混凝土管片裂紋分析及質(zhì)量控制

摘要：混凝土管片裂紋是目前施工比較難克服的質(zhì)量通病之一，文章針對(duì)盾構(gòu)管道工程小體積管片施工技術(shù)的重、難點(diǎn)，結(jié)合有關(guān)專家的意見(jiàn)進(jìn)行歸納，結(jié)合北江盾構(gòu)穿越工程管片施工過(guò)程中的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。介紹了盾構(gòu)管片施工過(guò)程中不同裂紋類型、形成原因及控制重、難點(diǎn)，對(duì)關(guān)鍵工序及關(guān)鍵工藝進(jìn)行重點(diǎn)介紹，供在生產(chǎn)過(guò)程應(yīng)用。

關(guān)鍵字：管片 溫度裂紋 塑性裂紋 成因 措施

中圖分類號(hào): U45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X(2012)03(B)-0000-00

Abstract: Reinforced concrete crack is the current construction more difficult to overcome the common problem of the quality， according to the small segment of shield pipeline engineering construction technology key points and difficulties， combined with relevant experts were summarized in this paper， combined with North River Crossing Project in the construction process of shield segment of practical experience， introduces the construction process of shield segment in different types of crack formation reason and the focus and difficult to control， the key to the process and key technology were introduced， for in the production process application.

Keywords: SegmentTemperature crackPlastic crack Cause Measures

管片裂紋一直是困擾管片生產(chǎn)的主要因素，對(duì)混凝土抗碳化、抗凍融、抗疲勞、抗?jié)B等方面有影響，也是影響隧道質(zhì)量的主要方面。對(duì)于隧道、地下管道工程來(lái)說(shuō)，一旦管片本身出現(xiàn)致命缺陷，可能就會(huì)產(chǎn)生災(zāi)難性的后果。管片裂紋的防治技術(shù)，顯得尤為重要?；炷亮鸭y盡管看似復(fù)雜，其實(shí)，從它的原材料、配合比性能、施工工序等方面，加強(qiáng)監(jiān)管和控制是完全可以避免的。

管片裂紋產(chǎn)生的主要部位有：外弧面裂紋、側(cè)面裂紋、手孔位裂紋。裂紋類型大體有塑性收縮裂紋、水化反應(yīng)收縮裂紋、表面溫差收縮裂紋、干燥收縮裂紋、混凝土坍落度不當(dāng)引起的裂紋。為了清晰的認(rèn)識(shí)裂紋的現(xiàn)象和產(chǎn)生原因，從而更好地控制，分為溫度裂紋和收縮裂紋來(lái)分析。

1 溫度裂紋

1.1 現(xiàn)象

表面溫度裂紋，多由于溫差較大引起的。這種溫差僅在表面處較大，離開表面就很快減弱，因此，裂紋只在接近表面較淺的范圍內(nèi)出現(xiàn)，表層以下的結(jié)構(gòu)仍保持完整。

1.2 成因分析

澆注成型的管片，在硬化期間，水泥放出大量的水化熱，混凝土內(nèi)部溫度升高并且膨脹，而混凝土表面處于冷卻和收縮狀態(tài)，如果內(nèi)外形成溫差過(guò)大，則在混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，加之混凝土早起抗拉強(qiáng)度較低，出現(xiàn)裂紋。裂紋的寬度和深度取決于熱的混凝土內(nèi)部和冷的混凝土外表面之間的溫度差大小。天氣晝夜溫度相差過(guò)大也是混凝土產(chǎn)生裂紋的原因之一。

2 收縮裂紋

2.1 現(xiàn)象

收縮裂紋，在新澆注的管片表面形成直線，長(zhǎng)短不一，互不連貫，裂紋較淺，類似干燥的泥漿面。大多在混凝土初凝后，當(dāng)外界氣溫高，風(fēng)速大，氣候干燥的情況下出現(xiàn)。

2.2 成因分析

管片側(cè)面止水條位置產(chǎn)生的收縮裂紋，與混凝土本身的性能關(guān)系較大，當(dāng)側(cè)面出現(xiàn)裂紋時(shí)，應(yīng)先核查混凝土各種原材料是否符合規(guī)范設(shè)計(jì)要求。混凝土堿含量也是主要因素之一，具體表現(xiàn)為，混凝土表面堿含量越高，則表面的碳化越快，收縮也越大，越容易在早期產(chǎn)生裂紋。

