东南沿海地区冬季混凝土施工表面裂纹防治

陈小卫 朱伟光 毛代红 中国水利水电第七工程局有限公司

普通混凝土指以水泥为主要胶凝材料，与水、砂、石子，必要时掺入化学外加剂和矿物掺合料，按适当比例配合，经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材。因其原材料丰富，成本低；良好的可塑性；高强度；耐久性好；可用钢筋增强等优势，在施工中得到广泛应用。

因混凝土结构本身不受拉，工程上多数情况下在混凝土结构中受拉区域增加钢筋，利用钢筋网同混凝土共同工作来改善混凝土力学性质。由于受钢材本身的易氧化的特性，故为确保钢筋混凝土的耐久性，则混凝土的抗渗性作为一项重要指标，对工程施工显得尤为重要。

《混凝土结构耐久性设计规范》中对不同环境作用等级、不同化学腐蚀环境对混凝钢筋保护层的最小厚度进行了明确。若施工过程中混凝土施工工艺不当形成的表面裂纹将直接减少钢筋保护厚度影响混凝土的抗渗性能，甚至导致钢筋直接接触腐蚀环境，大大缩减混凝土结构的使用寿命。

由我方在我国广东、福建等沿海地区在冬季进行混凝土施工时，发现混凝土结构表面多次出现的不影响结构性能和使用功能的表面裂纹，裂纹成龟裂状。经查阅施工过程记录，以及不同部位、不同区域参与混凝土施工全过程旁站，发现混凝土施工全过程如下：

混凝土浇筑前，模板内的杂物清理干净，并用水将模板湿润，再铺2～3cm与混凝土同等级的水泥砂浆，然后才开始浇筑混凝土。采用1台固定混凝土泵或溜槽输送混凝土入仓。混凝土浇筑高度大于2m时，采取以下施工方法：利用混凝土泵管或串筒直接伸入模板内下料，避免了在模板上开口入混凝土而带来的施工不便，以及影响混凝土的外观质量。下料点间距不超过1.5m，使混凝土能够自然摊平。避免堆积下料用振捣棒平仓，以免混凝土分离。分层浇筑时，分层厚度控制在50cm，振捣时振捣棒应穿越两层之间的接缝，伸入下一层约5cm，以保证层与层之间的结合。相邻两层混凝土的浇筑时间间隔不应超过2小时，确保混凝土质量符合防水混凝土浇筑的规范的要求。振捣采用加长软轴的插入式振捣器。侧墙振捣要掌握好时间，振捣时间在10～30秒，以混凝土表面呈水平不显著下沉，不出气泡，表面泛灰浆为准。振捣棒要在墙中插入，不准靠墙放置，振捣棒须与模板保持一定距离，一般为5～10cm，防止振跑模板。如纵横交错处钢筋很多、很密，在顶部无法下棒，必须从侧面入棒逐层振捣密实，每棒插点不大于25cm，保证每个棒点间混凝土能全部振捣密实。混凝土浇筑完成后，经作业人员对混凝土表面进行了两次收面后，立即采用土工布进行覆盖，并利用模板进行了满水养护，且均不少于7天。经7天后，发现混凝土结构表面存在一定数量的表面裂纹，且主要出现在混凝土顶板顶面部分。

混凝土常规情况下表面裂纹成因主要有如下成因：

塑性的沉降缝：主要原因是混凝土骨料在浇筑时，由于混凝土塌落度过大、或基础沉降导致，一般发生在混凝土浇筑3个小时以内，主要因为此时混凝土未凝结，粗骨料沉降时受钢筋阻挡所致。但本次混凝土浇筑前由试验室进行了现场塌落度测试，并进行了现场取样，坍落度满足设计要求；测量人员进行基础底板测量发现，基础未见变形沉降，混凝土结构拆模后，未在侧墙发现裂纹。故排除混凝土塑性沉降引起的裂纹。

原材料不合格引起的裂纹：主要为砂石骨料的含泥量超标，砂石级配不合格等原因，主要为混凝土在碱骨料反应中膨胀所致，主要出现在结构侧墙拉杆钢筋处，由于混凝土原材料每个批次均由试验室进行了现场取样，且有业主第三方试验检测单位同时进行了随机抽样，且混凝土裂纹主要出现在顶面，故本次亦排除原材料不合格的原因。

水化热引起的结构膨胀：混凝土浇筑后在混凝土硬化时，水泥会发生水化热，放出大量的热量，导致混凝土芯部温度不断上升，当混凝土芯部同表面温度超过20摄氏度时，主要出现在厚度大于1m的大体积混凝土表面，此时由于温差导致的混凝土膨胀不同而导致混凝土表面存在较大的拉应力，当这个拉应力大于混凝土本身的抗裂强度时，及出现混凝土表面裂纹。由于本工程中最大厚度出现在混凝土倒角部位，最大厚度仅70cm，且倒角部位顶部及顶板顶部均出现了不同程度的混凝土龟裂，故排除。

