方块码头胸墙混凝土的渗裂防治

2010-02-12王志强胡克飞王杰李维超

中国港湾建设 2010年6期

王志强，胡克飞，王杰，李维超

（1.山海关船舶重工有限责任公司，河北山海关 066206；2.北京海鑫工程监理公司，北京 100024）

重力式码头胸墙多属空腔、超长结构，工程交工使用后，胸墙较多开裂漏水，给生产使用带来不便，为解决这一国内通性难题，在山船重工方块码头项目中采取了一系列防裂措施，取得了突出效果。

1 工程概况

山船重工方块码头全长208 m，系实心方块式码头。水上基槽开挖，抛石基床厚度1 m，抛石基床水上夯实后，混凝土方块及卸荷板分层摆放于抛石基床上，胸墙沿码头全长布置于卸荷板上，胸墙内设有通行双廊道，胸墙顶上设有350 kN系船柱、橡胶护舷、公用地沟及门机轨道一根。胸墙的断面尺寸为高3.0 m，宽3.9 m，底标高+0.5 m，胸墙结构分段长度24 m。

2 渗裂产生原因

1）收缩裂缝。混凝土收缩可引起收缩裂缝。收缩的主要影响因素是混凝土中的用水量和水泥用量，用水量和水泥用量越高，混凝土的收缩就越大。选用水泥品种不同，干缩、收缩量也不同。混凝土逐渐散热和硬化过程引起的收缩，会产生很大的收缩应力，如果超过混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土中产生收缩裂缝。由于胸墙廊道混凝土结构分段长度24 m，需整体浇筑成型，属于超长钢筋混凝土结构，混凝土设计要求抗冻抗渗，水泥用量大，混凝土自身的收缩大，很容易造成裂缝。

2）不均匀沉降裂缝。胸墙廊道混凝土结构分段长度24 m，胸墙廊道下墙身为方块结构，方块尺寸为6 m×3.7 m×3 m，分层置于抛石基床上，抛石基床不密实，各方块容易产生不均匀沉降，也易造成混凝土开裂。

3）混凝土自身微观裂缝。混凝土本身也并不密实，它在微观上是多组分、多相、多孔的堆聚结构。宏观上普通混凝土是水泥、砂、石子和水组成的复合材料，因此它的力学性能主要取决于水泥的性能、粗细骨料（砂子和石子）的性能及水泥与骨料之间黏结能力和它们的体积含量。根据水灰比和水泥水化程度的不同，混凝土中存在水泥凝胶、毛细管孔腔、成型时残留的气泡和残余未水化的水泥核心。水泥水化时生成的水泥凝胶，不足以堵塞原来的毛细管道，在混凝土中还存在连通的毛细管通道，使混凝土的抗渗性能大大降低。混凝土的另一特性是在空气中结硬时失水干缩和碳化收缩产生微裂缝。混凝土在硬化后，普通混凝土干缩值一般为0.04%～0.06%，普通混凝土的孔隙率一般不少于8%～10%。

3 渗裂防治措施

为达到抗渗防裂的设计要求，综合分析了可能引起混凝土开裂的各项因素，把工作重点放在减小混凝土自身的收缩应力，提高混凝土自身的抗裂性能，加强基床夯实，减少混凝土方块不均匀沉降上。

3.1 严格控制基床夯实

本工程地质条件较好，基槽设计开挖到强风化岩，实际工程开挖土质为花岗岩强风化岩体，承载力50 t/m2以上。基床整平夯实是控制不均匀沉降的关键。在基床夯实施工时采用旁站监督制度，先行试夯，确定相邻夯次的平均沉降差在30 mm以内时的夯击遍数，采用纵横向相邻一夯压半夯工艺，严格控制夯击能和夯击遍数，确保基床夯击密实。

