清水混凝土表观质量通病及应对措施

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《混凝土》2017年第九期

崔鑫^1，5，于振水²，路林海³，王龙志¹，王桂玲⁴，窦青松⁵，马万国⁵，贾宁¹，王鲲¹

（1.山东建泽混凝土有限公司，济南 250101；2.烟台高见泽混凝土有限公司，烟台 264000；3.济南轨道交通集团有限公司，济南 250101；4.中建八局技术中心，上海 200120；5.中建八局二公司，济南 250100）

摘要：清水混凝土以其节约工程成本、提高工程质量、改善企业管理水平等优点，自从上世纪九十年代后期以来在技术研究及工程应用方面得到了长足发展。为了更好地促进清水混凝土科学研究与工程应用水平的提高，结合多个清水混凝土工程实践成果，以济南轨道交通清水混凝土工程为依托，开展了针对清水混凝土黑斑、白斑、裂纹、泛碱、粘模等重要质量通病的研究，对清水混凝土质量通病的成因及应对措施进行了系统分析，形成了有针对性的研究成果。工程实践表明，依据清水混凝土质量通病及应对措施研究成果可以有效避免多种质量通病的发生、很好的提高清水混凝土的施工质量。

关键词：清水混凝土；表观质量通病；应对措施；轨道交通；工程应用

0　引言

清水混凝土是一种具有特殊表观性能要求的混凝土，清水混凝土的原材品质、生产工艺、施工环境、施工工艺等各环节都可能对清水混凝土表观质量等造成不良影响。

针对清水混凝土的特殊性能要求，综合国外相关技术资料和标准以及国内有关标准和规范，根据我国清水混凝土的前期实践经验、施工与应用成果，系统地总结了在清水混凝土试验与施工中的质量通病，主要包括黑斑、白斑、裂纹、泛碱、冷缝、粘模等，研究分析了质量通病产生的原因，并根据试验与工程应用成果，提出了有针对性地预防、应对措施，以期达到提前预防或避免清水混凝土质量通病发生的目的。

1　黑斑

清水混凝土是对表观质量要求极高的特种混凝土，表面黑斑的出现将极大的影响清水混凝土的表观质量。

1.1　水化不均衡黑斑

1.1.1　现象

对于竖向高度较大的清水混凝土结构，如墩柱等，在清水混凝土拆模后，会在下部出现大面积黑斑，如图1所示。

1.1.2　原因

通过大量工程实践，出现此种黑斑的工程所使用脱模剂通常为油性，而使用水性脱模剂则不会出现此种黑斑。经分析，出现此种黑斑的原因为竖向落差较大的清水混凝土在重力作用下，清水混凝土中的水分会被压向模板与清水混凝土接触界面处的薄弱区。而水分在油性介质中分散不好，即在界面处形成一块油、一块水的情形，在水存在的地方，清水混凝土水化较好；相对而言，在油存在的地方，清水混凝土水化不好，清水混凝土水化程度的差异导致了在清水混凝土表面颜色的差异^[1-2]。

1.1.3　对策

对于此种水化不均衡黑斑，应采取以下措施应对：

（1）更换脱模剂。对于竖向高度较大的结构，减小清水混凝土所产生压力较为困难，为此可更换对水分散性更好的水性脱模剂，以达到使压力泌水或重力泌水能够在模板与清水混凝土之间均匀分散，使清水混凝土水化黑斑减轻或消失。

（2）调整施工速度。在施工条件允许的情况下，可调整清水混凝土浇筑施工速度，在一定程度上减小清水混凝土内部压力，但应控制好施工节奏，以免使清水混凝土出现分层。

1.2　气候黑斑

1.2.1　现象

在养护条件较差、气温波动较大的情况下，此种黑斑大面积出现在清水混凝土表面，如图2所示。

1.2.2　原因

在低温季节，清水混凝土常出现表面黑斑。经研究发现，变色混凝土表面附近存在密实的微观结构和封闭的表面结构，并且清水混凝土表面变色与其表面附近区域中氢氧化钙的高含量有关。

