码头混凝土面层龟裂的原因分析及控制措施
崔 东（上海东华建设管理有限公司， 上海 200231）
摘 要： 阐述了塑性收缩变形、干燥收缩变形、温度收缩变形是码头混凝土产生龟裂的主要原因，分析了水泥品种、混凝土砂石料中的杂质含量、混凝土的水灰比、混凝土的振捣方式、抹面的时机、养护条件以及气候条件对混凝土收缩的影响，提出了码头现浇面层龟裂的防治措施。解决混凝土面层龟裂问题，不仅能提高港口码头的观感质量，而且还能增强港口的耐久性。
关键词： 码头；混凝土；龟裂控制；施工要点
0 引 言
改革开放以来，我国的港口建设取得了巨大的成就。进入 21 世纪以后，我国的集装箱吞吐量和港口货物吞吐量多年蝉联世界第一。海港工程为国民经济的发展起了重要作用。海港码头所处的环境要比河港码头恶劣得多，海港工程建设的一项重要任务就是要提高海港码头的质量和增强海港码头的耐久性。近年来，随着涂层钢筋、高性能混凝土等新材料和硅烷浸渍、阴极保护等新技术的不断推广和应用，海港码头的桩基、梁系等结构的耐久性以及抗腐蚀性得到了很大的改善。与此同时，泵送混凝土的推广使用更加大了码头面层龟裂现象的发生概率。
码头混凝土面层的龟裂一般较浅且细，不影响使用，常常不被人重视。但值得注意的是，在混凝土碳化收缩和常年高湿海风环境对钢筋锈蚀的双重作用下，也会使面层龟裂这种表面裂缝发展成为更严重的裂缝，从而影响到面层的耐久性和承载能力。因此，提高码头现浇混凝土面层质量，治理码头现浇面层龟裂问题就十分必要。
1 原因分析
通过在上海洋山港区、南通狼山港区、南京龙潭港区等数十个在建或已建码头的实地考察，了解到码头混凝土面层龟裂的总体情况如下：
（1）混凝土面层强度越高、坍落度越大，龟裂情况越严重；
为提高施工技术水平，除了做好前期勘察工作和施工技术的规范，还应注重提高管理人员的素质。在民用建筑施工过程中，应提高施工人员的素质和专业技能，以确保其更好地掌握施工操作规范。例如，可通过岗前培训的方式，提高施工人员的素质。另外，为进一步提高相关人员的素质，还可通过人才引进等方式，壮大人才队伍，以提高施工技术人员的施工水平和施工质量。最后，还应加大关于民用建筑施工安全的宣传，以促使现场施工作业人员更加注重施工安全，并不断提高自身的安全意识水平，以为施工质量奠定思想基础。
（2）采用龟裂控制措施的码头面层龟裂情况优于未采取任何措施的工程；
（3）同一工程、同样的施工工艺，各段面层的龟裂情况可能不一致；
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（4）同样的龟裂控制措施用在不同的工程中会产生不同的效果。
分析上述情况，可以推断，产生混凝土面层龟裂的原因可分为内因和外因。
码头面层的厚度小于 1 m，不属于大体积混凝土的范畴，但不容忽视的是，热胀冷缩造成混凝土降温阶段产生收缩变形应力，与失水干缩变形同时发生，在这两种应力共同作用下，码头往往容易产生面层龟裂。
内因是指混凝土材料在硬化过程中固有的收缩特性，在混凝土面层整体作用下，混凝土面层不同部分都会受到不同大小和不同形式的约束。混凝土在收缩变形和约束的共同作用下，其内部会产生内应力。当内应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就会出现裂缝。
外因是指在施工工程中由于混凝土的原材料及配合比，混凝土的拌制、浇筑、养护、环境等多方面因素的变化，加剧或减缓了裂缝的发生。根据上述考察情况以及查阅相关施工资料，笔者认为，产生混凝土龟裂的内因和外因主要有以下几个方面。