2.2.1塑性收縮裂紋：

① 混凝土澆筑后，表面沒(méi)有及時(shí)覆蓋，受風(fēng)吹日曬，表面有利水分蒸發(fā)過(guò)快，產(chǎn)生急劇的體積收縮，而此時(shí)混凝土早期強(qiáng)度低，不能抵抗這種變形應(yīng)力而導(dǎo)致開裂；

② 使用收縮較大的水泥，水泥用量過(guò)多，或使用過(guò)量的粉砂，或混凝土水灰比過(guò)大；

③ 混凝土坍落度大，流動(dòng)度過(guò)大。

2.2.2干燥裂紋

管片混凝土干燥收縮的嚴(yán)重程度直接與體積有關(guān)系，干燥收縮的大小與混凝土的體積穩(wěn)定性直接相關(guān)，并受環(huán)境相對(duì)濕度的影響，相對(duì)于大體積管片來(lái)說(shuō)，小體積管片的裂紋現(xiàn)象，產(chǎn)生的幾率較小。

下列情況單獨(dú)或同時(shí)出現(xiàn)，將加速混凝土表面的水分蒸發(fā)并增加塑性收縮開裂的可能：

① 混凝土表面溫度明顯高于空氣溫度；

② 空氣濕度低；

③ 風(fēng)速大。

綜上，管片裂紋產(chǎn)生的原因，基本上是由于水分蒸發(fā)和漿體收縮，收縮應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度引起的。也就是說(shuō)，溫度裂紋多由外因造成，收縮裂紋多與混凝土本身性能有關(guān)。在混凝土硬化初期，主要是水泥凝固結(jié)硬過(guò)程中產(chǎn)生的體積變化，后期主要是混凝土內(nèi)部自由水分蒸發(fā)而引起的干縮變形。

3 預(yù)防措施

3.1施工配合比的準(zhǔn)確有效性是控制管片裂紋的根本要素

在實(shí)際生產(chǎn)中，我們的混凝土配合比是通過(guò)有相關(guān)資質(zhì)的部門出據(jù)的，但施工方應(yīng)該具備設(shè)計(jì)驗(yàn)證配合比的能力，才能更好地指導(dǎo)生產(chǎn)，解決生產(chǎn)中遇到的具體問(wèn)題。然而對(duì)于既定的管片混凝土配合比，如何更好的運(yùn)用到生產(chǎn)中，保證配合比各原材料符合要求，保證施工配合比的可行性，是控制管片裂紋的根本要素。影響配合比性能的關(guān)鍵因素，包括各種原材料性能要求、水灰比的要求、坍落度的要求、總堿含量要求。

3.1.1 各種原材料性能要求

混凝土原材料中，以粗骨料的體積穩(wěn)定性最好，砂子次之，收縮變形主要發(fā)生在水泥及摻合料構(gòu)成的漿體和砂漿上。因此，在施工和易性允許的情況下，盡可能加大石子用量，降低砂率，降低用水量，對(duì)減少干燥收縮裂紋以及提高混凝土的穩(wěn)定性，強(qiáng)度和耐久性是有利的。配置混凝土?xí)r，嚴(yán)格控制水灰比和水泥用量，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境及時(shí)調(diào)整、準(zhǔn)確計(jì)量。重點(diǎn)要求如下：

① 水泥選用，考慮早期強(qiáng)度、堿含量以及與外加劑的適應(yīng)性。利用低熱水泥，管片混凝土一般選用普通硅酸鹽水泥和硅酸鹽水泥。最好摻加粉煤灰（Ⅱ級(jí)及以上），其水化熱約為水泥水化熱的25%-50%，降低水化熱，減小混凝土凝結(jié)過(guò)程水化熱與外界溫度差，降低水泥導(dǎo)致的管片裂紋出現(xiàn)。同時(shí)嚴(yán)格按照混凝土配合比報(bào)告施工，不是水泥越多越好。