在试验室中用两种不同配比的清水混凝土进行试验：通过改变两种清水混凝土的制备、硬化与干燥的条件来分析表面黑色斑纹生成的主要影响因素。研究结果表明，不同配合比的清水混凝土在相对湿度≥95％的空气中干燥，表面均会出现黑斑。

根据对建筑物试件的研究结果及在实验室中所作的验证，得出清水混凝土中的矿物及表面结构特征与表面黑斑之间的因果关系。在不利的气候条件下（低温与高相对湿度），清水混凝土表面水分蒸发速率很低，由于毛细管吸力使得溶解在孔溶液中的氢氧化钙由混凝土内部向表面发生迁移，氢氧化钙晶体沉积在表面孔隙中，因而使毛细孔道被堵塞并形成封闭状的表面结构以及表面邻近部位致密的微观结构。在清水混凝土表面水分蒸发速率高（高温、低相对湿气、大风）的情况下，水分只在混凝土表面下的毛细孔道内蒸发，因而氢氧化钙晶体在清水混凝土内部沉淀，进行导致了清水混凝土表面色差。

混凝土平整的表面上较少的光漫射以及在密实的水泥基材中较高的吸附水含量，也是导致混凝土表面最终变色的两个不可忽视的因素^[3]。

1.2.3　对策

对于此种气候黑斑，应加强在低温季节对清水混凝土的养护，防止清水混凝土受冻，进而减小气候黑斑的产生。

2　白斑

不同于清水混凝土黑斑，清水混凝土白斑的存在对清水混凝土表观质量影响相对较小，但对于高质量的清水混凝土而言也应避免其出现。

2.1　显影白斑

2.1.1　现象

清水混凝土拆模后，短时间内表面可能会出现白斑。此种白斑无规则分布于清水混凝土表面，但经过1d～3d时间后白斑会自动消失，如图3所示。

2.1.2　原因

经长期工程实践，此种白斑多出现在拆模较早的清水混凝土表面，如施工环境气温较低而拆模又过早时，此种白斑出现机率较高；但施工环境气温较高而拆模较晚时，此种白斑出现机率较低。通过试验及查阅文献，分析认为此种白斑的出现是由于清水混凝土水化早期表面浆体密实度相对较低，而接近清水混凝土表面的石子会通过极细微的毛细孔而显现出影像来。当清水混凝土表面浆体水化充分后，表面浆体层密实度增加，贯通毛细孔减少而形成封闭孔，则浆体下的石子不存在显像通路，则不会形成白斑。这也是白斑会随着清水混凝土龄期的延长而消失的原因。

2.1.3　对策

针对此种白斑出现的原因，同时为了提高清水混凝土耐久性，应延长清水混凝土的拆模时间，特别在低温季节施工。同时应加强拆模后清水混凝土的养护，当出现白斑时，说明清水混凝土拆模过早、养护不良。

2.2　振捣白斑

2.2.1　现象

清水混凝土拆模后，清水混凝土底面出现规则分布的白斑，且白斑尺寸相近，较长时间不会消失。此种白斑多出现在清水混凝土结构底面，而侧面偶尔会出现，如图4所示。

2.2.2　原因

通过长期工程实践，此种白斑是由于施工过程中，施工人员为了提高清水混凝土密实度，在浇筑最底层混凝土时当控制不当时会将混凝土振捣棒插至清水混凝土最底部并接触到清水混凝土底模。当拔出振捣棒后浆体及水份会快速填充，而相对周围清水混凝土而言形成水胶比大的孔洞区域，清水混凝土硬化后即形成此种白斑。

2.2.3　对策

基于此种白斑产生的原因，施工中在保证清水混凝土振捣质量的前提下，浇筑最底层清水混凝土时，应严格控制振捣棒的插入深度，防止接触底模情况的发生。

3裂纹

清水混凝土的裂纹不仅会影响清水混凝土的表观质量，更会影响清水混凝土的力学性能、耐久性能，特别对于结构清水混凝土应避免裂纹的产生。

3.1失水裂纹

3.1.1　现象

清水混凝土拆模后，在清水混凝土上表面形成无规则的裂纹，且裂纹周围有颜色较浅浆体，如图5所示。

3.1.2　原因

通过长期工程实践，此种裂纹是由于早期不透水薄膜养护，清水混凝土水分由内部迁移至清水混凝土上表面，并在清水混凝土上表面聚集，使清水混凝土上表面浆体水胶比增大。此时，当过早去除薄膜养护时，清水混凝土上表面浆体水分快速散失，而形成此种失水裂纹^[4]。

