于祖杰
(龍口港集團有限公司,山東 龍口 265700)
水運工程質(zhì)量通病一直以來是影響工程質(zhì)量和進度的關(guān)鍵性問題,根據(jù)對以往工程中遇到的質(zhì)量通病問題進行分析和總結(jié),結(jié)合煙臺港龍口港區(qū)27、28、29號通用泊位工程中施工過程中出現(xiàn)的問題進行剖析,針對工程的特點 ,成立質(zhì)量通病治理工作組,確定質(zhì)量通病治理重點,制定具體的質(zhì)量通病治理實施方案。重力式碼頭、堆場混凝土面層的龜裂、起砂、剝皮、露石、不規(guī)則裂縫等缺陷是混凝土普遍存在的質(zhì)量通病,不僅嚴(yán)重影響碼頭面層的觀感質(zhì)量,而且對碼頭的耐久性和使用性能也產(chǎn)生不利的影響,為此,我們制定了具體的面層混凝土表面缺陷治理方案,在煙臺港龍口港區(qū)27、28、29號通用泊位工程碼頭面層混凝土施工中得以實施,收到了滿意的效果。
龍口港區(qū)27、28、29號通用泊位程碼頭主體采用重力式沉箱結(jié)構(gòu),水工主體結(jié)構(gòu)由預(yù)制沉箱、現(xiàn)澆胸墻構(gòu)成,沉箱基礎(chǔ)為拋石基床。碼頭頂面高程4.0 m,護輪坎通常布置,頂高程4.3 m,前沿底高程-16.0 m(圖1)。碼頭采用直立岸壁形式與岸線順接、岸線總長891 m,其中碼頭岸線長769 m、直立岸壁長122 m;沉箱頂部現(xiàn)澆混凝土胸墻,其上布置系船柱、護舷、門及軌道、接電箱等設(shè)施?,F(xiàn)澆胸墻17 258 m3,胸墻寬度4.2 m,高度為3.2 m,分3層澆筑,第一層澆筑厚度為1.2 m,第二層澆筑厚度為1.5 m,面層澆筑厚度為0.5 m。面層混凝土設(shè)計強度等級為C35F250。
圖1 碼頭主體結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Scheme of the main construction of wharf
混凝土面層的龜裂亦稱塑性收縮裂縫,是在混凝土澆筑后仍處于塑性狀態(tài)時,由于水分蒸發(fā)過快而產(chǎn)生的裂縫。這類裂縫多出現(xiàn)在表面,形成網(wǎng)狀、淺而細的發(fā)絲裂縫,長短寬窄不一,方向不一,呈龜紋狀分布,肉眼可見,深度較淺,一般不超過5 mm。當(dāng)與其他不良因素疊加時裂紋可能進一步發(fā)展,但深度不超過10 mm。
混凝土表層不密實,面層松散粗糙顏色發(fā)白,稍經(jīng)磨損面層表面有松散的水泥灰泛出,用手摸時類似干水泥粉。隨著車輛行走磨損的增加,砂粒逐漸松動或有成片水泥硬殼剝落,使用一定時間后骨料外露。
露石是指混凝土面層在車輛的作用下水泥砂漿磨損或剝落產(chǎn)生的石子裸露現(xiàn)象。
混凝土面層缺陷會程度不同的給工程帶來危害,輕微的缺陷影響工程的觀感質(zhì)量,嚴(yán)重缺陷不僅影響工程的耐久性而且將造成混凝土面層或大面積結(jié)構(gòu)的損壞,影響工程的使用功能。
上述混凝土面層缺陷的形成,涉及到環(huán)境、材料、施工操作等多方面原因,主要有以下幾點:
1)水泥標(biāo)號偏低或使用過期受潮水泥,導(dǎo)致混凝土的強度特別是表層的膠結(jié)強度降低。
2)粗骨料中骨料粒徑偏小,針片狀石子含量過高,細骨料級配不良,含泥量過高。其中針片狀含量過高,細骨料級配不良將影響混凝土的彎拉強度;骨料粒徑太小,混凝土收縮率大,易引起收縮裂縫;含泥量過高,混凝土振搗時泥漿土上浮會造成表面強度降低。
1)水灰比過大。據(jù)調(diào)查,當(dāng)面層混凝土水灰比大于0.55或水泥用量偏低時,容易產(chǎn)生各種缺陷。過大的水灰比不僅降低混凝土的強度,而且增大了混凝土骨料初期表面水膜厚度,并隨著混凝土凝結(jié)泌水增大,而且混凝土在運輸過程中易出現(xiàn)分層離析,均勻度難以保證。過大的水灰比導(dǎo)致混凝土水化空隙大、孔徑粗,濕擴散系數(shù)大,經(jīng)過一定時間,盡管失水空隙仍主要是較粗空隙、內(nèi)部相對濕度大,凈濕含量較大,表現(xiàn)為混凝土長期收縮變形較大。另外混凝土在硬化過程中將產(chǎn)生一定的收縮,水灰比越大,用水量越多,混凝土自身的收縮就越大,當(dāng)收縮受到約束時,必然引起混凝土的開裂。
