杭州灣大橋濕接頭裂縫控制-QC成果

1、攻堅克難，提高濕接頭外觀質(zhì)量二航局杭州灣跨海大橋濕接頭裂紋攻關(guān)QC小組一、工程概況杭州灣大橋是目前世界上最長的跨海特大公路橋梁，是國道主干同三線跨越杭州灣的最便捷通道，工程北起海鹽縣的鄭家埭村，南至慈溪市水路灣，海上橋梁全長31.5公里。合同工程的濕接頭是連接預(yù)制墩身及現(xiàn)澆承臺的C40海工混凝土結(jié)構(gòu)物，共有474個，其典型尺寸為7.85m×4.2m×1.2m（長×寬×高），屬于大體積混凝土。濕接頭處于水位變動區(qū)，其四周表面呈1：6的內(nèi)傾角度。濕接頭、承臺、墩身三者混凝土齡期相差甚遠，濕接頭內(nèi)有一預(yù)制的墩身支架，因而濕接頭在凝固過程受到復(fù)雜的約束，極容易出

2、現(xiàn)裂紋。二、小組基本概況本小組成立于2004年10月，主要任務(wù)是對濕接頭裂縫問題進行攻關(guān)，本小組由施工經(jīng)驗豐富、理論知識扎實、管理協(xié)調(diào)能力突出的人員組成，見表一。 QC小組成員情況及分工表 表一小組名稱二航局杭州灣跨海大橋濕接頭裂紋攻關(guān)小組注冊號2005（）01成立時間2004 年 10 月活動時間2004.102006.10活動次數(shù)1 6次培訓(xùn)學(xué)習(xí)國內(nèi)專家來講學(xué)小組宗旨攻克濕接頭裂紋關(guān)，保證大橋百年壽命課題名稱攻堅克難，提高濕接頭外觀質(zhì)量序號組內(nèi) 職務(wù)姓名性別年齡學(xué)歷職稱職務(wù)接受TQC教育時間（）顧問汪德隆男本科教授級高工局副總工項目總工顧問秦體達男本科高工常務(wù) 副經(jīng)理組長阮周安男本科高工質(zhì)

3、檢部長副組長鄧安華男本科工程師工程部長組員鄭海濤男本科工程師工段長組員蘇海文男專科助工試驗主管組員趙九海男本科助工施工員組員田玉林男中專助工試驗員制表人：姚愛娜制表時間：2006-11-15三、選題理由：濕接頭是起固接預(yù)制墩身與承臺的后澆結(jié)構(gòu)物，極易出現(xiàn)裂縫。目前，國內(nèi)尚無有效方法來控制其裂縫產(chǎn)生，加上本工程海工混凝土的特點，其裂紋產(chǎn)生原因更復(fù)雜，更值得研究攻關(guān)，如果取得理論與工藝的突破，將對我國的工程設(shè)計與施工產(chǎn)生深遠影響。攻堅克難，提高濕接頭外觀質(zhì)量二航局企業(yè)精神：爭科技領(lǐng)先，創(chuàng)管理一流業(yè)主合同條款要求：創(chuàng)國優(yōu)工程魯班獎項目部質(zhì)量目標：濕接頭無裂縫比例80%四、現(xiàn)狀調(diào)查2004年10月12

4、日2005年3月2日澆筑的第一批濕接頭60個，其外觀質(zhì)量問題具體見下表。 活動前濕接頭裂縫情況統(tǒng)計表 表一序號部位裂縫數(shù)目裂縫寬度(mm)氣泡情況砂線情況1C83上60.04較輕較輕2C83下60.04較輕較輕3C82上60.06較輕較輕4C81下80.03較輕較輕5C81上80.05較輕較輕6C80上80.05較輕較輕7C80下80.04明顯較輕8C79上60.05較輕較輕9C79下60.04較輕較輕10C78上80.04較輕明顯11C78下60.04明顯較輕12C82下60.06較輕較輕13C69下50.06較輕較輕14C69上40.05較輕較輕15C68上20.03較輕明顯16C68下2

5、0.06較輕較輕17C42上30.04較輕較輕18C42下50.05較輕較輕19C41下40.03明顯較輕20C41上60.05較輕較輕21C39上60.03較輕較輕22C39下80.03較輕較輕23C38下20.03較輕較輕24C38上60.03較輕較輕25C37上40.03較輕較輕26C37下20.04較輕較輕27C44上40.03較輕較輕28C44下0/較輕較輕29C45上0/較輕較輕30C45下20.03明顯較輕31C33上20.07較輕較輕32C33下20.08較輕較輕33C32上30.05較輕較輕34C32下30.06較輕較輕35C31上30.05較輕較輕36C31下20.07較輕

