

胶凝材料温度监测：（1）以各环节施工作业正常推进为基本前提，选择合适型号的温度传感器并将其置于胶凝材料灌体内，调整好该传感器的位置，必须在罐体中轴线上且要与罐底保持1m的间距。（2）安装采集仪，依然不可受到风、雨以及施工作业的干扰，每间隔1～2h便要监测一次，及时收集当天的数据并完整记录。

3.2 混凝土温度监测

胶凝材料伴有较明显的水化反应，期间温度上升明显，考虑到混凝土几何中心处温度最高的特点，将该处作为温度控制对象较为合适。当然，混凝土表面以及环境的温度都要得到有效的监测，以便明确混凝土内外部温差以及表层与环境的温差情况，再针对两项指标采取控制措施，有效避免混凝土裂缝。

多哈新港工程使用到大量预制方块，其混凝土体积相对较大，因此必须将温度监测工作落实到位。首先，做好方块中心及现场环境的温度监测工作，保证混凝土早期性能，以免出现早期塑性裂缝现象；其次，做好对方块中心及表层两部分的温度监测工作，根据所得结果确定混凝土内部温差情况，作为温度控制的辅助参数。

3.3 混凝土温度控制

根据施工规范要求，混凝土施工中的入模温度应≤30℃，并且要控制好任意两点的温差，要求该值≤20℃，结束浇筑后混凝土将进入到硬化阶段，期间中心温度应≤65℃，若上述某个环节的温度控制不到位，均会发生裂缝。因此，要采取预冷和养护措施，以免混凝土温度过高的现象。

（1）冷却水池的设置。混凝土生产作业使用的是冷却水，要求其温度以5℃为宜。为给施工作业提供充足的用水支持，应在地下建设冷却水池，在其顶面设置聚苯泡沫板（15cm厚），保证水温可维持在相对较低的区间内。

（2）冷却水的温度控制。考虑到计算便捷性的要求，应参照设备所能达到的最低温度，尽可能使冷却水温度与之保持一致，通常为5℃。

（3）多哈新港码头建设使用的是425号水泥，施工中应严格控制好混凝土内部温度，该处的最大温度值可按照如下式（1）求得：

式（1）中，mc—水泥用量，170kg/m3；k—矿渣粉水化热影响折减系数，取0.8；F—矿渣粉用量，170kg/m3；Q—水泥28d水化热，377kJ/kg；C—混凝土比热，取0.96；ρ—混凝土质量密度，取2400kg/m3。

以上述所提出的公式为准，经计算分析后得知，以预冷水泥、砂石等为原材料，掺入适量冷却水的方式可有效控制混凝土的温度，内部温度可稳定在相对较低的状态，具有可行性。

（4）其它措施。大体积混凝土施工量较大，为在短时间内降低混凝土入模温度，一方面要做好水泥、砂石等材料的温度控制工作，另一方面则要调整好浇筑时间，在条件允许时尽可能安排在夜间浇筑，此时温度相对较低，可避免阳光直射、温度过大的现象，相比于日间浇筑而言混凝土入模温度相对较低。并且，加强对运输搅拌车罐体的防护，于该处紧密裹上聚乙烯隔热板，形成隔绝作用，减小外界温度对混凝土的影响，使混凝土温度维持在合理区间内。

3.4 温度监测设备

创建完善的监测系统有助于及时掌握混凝土的温度情况，获得可靠的数据，该系统应包含温度传感器、采集仪、传感器等相关装置。监测结果的准确性与及时性是系统的首要追求目标，要求其具有运行稳定性、环境适应性的工作特性，可在高温的环境中维持正常工作状态。

本项目中，传感器选择的是较为主流的电阻式温度传感器，有2种不同的型号和规格。型号JRT-1的传感器尺寸为φ10×55mm，其测温范围在-50℃～+110℃之间，测温精度为±0.1℃、±0.3℃、±0.5℃；型号JRT-2的传感器尺寸为φ10×40mm，其接线方式分二线制和四线制，绝缘电阻＞50MΩ。

4.结束语

码头大体积混凝土施工中的温度控制至关重要，在温度不合理的情况下易导致混凝土形成裂缝。对此，可创建温度监测系统，以便及时掌握温度情况，采取多重降温措施，确保各环节的温度都可稳定在合理范围内。总体来看，本文所提的裂缝控制技术具有可行性，传统方式下裂缝大范围产生的问题得到有效的解决，混凝土的综合性能较好，有助于维持建筑物的耐久性。