談管片生產(chǎn)常見問題及表面龜裂現(xiàn)象

王振華 郭瑞芝

(中鐵三局集團第二工程有限公司，河北石家莊 050000)

管片生產(chǎn)采用清水混凝土，清水混凝土又稱裝飾性混凝土，按一次成型，不做任何外裝飾，需要表面平整光滑、色澤均勻、棱角分明、無碰損和污染。它的特點代表了混凝土材料中最高的表達(dá)形式，體現(xiàn)的是素面朝天、樸實無華、自然沉穩(wěn)的品位。所以說對質(zhì)量的要求更加嚴(yán)格，但只要在生產(chǎn)時注意到下列技術(shù)關(guān)鍵，就能生產(chǎn)出內(nèi)實外美的管片。

1)原材料產(chǎn)地統(tǒng)一，所用水泥、粉煤灰保持采用同一生產(chǎn)廠家，砂石的色澤和顆粒級配均勻，且必須按要求每次進行進場驗收;2)混凝土配合比的設(shè)計和選定，必須經(jīng)過嚴(yán)格試配，反復(fù)進行試驗而確定;3)混凝土入模的溫度及和易性都要嚴(yán)格按試配時所采集的相關(guān)數(shù)據(jù)進行控制，絕不能出現(xiàn)分層離析的現(xiàn)象;4)脫模劑要選配適當(dāng)，最好采用帶消泡功能、無污染的水溶性脫模劑;5)養(yǎng)護要到位，管片若護養(yǎng)不當(dāng)，表面極容易因失水而出現(xiàn)微裂縫，影響外觀質(zhì)量和耐久性。

現(xiàn)就管片混凝土控制重難點分述如下。

1 表面氣泡

由于管片的特殊性，時常只能看見內(nèi)弧面，故在外露面上不得有氣泡。而實際上由于生產(chǎn)工藝原因，不管采用哪種振動方式在內(nèi)弧上出現(xiàn)的氣泡都最少，而管片兩側(cè)是氣泡出現(xiàn)較多的地方。特別是止水條粘貼槽內(nèi)更多，氣泡的形狀、大小、深度各不相同。

氣泡形成的原因大概有以下幾點:

1)原材料如水泥中的助磨劑，減水劑中的引氣劑，砂石料的形狀不佳;含泥量大會出現(xiàn)過多氣泡。

2)混凝土配合的不合理，減水劑質(zhì)量不達(dá)標(biāo)或者過量、砂不達(dá)標(biāo)，水灰比過(大)小，生產(chǎn)出的混凝土粘度太大也會出現(xiàn)過多氣泡。

3)混凝土攪拌時間不夠，和易性差、觸變性差;振動時混凝土流動性差、氣泡不易排出。

4)雖說不管采用哪種振動方式在內(nèi)弧上出現(xiàn)的氣泡都最少，但振動工藝的選擇，間接影響管片的質(zhì)量，管片是否密實，預(yù)留榫槽氣泡能否排除與振動器具的選擇有密切關(guān)系。

5)模具的形狀設(shè)計是否合理，是否利于氣泡排出。如有些城市設(shè)計的管片端側(cè)面帶榫槽，形狀太復(fù)雜或止水槽太深等。

6)對管片表面影響最大的就是脫模劑。同樣是界面上的氣泡，好的脫模劑表面張力大對氣泡的排斥性強，利于氣泡析出或減小與模具的接觸面。脫模劑的選擇盡量要多做試驗，使模具表面張力越大越好，脫模劑的使用也必須正確，注意一定要干燥成膜后使用。

7)選擇攪拌方式不合理也會讓混凝土含氣率增加。投料次序影響攪拌效果，雙臥軸攪拌機攪拌小直徑骨料剪切強度低，并且攪拌葉片容易把空氣打到混凝土內(nèi)部，是使混凝土含氣率增加的因素。

經(jīng)過上述敘述，我們初步了解了氣泡產(chǎn)生的原因，但在管片生產(chǎn)中氣泡是不能完全消除的，但可以避免或減少氣泡的產(chǎn)生。同時也希望國家出臺相關(guān)指導(dǎo)叢書或相關(guān)規(guī)范，給施工及監(jiān)理方一個界定標(biāo)準(zhǔn)。

