探讨港口与航道工程大体积混凝土施工裂缝控制
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摘要：大体积混凝土施工裂缝问题是港口与航道工程施工中的一个最常见的质量缺陷，受各方面因素的影响，施工裂缝问题不能得到有效的解决，甚至成了制约港口和航道工程大体积混凝土质量的关键因素。本文针对港口与航道工程大体积混凝土施工裂缝问题，结合笔者多年的工作经验。着重对混凝土裂缝问题的成因及控制措施进行了探讨。
前言
近些年来，随着全球经济一体化和航运业结构的调整，以及生产要素的大范围跨地区流通和国际贸易的高速发展，港口可以说是对外开放的主要口岸和综合交通运输体系中的主要枢纽，其在区域经济和地方经济的龙头带动作用日益受到重视。伴随着港口与航道项目的蓬勃发展，大体积混凝土被广泛的应用在港口与航道工程施工中。而在混凝土施工中，混凝土出现裂缝是一个普遍的现象，港口与航道工程因其在经济发展中的重要地位，应尽量避免其大体积混凝土裂缝问题的出现。
一、港口与航道工程大体积混凝土施工裂缝的概述
1、大体积混凝土的含义
所谓的大体积混凝土，我国《TGT55-2000普通混凝土配合比设计规程》中把大体积混凝土定义为为：混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于1m，或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土。其他国家对与大体积混凝土的定义也有很大的差别，不过通过分析这些定义可以得出，大体积混凝土的定义并不是按其绝对截面的尺寸大小，应该理解为混凝土是否会产生水化热导致的温度收缩应力，然而截面尺寸的大小也会影响水化热的产生。现今广泛地认为基础底板的混凝土尺寸大小不低于600mm；或架空板的结构尺寸不低于800mm；混凝土中最高水化热温度与外界气温的温差不低于25摄氏度的混凝土为大体积混凝土。
2、港口与航道工程大体积混凝土的特点
港口与航道工程的施工会长期受到环境水的影响，因此，其工程建设中所使用的大体积混凝土也不同于一般的混凝土。大体积混凝土的结构端面需要大量的混凝土材料，且体积较大；港口与航道工程的混凝土浇筑不同于一般的建筑工程混凝土浇筑方法，需要分缝分量多量地进行混凝土浇筑，通过这种方法来减少单次混凝土浇筑使用量，进而提高大体积混凝土的浇筑质量和效率；外界温度会对混凝土内部结构的变化产生不同程度的影响，特别是混凝土内外有较大的温度差异，这会大大增加混凝土养护的难度，一般要用冷水冲刷混凝土表面以降低其温度，减小内外的温差，从而达到混个凝土养护的目的；而且，港口与航道工程的大体积混凝土内部大多以构造筋加固，便于其抗渗性、抗腐蚀等性能的提高。
二、导致港口与航道工程大体积混凝土施工裂缝产生的原因
港口与航道工程大体积混凝土内会因各种因素的影响产生裂缝，按其深度不同有三种不同的裂缝，即贯穿裂缝、深层裂缝和表面裂缝。按其成因分可归纳为两种：一是结构型裂缝，这种裂缝的产生是由外部载荷（包括结构主应力和次应力）作用引起的，也可称作受力裂缝；第二种就是材料型裂缝，非受力的变形会引起大体积混凝土内部结构的变化，超过其承载能力就会有裂缝产生，这类非受力变形主要是温度应力和混凝土收缩等多种因素综合作用。本文着重分析材料型裂缝的形成原因。
1、温度引起的材料型裂缝