6、較輕37C30上60.06較輕較輕38C30下60.03較輕較輕39C26上20.03較輕較輕40C26下20.04較輕較輕41C27上0/較輕較輕42C27下50.06較輕較輕43C25上0/較輕較輕44C25下30.05較輕較輕45C24上50.04較輕較輕46C24下40.04較輕較輕47C28下40.05較輕較輕48C28上50.04較輕明顯49C29下40.05較輕較輕50C29上30.04較輕較輕51C35上0/較輕較輕52C35下50.04較輕較輕53C36上10.04較輕較輕54C36下20.04較輕較輕55C23上0/明顯較輕56C23下0/較輕較輕57C84下10.02較輕

7、較輕58C84上0/較輕較輕59C85上0/較輕較輕60C85下0/較輕較輕統(tǒng)計人：阮周安 統(tǒng)計時間：2006-11-10根據(jù)上表可見，表面氣泡、砂線等問題不多，但是，裂紋比較普遍，僅有9個濕接頭未出現(xiàn)裂縫，裂縫發(fā)生率達85%。裂縫發(fā)生在兩個長邊側(cè)面，不對稱，每個長邊側(cè)面有23條，裂縫較重的濕接頭，其裂縫數(shù)目5條，我們按照有裂縫，裂縫較重、氣泡、砂線及其他問題（如麻面、漏漿）五種外觀質(zhì)量進行分類統(tǒng)計，按照百分比計算統(tǒng)計結(jié)果如下表：濕接頭外觀質(zhì)量問題統(tǒng)計表 表二序號外觀質(zhì)量問題出現(xiàn)個數(shù)批量總數(shù)比例（%）備注1有裂縫51608523條裂縫2裂縫較重246040裂縫5條或以上3氣泡5608明顯者4砂

8、線3605長30cm以上5他問題1602麻面、漏漿等統(tǒng)計人：阮周安 統(tǒng)計時間：2006-11-10本階段濕接頭表面的質(zhì)量問題由上表統(tǒng)計結(jié)果得出：裂縫85%，表面氣泡8%，出現(xiàn)砂線者占5%，其它如麻面漏漿等占2%，極少，具體比例見下列柱狀排列圖。 未開展QC前濕接頭外觀問題柱狀圖 圖1圖：姚愛娜 制圖時間：2006.11.16未開展QC攻關(guān)活動前，典型的濕接頭外觀狀況如下，見照片1：照片1（未開展QC前）由此可以看出，裂縫是濕接頭最主要的外觀質(zhì)量問題，相對于海上環(huán)境，裂縫還直接關(guān)系到濕接頭壽命，業(yè)主、監(jiān)理提出了加強科學(xué)研究，攻克濕接頭裂縫問題的要求。五、確定濕接頭裂縫控制目標及可行性的討論1、目

9、標的確定： 在第一階段施工的濕接頭中：C44下、45上、27上、25上、35上、23上、下、84上、85上、下共10個濕接頭無裂縫，大部分表面無明顯氣泡和砂線。經(jīng)大橋?qū)＜医M及相關(guān)人員到現(xiàn)場調(diào)查研究，對各種因素進行詳盡對比分析。QC小組后經(jīng)過討論后，認為我們具備控制濕接頭裂縫發(fā)生的技術(shù)力量，可以將裂縫發(fā)生頻率控制在一定范圍之內(nèi)，經(jīng)過多方溝通，一致確定本次QC活動的目標如下：濕接頭的裂縫發(fā)生率控制在20%以下，無明顯氣泡和砂線。（見下圖） QC小組活動目標圖 圖285% 20% 制圖：阮周安 2006-11-16 2、目標可行性研究在本工程，聚集了大批的國內(nèi)優(yōu)秀專家學(xué)者，在技術(shù)理論方面具有相當(dāng)優(yōu)勢