3.2 严格选择原材料

选用浅野牌P.O 42.5普通硅酸盐水泥，水泥用量315 kg/m3。控制砂石含泥量和石粉含量在规范规定之内，砂率可控制在36%，比正常值偏低2%～3%，因为砂率减小，含气量也趋于减少，可减少不必要的孔隙，提高抗渗性能。

3.3 使用外掺料

混凝土配合比中掺入活性矿物质粉煤灰，取代15%水泥，以减少混凝土初凝后水化热的释放，改善混凝土的和易性，缩小水泥浆中的孔隙，提高混凝土的后期强度及抗渗能力。

3.4 降低水灰比

缓凝型减水剂——木质素磺酸钙是表面活性剂，基本作用是降低水的表面张力或水泥颗粒间的界面张力，使水泥颗粒间易于湿润，相应减少用水量。用水量减少有效地减少了混凝土的收缩，减少了因水分大量蒸发使混凝土内部造成的孔隙。缓凝作用使混凝土的水化热慢慢释放，避免热量的集中释放造成混凝土内外温差过大而开裂。

3.5 加入引气剂

为达到改变混凝土孔结构的目的，在混凝土中加入松香热聚物引气剂，加入量为水泥用量的0.004%。引气剂的加入，使混凝土产生细小均匀的微气泡，并在硬化后仍能保留气泡。松香热聚物是一种憎水性表面活性剂，在混凝土中具有起泡、分散、湿润等表面活性作用，形成无数分散的独立气泡，尺寸一般在1 mm以下，在含气量5%的1 m3混凝土中，直径50～100 μm的气泡约有200亿个以上，可降低混凝土的泌水性和水泥浆的离析现象。因为不贯通的微气泡相互独立，犹如滚珠轴承，大大改善了混凝土的和易性。使用引气剂后，抗渗水压力随气泡含量的增大而提高，但超过一定限度，抗渗水压力反而会降低，因此混凝土搅拌时要严格控制松香热聚物的掺入量。

3.6 采用补偿收缩混凝土

所谓补偿收缩，就是限制混凝土膨胀，补偿其收缩。补偿收缩混凝土实际上是在普通混凝土中加入膨胀剂，使混凝土适度膨胀，混凝土中钢筋对其膨胀产生限制作用，致使钢筋本身也随混凝土一起膨胀，产生拉应力，此时混凝土就相应产生压应力。本工程掺入的是锦州东电水泥厂生产的FN-M型膨胀剂。掺入方法为内掺法，掺量控制在水泥用量的10%～12%。该产品产生的限制膨胀率为0.02%～0.05%，在混凝土中建立的预压应力为0.2～0.7 MPa，能够抵消导致混凝土开裂的全部或大部分应力，使混凝土的抗拉强度大幅度提高，从而防止和减少了裂缝的出现，提高了混凝土的防水和抗渗性能。

3.7 严格施工控制，保证混凝土的拌合物质量

严格施工报验制度，未经验收合格不允许进行下步工序施工。严格检查核对钢筋型号、根数及位置，严格检查模板支设的刚度、稳定性及断面尺寸，检查模板内的清理情况，认真核对预埋件及预留孔位置，保证混凝土浇筑前，模板内干净湿润且无积水。接茬部位严格检查止水带有无破损，清理是否干净。接茬混凝土垂直缝在新混凝土浇筑前刷一层水泥浆，水平缝铺一层厚度为10～30 mm的水泥砂浆。水泥净浆与水泥砂浆的水灰比应小于混凝土的水灰比。浇筑混凝土时，旁站监理混凝土浇筑的全过程，防止混凝土产生离析，加强振捣，防止漏振与过振产生，有效监督组织施工，防止混凝土出现冷缝。混凝土浇筑至顶部时，采用二次振捣及二次抹面，如有泌水现象，及时排除。浇筑混凝土时，后方搅拌场地要控制计量精度，严格按规范要求进行砂石含水率、含泥量检测，及时调整单方用水量，并随时跟踪检测混凝土坍落度，保证混凝土质量的稳定，为混凝土自身抗渗防裂提供保证。