海工混凝土裂縫及其防治

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　　海工混凝土裂縫及其防治海工混凝土建筑物的裂縫是最常見的一種病害，這些裂縫往往是結(jié)構(gòu)物承載能力，耐久性及防水性能降低的主要原因?；炷恋牧芽p是由于混凝土內(nèi)部應(yīng)力作用和外部荷載作用，以及溫差變化等因素作用下形成的。一般橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，裂縫寬度小于或等于0.05mm的那部分，對使用沒多大危害，可允許其存在。但大于0.05mm的裂縫，終究會影響結(jié)構(gòu)物的耐久性，并且有些裂縫在使用荷載或外界物理、化學(xué)因素的作用下，不斷擴展，不但影響混凝土表面的美觀、減小鋼筋的混凝土保護層厚度、而且易引發(fā)混凝土面層剝落、加速鋼筋的銹蝕、降低混凝土的抗凍性及耐久性、嚴(yán)重時甚至發(fā)生垮塌事故，所以必須加以控制 [1].

　　近年來大量裂縫的出現(xiàn)，并非與荷載作用有直接關(guān)系，而是由于變形所引起，包括溫度變形（水泥的水化熱、氣溫變化、環(huán)境產(chǎn)生的熱）、收縮變形（塑性收縮、干燥收縮、碳化收縮）及地基不均勻沉降（膨脹）變形。由于這些變形受到約束引起的應(yīng)力超過混昆凝土的抗拉強度而導(dǎo)致的裂縫統(tǒng)稱“變形作用引起的裂縫” [2].

　　產(chǎn)生裂縫的工程實例：

　　黃河小浪底水利樞紐工程在小浪底孔板（導(dǎo)流）洞閘室以下洞身段、排沙洞明流段、明流洞和溢洪道C70高標(biāo)號硅粉混凝土施工過程中，混凝土都有不同程度的裂縫出現(xiàn)，裂縫寬度一般在0.4-0.8mm，最大寬度2mm，裂縫平均長度4m，摻加粉煤灰25％-40％盡量減少水泥用量，降低混凝土水化熱溫升，提高混凝土的后期強度及抗裂能力 [3].

　　恰甫其海水利樞紐工程用當(dāng)?shù)?2.5普通硅酸鹽水泥摻I級粉煤灰與優(yōu)質(zhì)外加劑配制的大流動度高性能混凝土；用當(dāng)?shù)?2.5硅酸鹽水泥與硅粉、粉煤灰并摻入膨脹劑、高效減水劑配制的大流動度、高強、高密實性、微膨脹補償收縮混凝土。2000年已竣工的527m 導(dǎo)流洞與正在澆筑的300m沖砂洞發(fā)現(xiàn)二條長3m左右的微細(xì)裂縫；底板抗磨層C60高強混凝土發(fā)現(xiàn)若干條微細(xì)裂縫 [4].

　　法國的五座大壩發(fā)生了混凝土膨脹并由此引起大壩壩體變形和內(nèi)部應(yīng)力等問題，表現(xiàn)在壩體的升高、壩體自上游向下游或自下游向上游方向的位移和一些典型裂縫的形成，這些裂縫的特點表現(xiàn)在于其生成過程的緩慢性和漸進性 [5].

　　研究與應(yīng)用：

　　裂縫出現(xiàn)后，就要對其進行修補，不但增加成本，而且對建筑物的耐久性產(chǎn)生影響，所以在保證基礎(chǔ)工程設(shè)計所規(guī)定強度、耐久性等要求和滿足施工工藝要求的前提下，應(yīng)符合合理使用材料，減少水泥用量和降低混凝土的絕熱溫升的原則。使混凝土不產(chǎn)生裂縫，減少裂縫的另一個重要措施，就是在混凝土中摻人外加劑，它可以使混凝土提高密實程度，有效地提高混凝土抗碳化性，減少碳化收縮；另外它還可以增加混凝土的和易性，在表面形成微膜，減少水分蒸發(fā)，減少干燥收縮。如果摻加了減水防裂劑，在保證強度的前提下，可以減少混凝土中水泥用量的15％；另外，還可以改善水泥漿的稠度，減少泌水、沉縮變形。摻人減水劑后混凝土緩凝時間加長，有效地防止水泥迅速水化放熱，避免了水泥長期不凝固帶來的塑性收縮。

　　目前，國內(nèi)外有關(guān)增強海工混凝土抗裂性的研究已取得一些成果，并且應(yīng)用于工程實踐。

　　地處深圳東海岸的福華德電廠和廣東LNG天然氣接收站工程，均為海工工程，有的部位甚至在浪濺區(qū)，福華德電廠還采用海水作為冷卻塔的循環(huán)冷卻水，在全國還是首創(chuàng)，因此，要求配制高性能海工砼。摻合料使用了大摻量粉煤灰和硅粉的混凝土應(yīng)用于該海工工程，供應(yīng)混凝土2萬多立方時，仍未出現(xiàn)任何混凝土裂縫 [6].