10、控制裂縫發(fā)生率在20%以內(nèi)的目標是可以實現(xiàn)的！國內(nèi)有針對裂縫的新材料、可積極試驗、探索合適的工藝對于混凝土配比，尚有較大的優(yōu)化空間六、原因分析針對濕接頭裂縫，我們從原材的化學(xué)、物理性質(zhì)開始到混凝土拌制、澆筑及養(yǎng)護等環(huán)節(jié)進行調(diào)研，QC小組邀請兄弟施工單位、監(jiān)理、指揮部有關(guān)專家及國內(nèi)著名的裂縫專家王鐵夢召開了濕接頭裂縫研討會，從理論上進一步探討國內(nèi)裂縫專家王鐵夢教授全面介紹了裂縫的產(chǎn)生機理及防治措施，并特別針對我部的各項防裂措施作了細致入微的理論分析，分析出影響裂縫的原因如下。 濕接頭裂縫產(chǎn)生原因分析圖 圖3墩身支座與濕接頭混凝土的彈性模量不一致支座支腿及聯(lián)系梁產(chǎn)生復(fù)雜約束力水分不足，導(dǎo)致砼干縮開

11、裂表層混凝土抗收縮能力較低濕接頭的保護層過厚澆水養(yǎng)護不夠砼內(nèi)部溫差>25，溫度應(yīng)力>砼抗拉強度產(chǎn)生裂縫海工砼配合比不合理多種外加劑相互作用，引發(fā)負面影響海風(fēng)頻急，表層砼散熱嚴重養(yǎng)護措施不足，頂口水分散失砼入模溫度過高攪拌機計量不準，導(dǎo)致砼塌落度超標水泥本身收縮徐變未消除水泥用量大，水化熱高，溫升幅度大操作員在澆筑過程有不規(guī)范行為砼凝固過程收縮模板設(shè)計不合理 由以上的分析可見，影響裂縫發(fā)生的末端因素有7條。七、要因確定對第一階段分析總結(jié)出的7條末端因素，QC小組全體人員經(jīng)過分析討論及現(xiàn)場調(diào)查，確定了影響裂縫產(chǎn)生主要原因，詳見表三。要 因 確 認 表 表三 序號主要原因末 端 原 因確

12、認方法結(jié)論1操作人員不熟練澆筑過程有不規(guī)范行為現(xiàn)場調(diào)查否2砼凝固過程收縮水泥本身徐變現(xiàn)場測試、查質(zhì)保單否3海工砼配合比不夠合理砼內(nèi)部溫差>25，溫度應(yīng)力>砼抗拉強度現(xiàn)場測試及驗證是4模板設(shè)計不合理5海風(fēng)頻急，濕接頭表層散熱嚴重6混凝土入模溫度過高7墩身支座與濕接頭混凝土的彈性模量不一致支座支腿及聯(lián)系梁產(chǎn)生復(fù)雜約束力現(xiàn)場取樣測試比較是8保護層過厚表層混凝土抗收縮能力較低現(xiàn)場測量是9養(yǎng)護措施不足，頂口水分散失水分不足，導(dǎo)致砼干縮開裂現(xiàn)場調(diào)查、查閱科技文獻是10多種外加劑相互作用，引發(fā)負面影響11砼塌落度超標攪拌機計量不準現(xiàn)場調(diào)查否制表：阮周安 制表時間：2006.11.18根據(jù)上表分析

13、可知，影響濕接頭出現(xiàn)裂縫的末端要因歸結(jié)為8條：要因1、砼內(nèi)部溫差>25，溫度應(yīng)力>砼抗拉強度要因2、支座支腿及聯(lián)系梁產(chǎn)生復(fù)雜約束力要因3、導(dǎo)致表層混凝土抗收縮能力較低要因4、水分不足，導(dǎo)致砼干縮開裂八、制定對策針對找出的6條主要原因，QC小組制定了系列對策，詳見表四。 要 因 對 策 表 表四序號要 因?qū)Σ吣繕舜胧嵤?地點負責(zé)人完成時間1砼內(nèi)部溫差>25，溫度應(yīng)力>砼抗拉強優(yōu)化配合比，降低膠材中的水泥比例在水化熱峰值期間，濕接頭內(nèi)部不超55減少水泥用量，增加礦粉比例，并監(jiān)測內(nèi)部溫度。在混凝土中加入水化熱降低劑混凝土配合比蘇海文2005.5.10改造濕接頭模板，避免凝固