2)砂的細度模數(shù)偏小,砂率選擇不合適。砂的細度模數(shù)偏小,砂率偏大易產(chǎn)生起砂現(xiàn)象;砂率過小,混合料粘聚性不夠,不易振搗密實。
3)未使用合適的外加劑、聚丙烯纖維。在北方地區(qū)碼頭面層混凝土摻入引氣劑和減水劑可以提高面層的抗凍融、抗磨損能力。
施工時混凝土坍落度過大,易造成混凝土表面水泥漿上浮,形成骨架表層薄弱面,降低了表面強度。坍落度過小,混凝土的和易性差,澆筑振搗不易密實,強度無法保證。
面層混凝土澆筑施工一般采用振動梁或平板振搗器振搗的方法,當(dāng)混凝土分層厚度和振搗方法不當(dāng)時,容易產(chǎn)生局部振搗不密實、不均勻情況。如果振搗不密實,混凝土在硬化的初期將產(chǎn)生一定收縮,當(dāng)受到模板或鋼筋的約束時,就導(dǎo)致了混凝土塑性變形裂縫。如面層的周邊和角落如不采用適當(dāng)?shù)募訌娬駬v措施,容易出現(xiàn)蜂窩、氣孔或表層松散等缺陷。
面層諸多缺陷的成因都與混凝土壓面有關(guān),壓面是一個時間性很強的工作,過早達不到壓面的目的,過晚難于進行壓面,無法保證密實。特別是壓面的遍數(shù)直接關(guān)系到面層的外觀和表面收縮裂縫的消除。
混凝土澆筑完畢后表面不及時覆蓋,混凝土水分蒸發(fā)速度過快,特別是在沿海地區(qū)炎熱或大風(fēng)天氣下,混凝土表面過早失水造成急劇收縮,而此時混凝土強度又很低,使得混凝土表面出現(xiàn)干縮裂縫。同時養(yǎng)護達不到規(guī)定時間,或潮濕養(yǎng)護不充分,將會不同程度影響混凝土的水化,降低混凝土的強度。
面層的縮縫一般采用鋸切的方法。鋸切過早容易損壞縮縫的棱角;切縫太晚,混凝土內(nèi)部應(yīng)力過大,將導(dǎo)致混凝土板的開裂;切縫深度過淺,混凝土在切縫處截面的強度仍然較大,板塊應(yīng)力沒有得到釋放,在臨近切縫處易產(chǎn)生新的收縮裂縫。
為了保證本工程面層混凝土內(nèi)外質(zhì)量均到達合格的要求,我們采用有效控制手段和防治措施。對面層混凝土表面缺陷預(yù)防和治理效果建立獎罰機制,對于預(yù)防得當(dāng),未發(fā)生混凝土質(zhì)量通病或發(fā)生較少并治理有效的作業(yè)隊,在考核中給予獎勵。對于執(zhí)行不力的作業(yè)隊在考核中給予處罰,對于治理提出的合理化建議,在實施中取得較好效果的進行個人獎勵。嚴(yán)格按照本工程質(zhì)量管理制度執(zhí)行,將混凝土質(zhì)量通病防治工作落實到人,樹立精品意識,以保證項目質(zhì)量通病治理工作有序、有效進行,面層混凝土表面缺陷治理取得實效。
嚴(yán)格控制混凝土的原材料質(zhì)量,加強進場復(fù)驗,不合格的原材料不得在本工程使用,同時對粗骨料進行現(xiàn)場水洗篩分。
選擇合理的配合比,減小混凝土自身收縮。水泥用量增加,直接導(dǎo)致水泥水化熱的提高,增加了早期混凝土的熱脹,從而增加混凝土溫度下降后的冷縮。在水灰比一定的情況下,用水量對混凝土干燥收縮有很大影響,用水量較少的混凝土具有較小的干燥收縮。在用水量一定的情況下,水灰比較大的混凝土具有較小的干燥收縮。骨料對混凝土的質(zhì)量影響也較大,細骨料過多,減弱了混凝土之間的連接能力,增大裂縫產(chǎn)生的機會。根據(jù)現(xiàn)場所用原材料和攪拌、輸送等施工工藝及現(xiàn)場條件,合理選用面層混凝土的配合比是十分關(guān)鍵的。
1)嚴(yán)格控制水灰比。水灰比過大會造成混凝土在硬化過程中由于水分蒸發(fā)和膠凝體失水后引起干縮量加大。本工程面層混凝土單位體積用水量控制在165 kg/m3以下,混凝土的單位體積水泥用量宜<360 kg/m3,控制在300~360 kg/m3,且控制混凝土的水灰比,水灰比控制在0.45~0.55。
2)采用粉煤灰替代部分水泥,減少水泥用量以盡量減少混凝土水化熱所引起的混凝土溫升。
3)摻入加氣劑和減水劑,改善混凝土的技術(shù)性能,控制含氣量,確?;炷恋谋K院褪┕さ暮鸵仔?、可泵性,減少混凝土下灰、振搗后的泌水。