　　大連“虎灘樂灘樂園水下世界”海工混凝土，經(jīng)10年多海水浸泡和潮漲潮落的考驗，混凝土表層不脫落、不裂、不滲、不漏，耐久性很好。結(jié)合工程程實例，作者研究了引氣劑、膨脹劑、緩凝減水劑三者對混凝土耐久性的影響。結(jié)果表明：采用三種外加劑配制的混凝土具有優(yōu)良的抗凍融、抗?jié)B和抗裂性能，滿足混凝土建筑物耐久性要求，為海工混凝土的配合比設(shè)計以及耐久性能研究提供了新的途徑和應(yīng)用經(jīng)驗 [7].

　　杭州灣跨海大橋Ⅷ合同項目部科技人員聯(lián)合公司內(nèi)的橋梁科學(xué)研究院，研制出了C50海工耐久混凝土，在混凝土抗裂、抗腐蝕性能研究方面取得重大突破。而二次張拉法的成功運用，最終解決了混凝土箱梁的裂縫問題.截止7月15日，已預(yù)制的51片70米箱梁無一產(chǎn)生明顯裂縫 [8].

　　當(dāng)混凝土暴露在海水或防凍鹽里的氯離子時，鋼筋就會被腐蝕。根據(jù)Herholdt 等人的觀點，腐蝕產(chǎn)物可以是最初的鋼量的6倍，從而產(chǎn)生足夠的壓力使混凝土開裂。Mehta和Gerwick研究了穿過舊金山海灣的San Mateo橋由高性能混凝土制作的橋梁的腐蝕損害。橋梁暴露在海水中17年后，蒸汽處理的梁由于腐蝕損壞必須進行修補。這篇文章敘述了對于混凝土的混合料配合比最優(yōu)化設(shè)計，使其能夠進行18小時的蒸汽養(yǎng)護 [9].

　　在混凝土中摻加丙乙烯纖維對暴露于氯離子的鋼筋混凝土的腐蝕有兩方面的影響。首先，通過減輕混凝土的開裂，推遲了被腐蝕的開始時間，可以在“典型”環(huán)境中生產(chǎn)出均勻的品質(zhì)良好的混凝土。使用PFRC的第二個優(yōu)點最為重要，即一旦腐蝕開始，它可以控制腐蝕速度或使其減弱.普通混凝土受氧化鐵內(nèi)張力的影響容易產(chǎn)生裂縫，同樣，利用PFRC控制裂縫和控制裂縫擴展的現(xiàn)象也被證實。當(dāng)腐蝕的副產(chǎn)品在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生張力時，使用具有此種性能的混凝土非常必要 [10].

　　為了延長州際大橋橋板的服務(wù)壽命，美國俄亥俄州交通局實行了材料評估計劃，用鋼纖維作為細(xì)骨料的候選者，摻加到微硅粉中來修飾混凝土，并且可增大超塑密度。研究發(fā)現(xiàn)，在混凝土中加入分散的鋼纖維能夠顯著減少早期裂縫的形成和擴散 [11].

　　專利：

　　上海市建筑科學(xué)研究院2003年3月19日公開了CN1403400A高性能海工混凝土專用摻合料，以多元凝膠材料的相互疊加效應(yīng)理論為指導(dǎo)，將礦渣微粉，粉煤灰，硅灰等工業(yè)活性外摻原料首次以合適的配比，通過混磨配制而成，該專用摻合料在混凝土的應(yīng)用中表明，摻合有摻合料的混凝土的力學(xué)性能可與等凝膠材料用量的普通波特蘭水泥混凝土相當(dāng)，而且其和易性和耐久性都有大的提高 [12].

　　北京城建集團總公司混凝土分公司1998年9月16日公開了 CN1193662一種高性能混凝土的配制方法及施工技術(shù)，以硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥為主要成分，加入外加劑和8-30％的鈣鋁硅復(fù)合摻合料，其外加劑是含有保塑劑的復(fù)合減水劑或復(fù)合防凍劑，還加入8-15％的膨脹劑，強度等級達到C80—C120，密實性好，可避免混凝土表面裂縫，流動性好，可大規(guī)模泵送施工.較C40強度的混凝土自重減輕40％，造價降低16％；特別適用于大跨度鐵路、公路橋梁，以及高層建筑的梁柱等 [13].

　　美國2002年8月15日公開了WO02/062719高彈性的混凝土材料，其成分包括：一種彈性聚合物，它的數(shù)量足以使最終的材料具有彈性；一種硅酯增加彈性聚合物和水泥之間的粘合力；具有低收縮和膨脹系數(shù)的水泥；填充物和水處理水泥，以及配制混凝土材料。這種材料還可以用來修補混凝土表面的裂縫 [14].