3.1.3　对策

针对此种失水裂纹，可采取如下措施应对：

严格控制清水混凝土养护质量。清水混凝土养护时，宜在最内层设置具有一定透水透气性的土工布等材料，即起到保温、保湿的作用，又可使由混凝土内部迁移至混凝土上表面的水分排出。特别对于大体积清水混凝土，应根据试验，确定清水混凝土适宜的养护时间，应符合标准中混凝土内部与表面的温差、混凝土表面与外界的温差控制在一定范围内。同时，可采取二次抹面的施工工艺，消除早期裂纹。

3.2　原材质量不良引起的裂纹

3.2.1　现象

清水混凝土拆模后，在清水混凝土上表面形成无规则的裂纹，且裂纹一般发生在早期，如图6所示。

3.2.2　原因

当外加剂质量不合格，硫酸钠掺量超标时，易大量、快速生成硫型水化硫铝酸钙，使清水混凝土膨胀，而产生裂纹。同时，因为硫酸钠会加速胶材的水化的速度，使胶材的水化热短时间内释放，而导致清水混凝土内部温度升高，在养护质量不良的情况下，会使清水混凝土产生较大温度应力而造成混凝土裂纹。另一方面，由于混凝土温度的升高，混凝土表面的水分散失速度加快，进一步加剧了混凝土裂纹的产生^[5]。

3.2.3　对策

针对此种裂纹，可采取如下措施应对：

严格控制清水混凝土原材质量。清水混凝土是一种敏感性较强的，对表观质量要求较高的特种混凝土。为此，在选择清水混凝土原材时，应按相关标准，严格对清水混凝土所使用各原材的性能进行检测，只有确定符合标准要求的原材，才能应用于清水混凝土工程当中。同时，应按标准要求，定期对清水混凝土原材品质进行复检，防止因各种原材品质改变而对清水混凝土质量造成不良影响。

4　泛碱

（1）现象

清水混凝土拆模后，表面未发现异常。而在清水混凝土拆除养护保温薄后，会在清水混凝土表面发现白色物质，如图8所示。

（2）原因

经检测，此白色物质为氢氧化钙，即水泥的水化产物。碱性物质的析出原因是由于清水混凝土拆模后，覆盖养护膜的最内层用塑料薄膜保湿保温（见图9）。而由于某些大体积清水混凝土工程温升较高，清水混凝土中的水分会被析出到清水混凝土与塑料薄膜之间，清水混凝土内部水分析出的同时，不可避免的会带出水泥的水化产物氢氧化钙。随着水分的进一步析出，则会有大量氢氧化钙聚集于清水混凝土与塑料薄膜之间，而形成氢氧化钙的饱和溶液（见图10）。根据晶体理论，由于清水混凝土表面粗糙度较高，氢氧化钙易于在清水混凝土表面结晶、沉淀，而氢氧化钙晶体的形成将进一步加剧氢氧化钙在清水混凝土表面的结晶。当此塑料薄膜去除后，清水混凝土所析出的水分会快速蒸发、流失，而氢氧化钙晶体会进一步形成，当清水混凝土表面干燥后，则会留下白色的氢氧化钙^[6-7]。

（3）对策

针对此种泛碱，可采取如下措施应对：

养护膜内层使用土工布养护。由于此种泛碱是由于碱随清水混凝土所析出的水而迁移至混凝土表面形成。在对清水混凝土进行养护时，内层养护使用土工布等透水透气材料，这样即可使清水混凝土达到保温、保湿养护的目的，又可以防止清水混凝土所析出的带有碱的水份聚集的问题发生，会有效的避免泛碱问题的发生。