② 粗集料（石），選用級(jí)配良好的連續(xù)級(jí)配的粗集料（0.5mm-31.5mm），并且粗集料應(yīng)盡量粗些，良好的級(jí)配能更好地保證管片強(qiáng)度的同時(shí)，能很好的保證管片密實(shí)度，減小空隙，降低凝結(jié)過(guò)程的收縮，減小管片裂紋的出現(xiàn)；

③ 砂，以粗砂為宜，若因施工條件限制選用中砂，中砂應(yīng)盡量粗些。對(duì)砂的選擇除了考慮符合規(guī)范要求的同時(shí)，和粗集料的選用一樣考慮密實(shí)性。除此之外，還因?yàn)樯拜^細(xì)的情況下，容易導(dǎo)致混凝土中膠體多，振搗完成的膠體浮至管片外弧面聚集，在外弧面容易產(chǎn)生收縮裂紋。

④ 外加劑，很好的選用減水劑，可以延緩水化熱的峰值期并改善混凝土的和易性，降低水灰比以達(dá)到減少水化熱的目的。選用改性三聚氰胺高效減水劑或者聚羧酸系高效減水劑效果。

3.1.2水膠比的要求

低膠灰比不僅有助于強(qiáng)度的迅速增長(zhǎng)，還可使密實(shí)度提高，形成優(yōu)質(zhì)混凝土。長(zhǎng)期的施工經(jīng)驗(yàn)和研究表明，管片混凝土的水灰比在0.33-0.36之間為宜。

3.1.3坍落度的要求

混凝土坍落度的大小，對(duì)施工性及硬化后混凝土的抗?jié)B性和強(qiáng)度有直接影響，因此加強(qiáng)坍落度的檢測(cè)和控制是十分必要的。根據(jù)地下防水工程施工規(guī)范和施工中便于振搗等其他因素，一般將坍落度控制在40mm-50mm為宜。

混凝土坍落度偏大的情況下，經(jīng)過(guò)振動(dòng)棒的振搗，粗骨料在管片內(nèi)部產(chǎn)生離析現(xiàn)象下沉，導(dǎo)致細(xì)骨料水泥漿被擠壓浮至混凝土表層，將會(huì)在管片外弧面產(chǎn)生裂紋。而坍落度偏小的情況下，不能滿足混凝土水化收縮需求的，將會(huì)產(chǎn)生干燥收縮裂紋。

3.1.4總堿含量要求

混凝土中堿含量高的質(zhì)量病害表現(xiàn)在，管片裂紋、工程結(jié)構(gòu)受到破壞等方面，是管片耐久性的主要危害。因此，在工程開工前，進(jìn)行混凝土總堿含量的測(cè)試符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，是保證混凝土性能的重要措施。

3.2 養(yǎng)護(hù)

3.2.1 管片出模前養(yǎng)護(hù)

管片混凝土初凝后，應(yīng)及時(shí)用塑料薄膜覆蓋表面。冬季施工，因水化熱產(chǎn)生的熱量同外界形成較大溫差，這種溫差一般都會(huì)直接導(dǎo)致管片表面出現(xiàn)溫差裂紋；而夏季施工，因外界溫度高，加之水化熱溫度，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部水分流失迅速，影響管片整體結(jié)構(gòu)。故應(yīng)及時(shí)覆蓋薄膜，保證混凝土水化熱所需水分。

3.2.2 管片水養(yǎng)護(hù)

管片水養(yǎng)護(hù)不及時(shí)或養(yǎng)護(hù)時(shí)間短，均會(huì)產(chǎn)生收縮裂紋，保證水養(yǎng)護(hù)時(shí)間和養(yǎng)護(hù)水的質(zhì)量是避免水養(yǎng)護(hù)產(chǎn)生裂紋的關(guān)鍵措施。水養(yǎng)護(hù)入池養(yǎng)護(hù)的時(shí)間最好不少于14天，最低不少于7天。出池管片，在外界環(huán)境溫度高的情況下，應(yīng)繼續(xù)噴淋養(yǎng)護(hù)，避免暴曬引起的裂紋。養(yǎng)護(hù)水的質(zhì)量包括水溫和PH值，水溫控制在20℃為宜，PH值控制在7-8。養(yǎng)護(hù)水的更換時(shí)間與養(yǎng)護(hù)管片量和養(yǎng)護(hù)水質(zhì)量本身有關(guān)，一般每三個(gè)月更換一次水。

