码头混凝土施工裂缝的成因和预防

张永青 广东航鑫咨询有限公司

1.引言

混凝土裂缝是混凝土结构的严重病害，裂缝的存在对混凝土结构的安全、耐久性有严重的影响，多数混凝土结构的破坏都是经历裂缝出现、发育到破坏的过程；混凝土早期的表面裂缝在温度应力和外力作用下，可发展成具有破坏性的贯穿裂缝和深层裂缝，裂缝的发展对钢筋的包裹保护效果减弱，钢筋的抗锈蚀、抗碳化、抗冻融、抗疲劳能力随之降低，钢筋性能的缺失加快了混凝土裂缝的发育，形成贯穿裂缝并破坏结构的整体性，彻底改变混凝土结构的整体受力，最终导致结构的局部或整体破坏，从而严重影响建筑物的质量和运行安全。如果从施工开始采取措施有效防止裂缝的产生，杜绝混凝土破坏之门提前开启，将有效地延长混凝土的使用寿命。

由于码头工程混凝土施工受现场各种条件限制，赶潮水集中浇注施工现象普遍，结构临水作业面模板支撑困难、现场养护条件差，以及胸墙和基础混凝土体积大等特点，导致混凝土施工裂缝一直是影响码头质量的重要原因，如何预防混凝土施工裂缝是水运工程的重要课题。

混凝土施工裂缝种类较多，常见裂缝按成因可分为沉降裂缝、塑性收缩裂缝、温度裂缝三种，现根据裂缝形成原因及码头混凝土的施工特点，结合水工工程施工经验，总结出混凝土以上三种施工裂缝通病的预防方法，为预防混凝土施工质量事故发生，提高水工混凝土施工质量创造条件。

2.沉降裂缝

沉降裂缝易出现于码头后方挡土墙及胸墙，裂缝多属贯穿性且对结构质量有重大影响，裂缝的走向与基础沉陷程度有关，一般与地面垂直或呈300-400角方向发展延伸，较大的不均匀沉降裂缝之间往往在上下或左右有一定的距离，沉降裂缝开裂严重程度通常与不均匀沉降量成正比。

沉降裂缝的产生主要有底部回填物沉降或侧向模板位移两个主要原因造成：

（1）底部回填物沉降

成因：由于基础回填物未经夯实或必要的加固处理，随着上部混凝土浇注施工下部回填物受到的荷载不断增加，此时回填物可能出现整体沉降或局部塌陷情况，正处于凝结过程中的混凝土已失去流动性但刚度不足，在重力作用下混凝土可能发生局部位移而导致整体拉裂。

防治：防止基础回填物沉降的主要方法为增加回填物强度，选择块石、中粗沙等浸润强度不轻易发生改变的材料作为填充物，同时采取振冲密实措施处理并预留足够沉实时间，块石作为粗骨料回填顶部时做好基础面片石、碎石找平，并按要求做好素混凝土垫层等，以减少上部混凝土施工过程中回填物自身沉降产生沉降裂缝。对浇注在斜坡上的混凝土，由于重力作用下容易产生向下流动的沉降裂纹，所以斜坡混凝土浇注时的坍落度要控制在最小允许范围内，浇注时不宜强力振捣，非关键部位由人工拍打密实。

（2）侧向模板位移

成因：由于模板刚度不足，支撑间距过大或支撑底部松动，过早拆模等都可能导致不均匀沉陷裂缝的出现。

防治：对大构件模板及支撑进行专门论证设计，模板强度必须经验算满足新浇注混凝土侧向压力及倾倒混凝土施工荷载要求，同时综合考虑该部位受潮水影响可能加速施工的要求，利用好分层浇注施工避免一次性加载过大，合理缩短单块结构长度保证模板挠度符合要求等，做好下部结构支撑部件预埋加固工作，设法加强模板、支撑的强度和刚度。

3.塑性收缩裂缝

塑性收缩裂缝又称龟裂或干裂缝，该种裂缝一般两端细中间略粗且长短不一，类似干燥开裂的泥浆表面，塑性收缩裂缝属于干缩裂缝，裂缝一般互不连贯，对混凝土后期的耐久性造成影响,塑性收缩裂缝较易出现于码头面层或道路堆场混凝土，大多产生在混凝土浇注初期（浇注后4小时左右），产生原因主要有以下两方面：