5　冷缝

（1）现象

清水混凝土拆模后，在清水混凝土结构中部出现明显缝隙，且缝隙部位混凝土接触不严密，严重的会出现露石现象，如图11所示。

（2）原因

分析此种问题的表征，上下部位的清水混凝土接触不严密，似二次施工造成的。经分析为清水混凝土的施工冷缝，即下部清水混凝土过了初凝后，才进行上部清水混凝土浇筑施工而出现的清水混凝土质量问题。

（3）对策

针对此种冷缝，可采取如下措施应对：

1）严格控制清水混凝土施工进程。清水混凝土结构在施工过程中，应保持施工的连续性，以保证清水混凝土结构体性能的稳定、均一。当由于意外原因造成施工中断时，应在施工停止部位按施工缝处理。防止因处理不当出现冷缝，严重的影响清水混凝土力学性能、耐久性能。

2）问题的解决。对于对结构承载能力没有影响的表面冷缝，通常在裂缝表面涂抹水泥浆、环氧胶等。对于对清水混凝土结构整体有影响的冷缝，可使用压力设备将胶结材料压入清水混凝土的冷缝中，从而起到封堵加固的目的。当冷缝影响到清水混凝土的结构性能时，应采取加固法对清水混凝土结构进行处理，即适当加大清水混凝土结构的截面面积等措施应对^[8]。

6粘模

（1）现象

清水混凝土拆模后，在清水混凝土上部会发生粘模问题，对清水混凝土的表观质量造成不良影响，此问题多发生在竖向落差较大的结构中，如图12所示。

（2）原因

根据长期工程实践，此种清水混凝土的粘模多发生在竖向落差较大、振捣施工质量不良的结构体中。而高度较小或振捣效果良好的结构中不易出现此问题。经分析，此问题是由于清水混凝土对表观质量要求较高，施工单位为了排出清水混凝土表面气泡会加强清水混凝土表面的振捣强度而相对忽略了清水混凝土内部或中部的振捣。此种情况，一方面在重力的作用下，清水混凝土内部水分会向模板与混凝土接触的界面薄弱区迁移，而水分原位置由混凝土填充，导致混凝土中部轻微塌陷，界面薄弱区的水分会向上部迁移，使混凝土上部表面水胶比增大；另一方面，由于清水混凝土内部或中部振捣不充分，也会造成清水混凝土中部轻微塌陷，而清水混凝土上表面混凝土存在一个向内的拉力，削弱了上表面清水混凝土与模板的粘结强度，进一步造成清水混凝土下部水分迁移至清水混凝土上部界面区。上述两方面原因造成了清水混凝土粘模问题的发生^[9]。

（3）对策

针对此种粘模问题，可采取如下措施应对：

1）控制清水混凝土工作状态。清水混凝土产生此种粘模的原因之一为清水混凝土内部水分迁移至清水混凝土与模板间的界面，再由界面迁移至清水混凝土上表面。为此，可优化清水混凝土状态，使清水混凝土保水性提高、降低压力泌水率、二次压力泌水率。

2）控制清水混凝土的振捣施工工艺。在保证清水混凝土不离析、分层的情况下，适当强化对清水混凝土振捣的力度，避免清水混凝土出现不必要的早期体积收缩。条件允许的情况下，可采取二次振捣的施工工艺。

7　结语

通过多个清水混凝土工程的成功经验，结合系统地试验研究成果，总结分析了清水混凝土质量通病成因，并对清水混凝土质量通病的预防应对措施进行了系统研究。清水混凝土质量通病及应对措施研究成果可以很好的指导清水混凝土的施工，有效预防和避免清水混凝土多种质量通病在工程施工中的发生，提高清水混凝土的施工质量。清水混凝土质量通病与应对措施的研究对提升我国清水混凝土工程现场施工质量具有重要实际意义。本研究成果已在多个清水混凝土工程中得到成功应用，取得了较好的工程效果。

参考文献

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[4] 翟超，唐新军. 减蒸剂对减免高性能混凝土塑性开裂的影响[J]. 水利与建筑工程学报，2015，13（1）：126-129

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