14、過程散失熱量使?jié)窠宇^模板具有保溫功能將鋼模做成雙層空腔結(jié)構(gòu)，在空腔內(nèi)注滿泡沫濕接頭模板鄭海濤2005.5.10消除海風(fēng)的影響阻隔熱量從頂口散失在模板頂口覆蓋土工布濕接頭養(yǎng)護鄭海濤2005.4.10降低攪拌用水溫度使入模溫度不高于30投入水冷式冷卻機，在氣溫高于30時啟用濕接頭澆筑田玉林2005.4.102支座支腿及聯(lián)系梁產(chǎn)生復(fù)雜約束力減少墩身支座與濕接頭混凝土性質(zhì)差異降低墩身支座對濕接頭的約束墩身支座用濕接頭配合比墩身支座所有表面進行鑿毛預(yù)制場阮周安2005.3.203表層混凝土抗收縮能力較低增加表層混凝土的抗拉強度使混凝土的抗拉能力達到10MPa以上在保護層內(nèi)增設(shè)防裂網(wǎng)片（50×5

15、0網(wǎng)眼），網(wǎng)片的保護層為30在濕接頭混凝土中加入高強纖維頂口覆蓋濕潤土工布，定期灑水濕接頭混凝土趙九海蘇海文2005.4.204水分不足，導(dǎo)致砼干縮開裂取消膨脹劑消除膨脹劑的奪水影響調(diào)整混凝土配合比混凝土配合比蘇海文2005.4 20制表：阮周安 制表時間：2006.11.18九、要因?qū)Σ叽胧┑膶嵭校▽嵤Σ撸?、針對砼內(nèi)部溫差>25，溫度應(yīng)力>砼抗拉強度的問題調(diào)整混凝土配合比，加入水化熱降低劑，投入水冷式冷卻機：a試驗人員在原有基礎(chǔ)上，調(diào)整膠材中組成，降低水泥的用量，增加礦粉及粉煤灰用量。試驗人員共做了三組優(yōu)化配合比，最后決定使用如下表的配合比。優(yōu)化后濕接頭配合比 表五水泥砂粉煤

16、灰礦粉減水劑阻銹劑水塌落度（cm）備注142779182814.868.11341016（表中為每立方米混凝土中各種材料重量，單位：kg）b當(dāng)氣溫超過30時 ，在混凝土中加入水化熱降低劑。水化熱降低劑是新型的科技材料，它可以有效降低混凝土在凝固過程所產(chǎn)生的熱量，與普通混凝土相比，水化熱可以降低35%。C在“起重6#”攪拌船上增設(shè)一臺水冷式冷卻機，當(dāng)氣溫超過30時啟用水冷式冷卻機可以使攪拌用水的溫度保持在68，夏季高溫時，有效確?；炷寥肽囟仍?8以下。采取以上措施后，混凝土內(nèi)部氣溫見下圖： 三種狀況下混凝土內(nèi)部溫度曲線 圖4 67 70 6058未優(yōu)化配比溫度曲線 5049優(yōu)化配合比的溫度曲

17、線 40使用冷卻機及水化熱降低劑的溫度曲線 30 20混凝土齡期(小時) 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 制圖：姚愛娜 日期2006。11。22實施效果：濕接頭內(nèi)部溫度從67°降到49°左右，效果明顯。濕接頭模板改造春季，海水溫度僅10左右，而濕接頭內(nèi)部最高溫度在50C以上，溫差達到40，經(jīng)測量，表層混凝土與內(nèi)部溫差達32，QC小組經(jīng)過討論，在鋼模外側(cè)加焊鋼板，形成雙層模板結(jié)構(gòu)，并將兩層之間的空腔，在現(xiàn)場灌注液態(tài)泡沫，使模板具隔熱功能，有效防止模板內(nèi)混凝土的熱量向海水傳遞。實施效果：從2005年5月20日第一批使用雙層保溫模板的

18、濕接頭的混凝土溫差從39降為為16，效果良好。對于海風(fēng)影響的消除QC小組根據(jù)現(xiàn)場實際情況，并考慮頂口保溫問題，決定在混凝土初凝后，在頂口覆蓋一層無紡?fù)凉げ迹⑿?0深的水，然后在模板頂口再包裹一層土工布，形成一個相對封閉的空間，避免海風(fēng)吹襲頂口混凝土。當(dāng)氣溫低于4時，則將蓄水改為噴涂一層普通型養(yǎng)護液，頂口依然用土工布包裹嚴密，并在外部用白熾燈對頂口加熱，避免凍壞表層混凝土。實施效果：根據(jù)拆模情況看，頂部外觀質(zhì)量較理想。2、針對墩身支座對濕接頭內(nèi)部產(chǎn)生復(fù)雜約束力的問題墩身支座為必須輔助物，采用其它材質(zhì)則有彈性模量有較大差異的問題，影響更為不利。因而，只能降低墩身支座所產(chǎn)生的不利影響方面考慮。將支