（1）风化失水开裂

成因：混凝土凝结前受高温或风力影响，表面失水过快造成毛细管中产生负压，致使混凝土体积急剧收缩产生表面的裂缝，当空气中湿度较小时开裂情况更加明显。

防治：此类裂缝大多出现在干热或大风天气，混凝土凝结时产生热量导致本身温度与外界形成一定的温度差，当混凝土对外散热的同时水分也会流失，因此尽可能避免在气温高或风速大的天气下施工，有条件可增设挡风设施减少空气流动；混凝土浇筑后及时进行补水养护，初凝前可采取表面喷涂氯偏乳液养护剂，初凝后采取覆盖草袋、塑料薄膜等方法减少水分过快散失，养护时若表面发现微细裂缝应马上抹压处理并继续覆盖补水养护，如混凝土已硬化则可在表面抹薄层水泥浆处理，同时可根据需要适应延长养护时间。对于已成形混凝土构件，也可在裂缝表面喷涂环氧胶泥或粘贴环氧玻璃布对裂缝进行封闭处理。

（2）水泥用量过多或使用过多的粉砂

成因：在水灰比不变的情况下，水泥及水的用量同时增多，导致混凝土发生明显塑性收缩并形成裂缝；混凝土拌制砂率过大或粉砂过多时，为满足和易性及塌落度要求均要求增加搅拌用水量，混凝土浇注后随着水泥硬化以及水分蒸发，致使混凝土内部孔隙不断形成并最后贯通成裂缝。这种裂缝相对风化失水形成的裂缝更严重。

防治：配制混凝土时严格按设计配合比生产，严格控制水灰比和水泥用量，可选用干缩值较小早期强度较高的硅酸盐或普通硅酸盐水泥；选择级配良好的砂石料减小空隙率，一般情况下建议使用中砂，砂子过粗混凝土易产生离析、泌水现象，砂子过细水泥用量多增加了混凝土自身收缩量；同时确保砂、石料中不含淤泥、粘土、云母、硫酸盐及硫化物等有害物质，这些有害物质会降低混凝土强度和耐久性，增大混凝土的干缩性；搅拌时可掺适量高效减水剂增加混凝土塌落度及和易性，减少水泥及水的用量；浇注施工要振捣密实，以减少收缩量；可在混凝土初凝后终凝前进行二次抹压，以提高混凝土抗裂强度减少收缩量。

4.温度裂缝

温度裂缝根据产生的原因可分为表面温度裂缝和深进或贯穿温度裂缝，表面温度裂缝在接近表面较浅的范围出现，而贯穿温度裂缝是从内向外发展往往开裂深度较大，由于码头基础及胸墙混凝土结构体积较大，所以该部位特别更容易产生贯穿温度裂缝。

表面温度裂缝是由于结构内外温差大引起。特别是大体积混凝土浇筑后，水泥水化过程中产生大量的热量，正常情况下水泥水化热在1～3天可释放出50%的热量，由于热量的传递及积存条件不同，混凝土内部散热条件差于表面，混凝土内部的最高温度出现于浇筑后的3～5天，此时容易形成中心高表面低的阶梯式递减形的温度梯度，由此产生温度变形和温度应力，当温度应力超过混凝土的内外约束应力时(混凝土抗拉强度)就会产生温度裂缝；温度裂缝通常初期裂缝较细，随着时间的发展而不断扩大。表面温度裂缝通常仅出现于混凝土表面，往混凝土内部裂缝很快减弱，因此，裂缝只在接近表面较浅的范围出现，表面层以下结构仍能保持完整，对结构影响也相对较小。

深进或贯穿温度裂缝，由于结构温度梯度以及结构周边受到外界的约束而引起，当大体积混凝土基础、墙体浇筑在坚硬地基或厚大的旧混凝土垫层上时，由于没有采取隔离层等放松约束措施，混凝土凝结时水泥水化热释放大量热量，导致混凝土温度升高，随着混凝土继续凝结将降温收缩，结构全部或部分受到地基、垫层或其它外部结构的约束，将会在混凝土内部出现明显的拉应力，从而产生降温收缩裂缝。这类裂缝较深有时是贯穿性的,将破坏结构的整体性。

成因：温度裂缝产生与混凝土本身温度及外部温度有关，主要是混凝土凝结过程水泥水化热量释放及热量传导缓慢，热量积聚于密闭的混凝土内部导致温度过高，随着凝结时间延长水化热量减少及热量传导到结构外而温度将逐渐下降，整个混凝土凝结过程温度变化呈现类似抛物线形状。①混凝土内部温度与结构的体积有关，结构体积越大，内部产生的热量越不容易传导到结构以外，因此产生的温度梯度越大，因此构体积越大引起裂缝的危险性也越高，本文所说的码头胸墙混凝土属于大体积混凝土。②混凝土内部的温度与水泥品种、用量有关，水泥用量越多，水化热量释放越多；为减少水化热宜选用水化热较小的水泥如：矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥等。