2 裂縫(紋)

2.1 物理(損傷)裂縫

所謂物理(損傷)裂縫，就是人為的直接或間接地造成的對管片的傷害，其直接影響到管片能否正常使用或盾構(gòu)工程的質(zhì)量，該種裂縫一般會很深、很長直至通裂，在管片廠內(nèi)往往是因為管片強度低、工裝不合理所致。造成該裂縫的直接原因是吊運操作不當(dāng)、存放受力不當(dāng)所致，在盾構(gòu)工地往往是卸車不小心;下井時不小心;因盾構(gòu)機姿態(tài)變異造成已拼成環(huán)的端面不在一個平面上，而使新拼管片的縱向受力不均產(chǎn)生的剪切力使得管片后端呈受拉狀態(tài)，就會產(chǎn)生向前方沿伸的裂紋，管片在受拉狀態(tài)的抵抗力不足受壓抵抗力的1/10。

知道了物理性損傷裂縫的成因，減少或杜絕它就不難，除了改進自身設(shè)備，操作方法，存放條件外還應(yīng)多與施工單位溝通交流，特別是對一些新入行的盾構(gòu)施工單位給予更多的幫助，據(jù)多年來的經(jīng)驗看，凡是溝通多、服務(wù)做得好，管片廠與施工單位的關(guān)系好，施工就很順利、問題就少。

2.2 塑性裂縫

混凝土在固化提升強度前產(chǎn)生的裂縫:混凝土從攪拌到固化，一直伴隨著許多物理過程和化學(xué)反應(yīng)過程。其中膠凝物分子鏈的交聯(lián)反應(yīng)和水分的散失遷移，使得管片深層水分向表層的遷移發(fā)生困難，即泌水小于表層蒸發(fā)，表層在不斷干縮，一旦形成有規(guī)律的走向，就會出現(xiàn)裂紋，但這種裂紋隨著人工收面過程會被消除，往往管片外弧面出現(xiàn)的這種裂紋是最后一次收面時間結(jié)束太早，而覆蓋時間又太晚造成的，另外，當(dāng)最后一次收面收得太晚，管片表層失水，硬化速度大于深處時(已經(jīng)形成蛋殼狀)會造成更多的龜裂現(xiàn)象，這在當(dāng)時是看不出來的，有些廠家(監(jiān)理)過于追求外弧面光滑，最易出現(xiàn)這種龜裂。要杜絕或減少這種現(xiàn)象，不光要選擇合理的混凝土配合比，原材料(水泥不能過細(xì))，還要適當(dāng)增加攪拌時間(一般在120 s～180 s之間)，不過多摻用減水劑和過低的水膠比，還應(yīng)嚴(yán)格控制收面工藝(時間、次數(shù)、工具等)，最后一次收面后及時覆蓋。

2.3 干縮裂縫

混凝土在塑性時有干縮，在固化后乃至成品都有干縮產(chǎn)生，那就是失水所造成的后果。當(dāng)混凝土在塑性時，其水膠比一般在0.3以上，能參加水化反應(yīng)的水只在0.25～0.26之間，多余的水分在滿足了工藝流動性需要外，會成為游離水，一旦形成毛細(xì)孔表面張力起作用就會析出蒸發(fā)，水分蒸發(fā)時混凝土體積就會收縮，這個收縮也屬于限制性收縮(自由不會產(chǎn)生裂縫)，當(dāng)能量驟集到一定程度，受拉力過大部位就會出現(xiàn)裂紋，而附近未解限的游離水會趁機而出，進一步加大其擴展也使裂縫更明顯，干縮裂縫也是常常出現(xiàn)在管片表面和側(cè)面，內(nèi)弧面極少是因為管片面的混凝土更密實和形狀不利于開裂。

要減少干縮開裂的辦法除了前面用來減少溫差開裂中的一些外，可適當(dāng)注意砂中的含水率和含泥量兩個指標(biāo)，事實證明被水潤透飽和的濕砂與含水量小的干砂最后的效果不一樣，攪拌機所帶的扣水加砂辦法只是對混凝土的可操作性有關(guān)。