3.3 蒸養(yǎng)對(duì)管片裂紋的影響

管片蒸養(yǎng)溫度及時(shí)間不能很好的控制，將直接導(dǎo)致混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)損壞，表現(xiàn)在蒸養(yǎng)完成后，表面出現(xiàn)明顯裂紋，在后期繼續(xù)增長(zhǎng)。

管片混凝土蒸養(yǎng)分為四個(gè)時(shí)期：預(yù)養(yǎng)期、升溫期、恒溫期、降溫期。預(yù)養(yǎng)期指混凝土管片澆注成型后，靜停放置的時(shí)間。最佳預(yù)養(yǎng)期為混凝土強(qiáng)度達(dá)到0.39-0.49MPa時(shí)所需的時(shí)間。預(yù)養(yǎng)期作用在于提高水泥在蒸養(yǎng)以前的水化程度，使混凝土具有初始結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以增強(qiáng)混凝土對(duì)升溫期結(jié)構(gòu)破壞的抵御力。蒸養(yǎng)過(guò)程中，升溫不宜超過(guò)15℃/h，恒溫時(shí)間長(zhǎng)不一定好，一般1.5h-2h為宜，恒溫時(shí)間長(zhǎng)可能出現(xiàn)強(qiáng)度波動(dòng)現(xiàn)象，破壞混凝土構(gòu)件，降溫不宜超過(guò)20℃/h。整個(gè)管片蒸養(yǎng)時(shí)間控制在5h-6h。低水灰比的混凝土比較適宜管片的蒸養(yǎng)。

3.4 抹面

抹面次數(shù)和時(shí)間的控制，將影響管片外弧面結(jié)構(gòu)是否密實(shí)，抹面不及時(shí)還會(huì)導(dǎo)致因管片水分流失過(guò)快，而出現(xiàn)收縮裂紋，對(duì)管片質(zhì)量產(chǎn)生影響。整個(gè)抹面過(guò)程應(yīng)按照三個(gè)步驟進(jìn)行：一、粗抹面：即使用鋁合金壓尺，刮平去掉多余砼（或填補(bǔ)凹陷處），此階段主要是為了使混凝土表面平順；二、中抹面：待混凝土表面收水后使用灰匙進(jìn)行光面，使管片表面平整光滑；精抹面：以手指輕按混凝土有微平凹痕時(shí)，用長(zhǎng)匙精工抹面，力求使表面光亮無(wú)灰匙印。通過(guò)，對(duì)抹面時(shí)間和次數(shù)的控制，保證管片外弧面結(jié)構(gòu)密實(shí)，減小因表面粗糙，水分流失過(guò)快帶來(lái)的管片裂紋。

最后，管片預(yù)制中很容易產(chǎn)生裂紋，但只要在配合比設(shè)計(jì)、原材料選取、施工工藝及養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，充分控制好各種因素，管片混凝土裂紋是完全可以避免的。

4 治理方法

①對(duì)一般管片裂縫可用環(huán)氧膠泥封閉；對(duì)較寬較深裂紋，應(yīng)先沿縫鑿成V字形凹槽，清理干凈，再用環(huán)氧膠泥、環(huán)氧砂漿或水泥砂漿補(bǔ)縫，或增加鋪貼環(huán)氧玻璃布處理；

② 對(duì)較嚴(yán)重的貫穿裂縫，應(yīng)采用環(huán)氧或甲凝灌漿處理，或進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固。

5 其他注意事項(xiàng)

①管片生產(chǎn)應(yīng)在避免強(qiáng)日照和溫差大的地方，防止強(qiáng)風(fēng)吹襲和烈日暴曬；

② 混凝土澆注應(yīng)分層澆筑，有利于振搗密實(shí)，減少收縮量；

③ 夏季施工應(yīng)考慮冷卻混凝土組成材料，使混凝土的初始溫度降低；

④ 通過(guò)微調(diào)混凝土坍落度，來(lái)適應(yīng)夏季施工和冬季施工溫度影響。

最后，管片預(yù)制中很容易產(chǎn)生裂紋，但只要在配合比設(shè)計(jì)、原材料選取、施工工藝及養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，充分控制好各種因素，管片混凝土裂紋是完全可以避免的。

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