混凝土拆模过早引起混凝土表面拉裂：经项目部现场技术人员、质检人员对比现场上一仓号的混凝土表面裂纹分布情况，发现，混凝土结构侧墙，底板，顶板底面均无明显表面裂纹分布，顶板底面无裂纹则排除模板支架拆除过早造成的混凝土下挠引起混凝土拉裂；同时侧墙拉杆亦及时松开，未引起侧墙裂纹。

根据上述分析则混凝土表面裂纹产生原因仅剩余干缩裂缝一条。原因分析：经项目部人员再次全程施工旁站，并查询施工记录，混凝土浇筑完成后按照《混凝土结构施工规范》要求在混凝土初凝前和终凝前分别对混凝土表面进行抹面处理。规范中同时对混凝土养护做出了如下规定：混凝土浇筑后应及时进行保湿养护。未对具体覆盖养护时间进行明确规定。现场施工过程中多数情况下在混凝土浇筑完成后初凝前和终凝前均需对混凝土表面进行抹面处理后，立即覆盖土工布进行洒水养护。经对比，在四川等内陆地区冬季施工中按照上述规范要求进行施工抹面后进行覆盖养护很少出现混凝土表面裂纹现象。而广东福建地区即使在对表面平整度要求不高的部位仅在初凝前进行一次收面后覆盖仍存在较多表面裂纹。在不断通过同现场施工技术人员及作业人员询问后，进一步了解到混凝土浇筑顺序后，同时结合现场不同施工部位查找对比后，发现混凝土表面裂纹多数位于混凝结构顶面，且混凝土浇筑时间越早则表明裂纹越多，表明施工过程中虽然严格执行了规范规定要求，初凝前进行了覆盖养护，但应该考虑此时混凝土表面已失水，导致混凝土本身水化热引起的拉应力导致表面混凝土因失水导致强度不足而开裂。经查阅今年来广东地区气候发现，广东地区冬季因2019年旱季降雨较少的原因，导致2019年冬季部分时段空气相对湿度仅为40%～45%，加之广东地区冬季白天日照充足或者晚上受海洋影响风急干燥，导致混凝土表面失水速度急剧增大，虽然现场进行过程控制过程中虽严格按照规范要求，在4个小时内进行了混凝土收面压光，且感官上混凝土表面仍为湿润状态，但实际混凝土表面已失水，且已急剧发育为表面干缩裂纹，即使覆盖洒水养护中严格按照规范要求进行了满水养护，且水温同混凝土表面温差未超过15摄氏度，仍存在较多的混凝土表面裂纹，导致在拆模后混凝土结构的外观缺陷，虽为一般缺陷但仍影响工程主体美观。

在充分调查及分析后项目部就广东沿海地区混凝土结构表面裂纹成因已初步锁定，并在现场进行了针对性控制，主要施工采取措施如下：为减少混凝土表面失水过快，在广东沿海等地区冬季混凝土浇筑时，首先对模板表面进行了表面喷雾润湿，降低模板表面温度，对部分迎风面浇筑仓号，混凝土浇筑前利用架管在混凝土结构仓号周围搭设一个围闭结构，并利用塑料薄膜进行遮挡，遮挡高度不小于混凝土结构顶面1.5m，降低混凝土表面风速，减少混凝土水分蒸发速度；对混凝土班组增加收面人员，在混凝土浇筑完成后，应在20～30分钟后立即进行一次收面抹平，具备一个小区域立即抹平一个区域，避免全部浇筑完成后再整体收面，减少混凝土结构表面水分蒸发时间，同时根据结构的功能，同监理项目及业主沟通，对部分覆盖仓号，无外观要求段落，仅对混凝土表面进行初抹找平，不再进行二次收面，进一步减少混凝土表面暴露时间。在混凝土收面后应立即采用薄膜覆盖，收面一段立即覆盖一段，进一步减少混凝土表面水分蒸发时间。通过上述措施，在混凝土浇筑后第二个仓号浇筑完成后，由监理、业主、设计等各方单位进行的二次检查验收中，发现相同结构仓号，相邻段混凝土表面裂纹得到有效抑制，未发现混凝土顶板顶面存在裂纹。混凝土浇筑质量得到了有效的控制。

我国因国土面积大，气候复杂，导致混凝土施工规范中条文存在一定的不明确性，混凝土施工作为一项特殊工序，存在施工不可逆的特性，施工中收面养护常常受到忽略，导致混凝出现表面裂纹的质量缺陷。施工时应根据当地气候条件，选择恰当的混凝土收面和养护时间，确保混凝土工程施工质量。