2.4 溫差裂縫

溫差在管片生產(chǎn)、存放中經(jīng)常產(chǎn)生，如蒸養(yǎng)前后、脫模前后，管片入出水養(yǎng)池時，存儲中的暴冷暴熱，極易產(chǎn)生溫差裂縫的是前三種，由于管片的形狀原因加之配筋限制，在冷卻時會發(fā)生不規(guī)則的收縮，使管片產(chǎn)生裂紋，特別是外弧面上和止水槽外幾厘米的位置更嚴(yán)重，所以只有盡可能的克服和減少溫差現(xiàn)象，才能杜絕或減少管片的溫差裂紋。具體做法是:1)盡量不使用過熱水泥;2)在冬天提高混凝土入模溫度(30℃ ～32℃);3)蒸養(yǎng)時設(shè)定預(yù)養(yǎng)和降溫區(qū)間;4)脫模時避免風(fēng)吹，冬季要及時覆蓋;5)冬季最好采用涂養(yǎng)護劑方法進行養(yǎng)護;6)管片在暴曬狀況下不得灑水養(yǎng)護，夏季最好采用塑料布覆蓋養(yǎng)護。

2.5 管片表面龜裂

龜裂實屬裂縫的一種，是一種很細(xì)微的裂紋，用肉眼往往是看不到的。大體積混凝土表面比較常見，通常在比較干燥的情況下，人們用肉眼是看不到的(寬度小于0.02 mm)，但在用水濕潤時方可明顯看到，管片表面呈現(xiàn)出橫縱交錯、錯綜復(fù)雜狀，如龜殼紋路般的裂紋，人們把這種裂紋會由表面向縱深發(fā)展，不采取措施，肉眼不可見的裂縫，形象地稱之為龜裂。而在我們身邊這種裂縫比比皆是，如我們平常能看見的一些混凝土路面、混凝土橋梁的墩柱和墻壁等都會存在這種現(xiàn)象。

雖然龜裂現(xiàn)象比較普遍，未引起人們的高度重視，但往往會給人們帶來意想不到的麻煩，因為龜裂在初始時只存在于表面，若不及時發(fā)現(xiàn)、科學(xué)處理的話，仍會有發(fā)展成為有害裂縫的可能，如目前各大地鐵線路管片的滲漏水情況等，因此管片龜裂問題應(yīng)引起大家的高度重視和關(guān)注。針對管片龜裂現(xiàn)象現(xiàn)從以下幾點進行分析:

1)管片養(yǎng)生龜裂。a.地鐵管片在澆筑成型到加熱升溫前靜止放置時段，使混凝土在進入養(yǎng)護階段時具備一定的初始結(jié)構(gòu)強度，加大混凝土對升溫期結(jié)構(gòu)的破壞抵制能力，預(yù)養(yǎng)時間越長強度越大，在混凝土升溫養(yǎng)護過程中對結(jié)構(gòu)的內(nèi)部損傷就越小，但預(yù)養(yǎng)期不得過長，否則將影響生產(chǎn)周期，同時，預(yù)養(yǎng)期時間掌握不好，會直接導(dǎo)致管片龜裂的產(chǎn)生;b.管片在進行蒸養(yǎng)一定時間后，從蒸養(yǎng)室取出而放入水養(yǎng)池養(yǎng)護前未出現(xiàn)龜裂(但延遲1 d～2 d入池仍會出現(xiàn)龜裂);c.管片從水養(yǎng)池中取出時未出現(xiàn)龜裂，取出水養(yǎng)池后數(shù)小時或1 d～2 d后開始出現(xiàn)龜裂。管片龜裂程度比較輕時，用肉眼很難看到，需要用水濕潤才可見到;經(jīng)過靜置一段時間后，其管片表面會明顯的看到裂紋處呈白色的紋路，非裂紋處顏色較深，普遍呈黑色;而嚴(yán)重時，在管片表面明顯的可見到呈龜殼紋路樣的裂縫，大面積地存在于管片表面。