19、座混凝土的配比改為濕接頭配合比（原為墩身混凝土配合比）將支座所有表面進行鑿毛，增加其與濕接頭混凝土的綜合利用將支座的豎向支柱的棱角切割掉，使其成為不等邊菱形，避免棱角產(chǎn)生集中應(yīng)力。實施效果：由于內(nèi)部約束力難以測量，只能在理論上認為該措施有效。3、針對濕接頭保護層過厚，抗收縮開裂能力差的問題本工程因設(shè)計使用壽命為100年，各種結(jié)構(gòu)物的保護層均在7.5以上，這對表層混凝土的抗裂極為不利。目前，建筑行業(yè)的最新科研成果，有一種高強聚丙烯網(wǎng)狀纖維，加入混凝土攪拌均勻后，變成長25，寬1，原約0.02纖維條，可是混凝土的抗拉能力增至12MPa以上。可有效抵抗混凝土的收縮應(yīng)力，我們決定在濕接頭中使用該種新材

20、料。對于混凝土表層裂紋，增加鋼筋網(wǎng)片也是抵擋收縮開裂的有效措施。 實施效果：濕接頭裂縫明顯減少4、對于水分不足，導(dǎo)致砼干縮開裂的問題我們已經(jīng)從科學(xué)文獻中證實，膨脹劑的作用機理為吸納混凝土中的水分子結(jié)合成復(fù)合分子晶體，達到膨脹目的，而混凝土凝固過程也需與水分子結(jié)合成復(fù)合分子，容易導(dǎo)致混凝土中水份不足，引起干裂。對海工混凝土裂縫的發(fā)生有加劇的影響，對控制裂縫不利，因此重新設(shè)計配合比，取消混凝土中的膨脹劑成分。實施效果：濕接頭裂縫明顯減少十、效果檢查根據(jù)2005年5月10日至6月30日所澆筑的濕接頭的裂縫統(tǒng)計結(jié)構(gòu)看，裂縫發(fā)生率為82.2%，典型裂縫條數(shù)由5條降到2條，寬度由0.06降至0.02，裂縫

21、平均長度由76降至41，該次QC取得明顯效果。具體裂縫情況見表六。QC活動后裂縫情況統(tǒng)計表 表六序號部位裂縫 數(shù)目寬度(mm)序號部位裂縫 數(shù)目寬度(mm)序號部位裂縫 數(shù)目寬度(mm)1C86上0/31E65上10.0261E53下3/2C86下0/32E65下0/62E54上30.023C87上0/33E66上0/63E54下2/4C87下0/34E66下0/64E55上10.025C89下0/35E67上70.0365E55下30.026C89上0/36E67下0/66E56上0/7C88上0/37E72上0/67E56下10.028C88下0/38E72下0/68E57上0/9C106

22、上0/39E73上0/69E57下0/10C106下0/40E73下0/70E58上0/11C105下0/41E74上0/71E58下0/12C105上0/42E74下10.0272E59上0/13C104上0/43E75上0/73E59下0/14C104下0/44E75下0/74E60下0/15C103上0/45E76上0/75E60上0/16C103下0/46E76下0/76C40下0/17C95上0/47C40上0/77C34上0/18C95下0/48E47上10.0278C34下10.0419C94上0/49E47下2/79E61上0/20C94下0/50E48上30.0280E61下

23、0/21C96上0/51E48下20.0281E62上0/22C96下0/52E49上3/82E62下0/23C97上0/53E49下30.0383E71上0/24C97下0/54E50上0/84E71下0/25C98上0/55E50下0/85E70上10.0226C98下0/56E51上10.0286E70下0/27E63上0/57E51下1/87E68上0/28E63下0/58E52上4/88E68下0/29E64上0/59E52下10.0289E69上20.0230E64下0/60E53上2/90E69下2/制表人：姚愛娜 制表日期：2006-11-20根據(jù)上表統(tǒng)計，開展QC活動后，無裂縫的比例為82.2%，本階段澆筑的濕接頭，裂縫發(fā)生比例大幅下降，裂縫長度、寬度均明顯改觀，氣泡、砂線也較少，各種缺陷的柱狀圖圖如下,見圖2 開展QC活動后濕接頭外