防治：为减少混凝土拌合料的热量，①尽量选择在晚上或气温较低时段施工，对砂石料进行遮挡覆盖避免阳光直接照射升温过快，同时可以通过加冰或冷却水降低拌和水入仓温度以降低混凝土的浇筑温度；②根据结构特点对大体混凝土结构分块施工，通过合理分割施工单元减小每次浇注体积以利于内部热量散发，分块施工时要处理好施工缝；③在结构功能及施工条件允许下采用毛石混凝土结构，利用块石置换混凝土空间，达到减少水泥用量的目的，但块石混凝土结构必须具备一定包裹厚度且使用功能满足设计要求；④布置冷却水循环降温，根据混凝土体积及结构特点结合施工次序设计冷却水循环管道及温控监测点，浇注后根据体内监测点对温度观测变化，启用循环冷水进行降温，冷却水管设计可根据结构厚度分多层迂回布置以达到更优的效果。

5.小结

混凝土施工裂缝的成因较多，只要做好采取相关的预防措施，可以较好的预防和控制裂缝，总结以下几点:

（1）选择、控制好材料。混凝土主要材料包括水泥、砂、石、水以及添加剂等，对裂缝产生影响较大的因素有水泥品质及重量、砂的颗粒大小以及材料的温度。特别是大体积部位优先选用水化热少、干缩性小的水泥，同时严格按设计水灰比减少水的用量，不用颗粒过细的粉细砂；同时通过采取预冷骨料、遮阳防晒、洒水降温和加冰拌和等措施降低搅拌料入仓前的温度；据结构要求使用适量高效减水剂，以减少用水量及缓凝混凝土，延长混凝土凝结时间降低集中散热风险；掺加一定量粉煤灰改善混凝土拌合物的流动性、粘聚性和保水性，减少水泥用量。

（2）选择合理施工时间、工艺。施工时间选择必须根据施工部位要求，码头等临水工程施工要与潮位变动时间相结合，在条件允许下尽量避开大风、高温不利天气，优先选择春秋季及晚上气温相对较低时间段施工；按结构及使用要求将大体混凝土结构分块实施，减小每次浇注体积有利于内部热量散发。重视混凝土运输、泵送过程混凝土变化，合理安排搅拌、优化运输路径、减少运输时间，运输时对运输车进行遮阳防晒和保温措施，降低运输过程对混凝土质量影响。

科学设计混凝土施工配合比，确定合适的水灰比、水泥用量及砂率，在保证强度的前提下，不宜过多增加水泥用量，控制好混凝土浇注坍落度、不宜过大；大体积混凝土配比设计要考虑选用适宜的缓凝减水型外加剂及掺和料，减少混凝土单位用水量，降低水泥早期水化热。

（3）加强养护。混凝土浇筑后12小时即可开始养护且养护时间不得低于14天，高温季节和重要部位应适当加长养护时间。夏天养护以覆盖保水材料补水为主，严禁阳光直射在新浇混凝土表面，防止混凝土表面水分散失导致表面塑性收缩裂缝产生，早期可采取表面覆盖可同时结合化学药剂养护；冬季气温在50以下浇注的混凝土拆模后应立即对混凝土面进行保温，防止混凝土突然暴露在寒冷的空气中产生温度裂缝，冬季混凝土严禁洒水养护，应采取喷涂养护剂、覆盖保水材料等措施。

养护过程中，在混凝土初凝前进行二次抹压，当早期产生的微细裂缝及时抹压修复增加表面混凝土密实度消除混凝土表面干缩，同时根据外界条件适当调整养护时间。

（4）改善结构周边接触条件。混凝土浇注前须对基础进行夯填振冲密实，按规定做好支撑及模板固定，防止浇注时沉降裂缝产生；对周边有坚固约束的部位，按规定设置隔离层预留伸缩空间，防止混凝土后续凝结降温收缩产生贯穿温度裂缝。

（5）创造体内降温条件。大体积混凝土的降温是温度裂缝控制的重点，特别是重大水利、码头基建工程的主体结构混凝土一旦出现温度裂缝将导致严重后果，而且由于混凝土内部的温度控制难度很大，靠自然条件降温已不能满足工程要求，必须考虑专门的设施将内部水化热量通过特殊渠道传递到结构体外，因此大型混凝土结构的冷却降温十分关键，施工前安装针对不同结构设计的冷却循环管道，在浇注完成后立即通过布置内部的温控监测点观测温度变化，并实时启动冷却循环系统降温。