2)龜裂產(chǎn)生的原因。管片龜裂產(chǎn)生的原因比較復(fù)雜，有收縮的原因(一般出現(xiàn)在表面)，也有膨脹原因(一般出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)內(nèi)部)。其主要產(chǎn)生原因總結(jié)如下:a.混凝土坍落度、和易性較差，澆灌入模后骨料下沉，出現(xiàn)離析現(xiàn)象?；炷翉纳现料鲁蕦訝罘植迹来问巧皾{、小粒徑碎石、大粒徑碎石，使得收縮不一，導(dǎo)致龜裂(裂縫)的產(chǎn)生;b.混凝土養(yǎng)生不及時、沒有覆蓋，表面游離水蒸發(fā)過快或沒有嚴(yán)格按照管片的養(yǎng)生步驟及時間要求進行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生;c.撤除混凝土覆蓋物及時拆除模板后，混凝土管片自身與外界溫差過大;d.分層澆筑混凝土?xí)r間跨度過大，其本身與外界溫差懸殊;e.水泥選用不當(dāng)，未采用收縮率較小的水泥或水泥用量過多，水灰比過大;f.細(xì)骨料不達(dá)標(biāo)，砂子過細(xì)或含泥量過大等;g.外加劑保水性差，失水量過大，收縮較大，反之，保水性越好，混凝土收縮越小;h.振搗方式及時間，機械振搗與手工振搗相比，機械搗固方式混凝土收縮性較小，時間根據(jù)所使用機械性能而定，一般以5 s/次～15 s/次為宜，時間短振搗不密實，形成混凝土強度不足或不均勻;時間長造成分層，粗骨料下沉，細(xì)骨料上浮，強度不均勻，表面易發(fā)生收縮裂縫。

綜上所述，管片產(chǎn)生龜裂的原因很多，歸納起來其主要原因有兩個:干燥收縮和碳化收縮。兩者作用相互疊加會導(dǎo)致龜裂更容易產(chǎn)生。當(dāng)管面配筋安裝不到位，管片表面抗拉強度相對不足，也是一個重要原因。

3)龜裂的解決方法。a.采取措施，降低混凝土的入模溫度，入模溫度控制在12℃ ～25℃間;b.選用低熱優(yōu)質(zhì)品牌水泥;c.選用線膨脹系數(shù)低的細(xì)骨料;d.嚴(yán)格控制粗骨料粒徑，建議使用連續(xù)級配，且最大粒徑不大于32 mm;e.嚴(yán)格、科學(xué)試配，摻加適量引氣劑;f.嚴(yán)格按規(guī)范要求控制水泥用量，并采用不低于Ⅱ級的優(yōu)質(zhì)粉煤灰等量代替部分水泥;g.拆模后及時采用塑料薄膜進行包裹，并采用灑水養(yǎng)護方法進行養(yǎng)護，嚴(yán)格控制其溫度及結(jié)構(gòu)表面飽和度;h.采用摻杜拉纖維處理表面，使表面強度發(fā)展加快;i.嚴(yán)格控制粗、細(xì)骨料的堿含量，以減少碳化的影響;j.嚴(yán)格控制管片的野蠻吊裝及運輸，以減少對管片的硬性損傷。

3 結(jié)語

1)介紹了管片產(chǎn)生氣泡的原因，指出采取合理措施可避免或減少氣泡的發(fā)生;2)分類說明裂縫產(chǎn)生的原因，敘述避免產(chǎn)生裂縫的措施;重點說明管片龜裂的產(chǎn)生情況、產(chǎn)生的原因及解決的思路;3)管片龜裂是一種很細(xì)微的裂紋，肉眼不可見，初始時只存在于表面，若不及時發(fā)現(xiàn)、科學(xué)處理仍會有發(fā)展成為對結(jié)構(gòu)使用年限有害的裂縫;4)嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量、堿含量，科學(xué)試配，確認(rèn)合理的配合比，施工過程程序化、自動化，減少人為因素，合理組織施工，從原材料控制，減少水化熱及碳化收縮引起龜裂的產(chǎn)生;從半成品、成品控制，減少構(gòu)件因瞬間干縮引起的干縮裂縫;從場內(nèi)吊裝、運輸及現(xiàn)場吊卸控制，減少管片在裝、卸及運輸中的硬性損壞。

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