混凝土内外温度差是造成这种温度裂缝的主要原因，温差的变化主要集中在三个时期，即混凝土浇筑初期、拆模前后及混凝土内部温度达到最高的时期。在混凝土浇筑的初期，各物质反应会产生大量的水化热，而混凝土的导热性不好，不能及时把热量散发出去，导致热量在混凝土内部集聚，温度上升，到大大高于混凝土外部的温度时就会形成很大的温差，进而会引起混凝土内部的膨胀变形大于外部的变形，这时在混凝土表面会产生较大的拉应力，而且拉应力会很快超过混凝土初期的抗拉强度，达到一定程度时就会有裂缝的产生；而在拆模的前后，混凝土表面的温度会急速下降，这种温度的骤降会产生内外温差，从而导致混凝土开裂；浇筑后的混凝土内部热量会快速集聚，达到最高值后会逐渐消散直至到最低温度，这种温度从最高到最低的变化会引起内部的温差，将使混凝土的内部产生较大的拉应力，如若产生的拉应力大到超过混凝土的抗拉强度，混凝土的内部就会产生温度裂缝。这三种引起裂缝中主要是由水化热量变化引起的内外温差，形成温度应力导致的混凝土开裂。温度应力引起的混凝土裂缝也有两种类型：（1）如混凝土内部温度非线性分布，而外部边界也没有任何约束或者完全静止的结构，混凝土结构会因自身的相互约束而出现温度应力。（2）当混凝土结构的全部或者部分的边界受到外界约束时，结构自身的变形会受到约束，从而产生温度应力。
2、收缩引起的材料型裂缝
收缩的类型有很多种，像我们常见的有干燥收缩、自身收缩、及塑性收缩等等。干燥收缩就是混凝土硬化后，若其存在的外部环境干燥，混凝土内部的水分就会蒸发，不断地向外散发，混凝土就会因失去水分而发生由外向内的收缩变形，造成裂缝；塑性收缩的过程是当大体积混凝土泌水量小于水分蒸发量时，混凝土表面就会产生塑性收缩。而且若采用活性大的水泥或外界温度较高、水灰较低，混凝土表面的收缩变形会加剧，引起混凝土开裂。处于塑性状态的混凝土在受到外力作用时，表面会发生不均匀地开裂，裂缝出现以后，水分的散发速度会大大提高，进而产生的裂缝会进一步扩大。而自身收缩不同于温度或应力引起的收缩变形，它是混凝土自身水化引起的变化反应，并且与水泥矿物成分和集料弹性模量有关。
温度和收缩是引起混凝土开裂的两个主要因素，除这两个以外还有其他因素，像外部荷载变化和化学反应等都会引起混凝土开裂。大体积混凝土在未成型前，如若受到外部荷载的作用，或者混凝土内部的物质相互反应引起内部体积增大，结构改变，也会产生混凝土裂缝。
三、港口与航道工程大体积混凝土施工裂缝的控制措施
港口与航道工程大体积混凝土施工裂缝的控制要遵守“预防为主，治理为辅”的原则，认真分析混凝土施工裂缝的形成原因，并结合实际情况，制定科学有效的裂缝控制措施，减少裂缝的出现，最大程度地确保港口与航道工程的施工质量。
1、控制原料配比。合理的原料配比能提高混凝土的性能，保证混凝土的质量。所以，在实际的施工过程中，有关的技术人员要考虑港口与航道工程施工的实际情况，按相关的标准制定原料的配比，并落实到实际的施工过程中，做好控制施工裂缝的第一步。
2、控制施工温度。混凝土施工温度要全过程的控制，从最初的浇筑到最后的混凝土成型，采取有效的措施控制温度升高和温度变化速率，缩小混凝土内部与外界环境的温差，避免裂缝的产生。
3、改善约束条件。施工中要尽量采用预应力构件以抵消混凝土内大部分的应力，使钢筋和混凝土的作用得到最大程度的发挥，减少裂缝。大体积混凝土浇筑时要分层或分块进行，通过布置合理的施工缝达到释放约束的目的。还可预留温度伸缩缝或缩短相邻部位混凝土浇筑的时间等手段降低约束作用。因此，合理的施工可有效地避免施工裂缝，并且还要积极探索新的施工工艺，尽可能地改善约束条件。
4、加强养护力度。养护是为了保持适宜的温湿条件，避免不利的温湿变形，防止有害的收缩，从而保证大体积混凝土的施工质量，以减少施工裂缝的出现概率。
结束语
总结得出，导致大体积混凝土开裂的原因有很多方面，这就要求相关的工作人员必须提高重视程度，根据实际的情况，制定相应的控制方案，从而保证港口与航道工程大体积混凝土施工的质量。