4)采用低坍落度混凝土,控制在30~50 mm,可避免施工中出現(xiàn)表面分層和細骨料上浮現(xiàn)象發(fā)生。
控制面層砼澆注厚度不大于500 mm,分層均勻,振搗采用φ50插入式振搗棒進行,砼振搗順序宜從近模處開始,先外后內(nèi),移動距離不大于400 mm,保證不得漏振、過振。砼振搗應(yīng)密實,不得碰撞鋼筋、預(yù)埋件、模板支撐系統(tǒng)和模板面,采用快插慢拔的方式,每個振搗點的振搗時間在15~20 s,以粗骨料不再下沉,表面不再冒氣泡為準(zhǔn)。混凝土應(yīng)隨澆筑高度的升高而分層減水;混凝土澆筑至頂層時,采用二次振搗方式,振搗完畢清除頂面的浮漿,對泌出的水分用土工布吸除,嚴(yán)禁采用干灰吸水。
混凝土振搗后先用木抹搓平,初凝前采用機械壓面抹光,次數(shù)不少于2~3遍,板塊邊緣和四角人工鐵抹壓光修平。當(dāng)混凝土達到一定硬度時,采用磨面機磨面2~3遍,再用人工抹面2遍以上。然后采用排刷進行輕微拉毛處理,要橫向拉毛,以面層不起砂為準(zhǔn),使用尺桿標(biāo)定位置,做到線直面平,拉毛時間控制原則寧早勿遲,如拉毛較早深度較大,則返工壓光再拉毛,直至符合拉毛深度要求。施工完的面層混凝土應(yīng)及時進行養(yǎng)護(用塑料薄膜、土工布覆蓋或噴灑養(yǎng)護膜等)。
摻入聚丙烯纖維可以提高混凝土的抗沖擊能力、堅韌性和延展性,減少混凝土的滲透性,可以減少混凝土的龜裂。混凝土開罐前預(yù)先將聚丙烯纖維按照1.0 kg/m3摻量分別裝入塑料袋中,混凝土攪拌時有專人在砂石料進入料斗時放入砂石料料斗內(nèi),適當(dāng)延長攪拌時間,使聚丙烯纖維能夠比較均勻地分布于混凝土中。優(yōu)點;1)使用方便、操作簡單、易控制。纖維的作用完全是物理作用,不影響水泥的化學(xué)作用,纖維與混凝土的各種元素及添加劑能混拌,使用中不需改變混凝土配合比設(shè)計方法。2)聚丙烯纖維作為一種次要加強筋,無需像金屬網(wǎng)一樣擔(dān)心其保護層厚度而可以防銹蝕、防堿,聚丙烯纖維會對混凝土在塑性及硬化階段提供最有效的自動保護。3)有良好的經(jīng)濟性。聚丙烯纖維混凝土比普通混凝土費用增加約20元/m3,相比其它的外摻材料和工藝,節(jié)約成本、提高工效。
養(yǎng)護是使混凝土正常硬化、強度增長的重要手段。養(yǎng)護到位與否對裂縫的出現(xiàn)有關(guān)鍵的影響。為此,本工程的面層采取以下綜合養(yǎng)護措施:
1)混凝土終凝后及時覆蓋塑料薄膜和土工布,防止水分過早散失。在冬期施工期間采用覆蓋塑料薄膜和毛氈保溫。
2)混凝土齡期達到1 d時,在土工布表面充分灑水,保持足夠的潮濕度,養(yǎng)護時間14 d以上,并做好養(yǎng)護記錄。
當(dāng)混凝土達到設(shè)計強度60%~70%時,根據(jù)本工程施工時的溫差,一般在混凝土澆筑后2~3 d時進行切縫,切縫時嚴(yán)格控制縫寬和深度。切縫深度25~30 mm,縫寬4 mm。切縫順序,從中間開始,后向兩側(cè)間隔切縫,切縫間距4 m左右。切縫后及時做好覆蓋,繼續(xù)進行養(yǎng)護。
本工程自2012年4月開始澆筑碼頭胸墻面層,至目前已完成30段面層澆筑,完成工作量的60%,澆筑混凝土方量約為10 000 m3。通過上述措施的實施,收到了明顯效果。經(jīng)現(xiàn)場觀察,碼頭面層混凝土沒有出現(xiàn)起砂、剝皮、露石、不規(guī)則裂縫等缺陷,混凝土的龜裂問題也得到了較好的控制。
碼頭面層混凝土表面缺陷受多因素影響,不同地區(qū)、不同時間、不同的操作方法、不同的操作人員等,均會對表面質(zhì)量產(chǎn)生不同的影響。這就需要在施工過程中根據(jù)實際情況及工程特點,編制合理的施工組織方案,采取有針對性的施工工藝并不斷優(yōu)化,從源頭抓起,過程把關(guān),嚴(yán)格控制施工工序,認真采取防治措施,采取不同的方法來減少碼頭面層混凝土表面缺陷的發(fā)生,同時必須在思想上高度重視,提高全員的質(zhì)量意識,注重細節(jié)處理,在精心施工中下足功夫,從而提高混凝土工程的內(nèi)在質(zhì)量和外觀質(zhì)量,取得滿意的效果。