1.1 内 因
1.1.1 塑性收缩变形
塑性收缩是新拌混凝土失水引起的收缩。这种失水是由表面脱水引起的。新拌混凝土颗粒之间的空间完全充满水，在高风速、低相对湿度、高的混凝土温度等因素的作用下，水从浆体向表面移动，从表面脱水，这时产生毛细管负压力；随着失水增加，毛细管负压逐渐增大，产生收缩力，使浆体产生收缩。当收缩力大于基体的抗拉强度时，就会使表面产生开裂。试验结果表明，混凝土早期塑性收缩最大速率发生在浇筑后 1 h～4 h，此后收缩平缓。塑性收缩裂缝经常发生在混凝土板或现浇面层上，一般长度为 0.2 m～2 m，宽度为 1 mm～5 mm，从外观分为无规则网络状，深度一般为 3 cm～10 cm。
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1.1.2 干燥收缩变形
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干燥收缩的主要原因是水分在混凝土硬化后较长时间产生的水分蒸发引起的。由于集料的干燥收缩很小，因此混凝土的干燥收缩主要是由水泥浆干燥收缩造成的。水泥浆干燥收缩的理论依据包括毛细管张力、表面吸附和夹层水等理论。无论哪种理论，都把干燥收缩变形的原因归结为水分蒸发。混凝土的水分蒸发和干燥过程是由外向内、由表及里地逐渐展开的。由于混凝土蒸发和干燥非常缓慢，产生干燥收缩裂缝多数在 1 个月以上，有时甚至 1 a，而且裂缝产生在表层很浅的位置，裂缝细微，有时呈平行线状或网状。
瓦尔拉莫夫《傻瓜》中的成年礼原型 ……………………………………………………………… 赵婷廷（1．79）
1.1.3 温度收缩变形
（3）为了满足泵送要求，往往考虑增加含砂率，坍落度也控制在 12 cm～14 cm 之间，在满足水灰比要求的情况下，造成水泥用量大增。同时混凝土的拌和、投料计量、砂石料含水量测试不当等因素造成坍落度不稳定和水灰比变化。根据测试，混凝土的浆体越大，则水灰比越大，砂率越大，收缩也越大。这也是泵送混凝土推广后混凝土面层龟裂情况严重的主要因素。
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1.2 外 因
（1）混凝土砂石料中杂质（含泥量、有机质等）含量，骨料级配情况、砂的模度系数等因素影响混凝土的收缩率。一般情况下，骨料粒径越大、浆骨比就越小，可变形空间就越小，收缩也就越小；骨料中含泥量越大，则收缩越大。
（2）水泥品种对收缩率也有一定的影响，如矿渣水泥收缩比普通水泥收缩大，矿渣水泥及粉煤灰水泥的水化热比普通水泥低。
水泥在水化过程中产生大量的热量，每克水泥约放出50.2 卡的热量，从而使混凝土内部温度升高。在大体积混凝土浇筑时，通常可升温 35℃，若施工规范规定的最高浇筑温度为 28℃，则可使混凝土内部温度达到 60℃ 以上。由于混凝土内部与表面的散热条件不同，导致从表面向中心形成温度递增梯度，继而造成温度应力。当这种温度应力超过混凝土的内外约束力(包括混凝土抗拉强度)时，就会产生裂缝。一般认为，混凝土的内外温差超过 25℃，极易产生温度裂缝，一般大体积混凝土在浇筑 2 d～3 d 达到温度最大值，持续一段时间后逐渐下降。这种裂缝出现在混凝土浇筑后的 3 d～5 d，初期出现的裂缝很细，随着时间的推移而继续扩大，甚至达到贯穿的情况。
（4）混凝土振捣不规范，造成振捣不足或过度以及浇筑过程中用振捣棒拖拉混凝土等情况，造成混凝土不均匀，表层收缩率增加，产生龟裂。
（3）外加剂。采用高效减水剂、引气剂等，可有效减少水的用量、增加混凝土的和易性和流动性，既达到泵送要求又较好控制收缩率。
（5）抹面的时机掌控不准确和抹面遍数未达到施工要求，造成未能及时修复因塑性变形而产生的微小裂缝，并使泌水孔道不能及时封闭，从而增加以后的收缩变形。
（6）混凝土养护期内的养护方法、养护次数、养护时间以及气候因素的变化造成混凝土表层失水过多、过早，导致水泥没有充分水化，继而产生较大的干缩变形。实验证明，养护条件对混凝土的收缩影响很大，养护 14 d 的收缩比养护 3 d 的收缩降低约 20%。
（7）当处于气候变化如大风、高温、雨淋、温差过大等情况下，施工的面层也容易产生龟裂。
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2 码头现浇面层龟裂的防治措施
2.1 混凝土原材料的选择
（1）选用优良的骨料。混凝土的收缩主要是水泥浆的收缩引起的，而骨料（砂、石）起限制作用。石子在满足泵送的条件下尽量选择应选择含粒径大、级配良好、针片状含量小的碎石，砂应选择模度系数大于 2.5、含泥量和有机质含量低的优质河沙，以达到减少混凝土收缩率的目的。
7套真题，其波特一致性系数都明显低于相应的95%水平的参考值，说明真题中数学学科知识题与考试大纲内容标准之间不存在统计学意义上的显著一致性.但自2014年之后，波特一致性系数相对提高，侧面说明改革正朝着积极的方向前进.
（2）水泥。不同种类的水泥的收缩值、早期强度、水化热等特征都相同，在现浇码头混凝土面层施工中应选择普通。硅酸盐水泥具有水泥干缩值较小、早期强度较高的特点，能有效抵御失水引起的收缩裂缝。至于水化热的问题，因码头面层的散热条件较好，使得温度对混凝土变形的影响较小。
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2.2 增加泵送混凝土的抗裂性能
为了满足泵送要求，通常泵送混凝土的收缩率都比较大，无论配合比如何优化，也大于低坍落度的混凝土；而大部分码头工程更适合采用泵送混凝土。因此，增加泵送混凝土的抗裂性能是解决码头混凝土面层龟裂问题的重要方法。
混凝土中添加聚丙烯纤维网比较适合水工码头面层的施工。不过，有些工程采用聚丙烯纤维网抗裂并未达到理想效果，究其原因，主要是由聚丙烯纤维分布不均匀和坍落度控制不当造成的。聚丙烯纤维网必须与粗细骨料同时加入，且干拌时间不应小于 60 s，这样才能保证聚丙烯纤维分布均匀。另外，聚丙烯纤维网对混凝土的拉结作用极大地影响了混凝土的坍落度，但这对混凝土的泵送性能影响不大，因而泵送混凝土的坍落度应按不加聚丙烯纤维的同条件配合比的实测数据进行控制。
2.3 改善施工工艺
（1）控制混凝土坍落度。泵送混凝土塌落度设计要求一般是 12 cm～14 cm，施工过程中应严格控制。坍落度的增加不仅会增加混凝土的收缩率，而且还会使得混凝土在振捣后出现水泥浆或砂浆上浮、石子下沉的分离现象。码头混凝土面层要求钢筋保护层都要达到 5 cm～7 cm，再加上磨耗层造成混凝土表层深度约 10 cm 左右的混凝土处于无筋状态。坍落度过大所造成的分离现象必然会加剧表层的龟裂程度。坍落度按下线控制，能有效控制这种分离现象的发生。
（2）混凝土下灰后必须由人工铲平，以保证面层混凝土分布均匀。在铲平前不要振捣，严禁用振捣棒拖拉混凝土，从而造成砂浆聚集，影响混凝土的均布。
（3）面层混凝土浇筑采用平板式振捣器振捣。使用平板振捣器的最佳拖行速度必须由试验测定，既要保证密实，又不能过振，由此造成粗骨料过于下沉和砂浆上浮的情况。梁顶部位采用振捣棒振捣，插拔间距要均匀和全面，不留死角。同时，在完成振捣后，应根据情况采取刮浆措施。
（4）混凝土面层抹面工艺对混凝土龟裂出现的数量以及时间产生重要影响。抹面工艺不仅控制了面层的平整度，而且还能修复因塑性变形而产生的微小裂缝，及时封闭泌水孔道以减少以后的收缩变形。值得注意的是，抹面时机的把握和抹面遍数，对塑性收缩裂缝的修复至关重要。抹面次数不应少于 3 次，抹面时机的把握应由有经验的瓦工根据现场情况来定夺。笔者建议：当混凝土的人上后脚印深度在 3 mm～5 mm 时，开始第一次抹面；当混凝土凝固到人上去无脚印时，进行收光抹面。至于抹面机械的选用，笔者推荐使用燃油机驱动的抹面机，该机震动轻微，具有提浆效果好、影响深度大、对深层塑性收缩裂缝修复较好的特性，这对抑制码头面层龟裂起到了重要作用。
（5）混凝土的养护对控制表面龟裂也有非常重要的作用。选择合适的养护方式，可有效防止和减少混凝土表面干缩裂缝的发生和水泥充分水化以提高混凝土的初期抗裂能力；冬季及时覆盖保温，也能减少温度裂缝的形成。随着季节的变化，混凝土养护方式也应作相应调整：春秋季节采用无纺土工布覆盖浇水养护 14 d，夏季采用蓄水养护 8 d，冬季采用无纺土工布加塑料薄膜保温和保湿养护 20 d。
（6）混凝土面层一般面积较大，为了有效控制混凝土表面的收缩裂缝，应采用如下实施方案：若有梁，则按梁顶位置设置切缝；若无梁，则每间隔 3 m～4 m 设置分割缝，将混凝土面层分割成若干个单位面积，以引导收缩裂缝的走向，减少混凝土表面裂缝的产生。笔者建议，最佳切缝时间越早越好，以不崩边为准，深度为 3 cm，缝宽一般为 5 mm。若是无筋混凝土，则还可以加深。
（7）不宜在炎热夏季高温时段、寒冷冬季低温时段以及大风时段进行混凝土浇筑和收光抹面，以防混凝土内外温差过大，产生早期膨胀和干缩裂缝。
3 实施效果
施工期间，为了保证上述措施的落实，该工程的监理方、业主方和施工方共同组建了 QC 质量小组，将上述措施落实到位、分工到人，严格执行，使得码头面层龟裂现象得到有效控制。经过半年的使用，码头面层基本无龟裂现象发生。
4 结 语
为了治理码头面层的龟裂问题，近几年来推出了几种新工艺，如用真空吸水、聚丙烯纤维网等，以控制面层龟裂，并取得了一定的效果。笔者考察了多个采用新工艺的码头，结果发现，有些码头的面层龟裂得到了较好控制；有些码头初期没有出现龟裂，但随着时间的推移，对面层龟裂的控制效果不明显。笔者认为，引起码头面层龟裂的因素众多，这些原因可能存在于混凝土的原材料和配合比，也可能存在于混凝土的拌制、浇筑工艺、养护、环境等，而新工艺只是混凝土面层龟裂的某一种成因。要想有效控制混凝土的龟裂问题，必须对混凝土施工的全程进行控制，实施综合治理，方能见效。
中图分类号： F407.9
文献标识码： B
文章编号： 1007-4104（2019）09-0051-03
收稿日期： 2019-07-10
作者简介： 崔东，任职于上海东华建设管理有限公司。
通信地址：上海市松江区新桥镇莘砖公路 518 号 1 幢 701 室 上海东华建设管理有限公司。
标签：码头论文; 混凝土论文; 龟裂控制论文; 施工要点论文; 上海东华建设管理有限公司论文;