混凝土管片裂紋分析及質量控制

摘要：混凝土管片裂紋是目前施工比較難克服的質量通病之一，文章針對盾構管道工程小體積管片施工技術的重、難點，結合有關專家的意見進行歸納，結合北江盾構穿越工程管片施工過程中的實際經驗。介紹了盾構管片施工過程中不同裂紋類型、形成原因及控制重、難點，對關鍵工序及關鍵工藝進行重點介紹，供在生產過程應用。

關鍵字：管片 溫度裂紋 塑性裂紋 成因 措施

中圖分類號: U45 文獻標識碼：A文章編號：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的主要因素，對混凝土抗碳化、抗凍融、抗疲勞、抗滲等方面有影響，也是影響隧道質量的主要方面。對于隧道、地下管道工程來說，一旦管片本身出現致命缺陷，可能就會產生災難性的后果。管片裂紋的防治技術，顯得尤為重要。混凝土裂紋盡管看似復雜，其實，從它的原材料、配合比性能、施工工序等方面，加強監管和控制是完全可以避免的。

管片裂紋產生的主要部位有：外弧面裂紋、側面裂紋、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、混凝土坍落度不當引起的裂紋。為了清晰的認識裂紋的現象和產生原因，從而更好地控制，分為溫度裂紋和收縮裂紋來分析。

1 溫度裂紋

1.1 現象

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出現，表層以下的結構仍保持完整。

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，混凝土內部溫度升高并且膨脹，而混凝土表面處于冷卻和收縮狀態，如果內外形成溫差過大，則在混凝土表面產生拉應力，加之混凝土早起抗拉強度較低，出現裂紋。裂紋的寬度和深度取決于熱的混凝土內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大也是混凝土產生裂紋的原因之一。

2 收縮裂紋

2.1 現象

收縮裂紋，在新澆注的管片表面形成直線，長短不一，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，當外界氣溫高，風速大，氣候干燥的情況下出現。

2.2 成因分析

管片側面止水條位置產生的收縮裂紋，與混凝土本身的性能關系較大，當側面出現裂紋時，應先核查混凝土各種原材料是否符合規范設計要求。混凝土堿含量也是主要因素之一，具體表現為，混凝土表面堿含量越高，則表面的碳化越快，收縮也越大，越容易在早期產生裂紋。

2.2.1塑性收縮裂紋：

① 混凝土澆筑后，表面沒有及時覆蓋，受風吹日曬，表面有利水分蒸發過快，產生急劇的體積收縮，而此時混凝土早期強度低，不能抵抗這種變形應力而導致開裂；

② 使用收縮較大的水泥，水泥用量過多，或使用過量的粉砂，或混凝土水灰比過大；

③ 混凝土坍落度大，流動度過大。

2.2.2干燥裂紋

管片混凝土干燥收縮的嚴重程度直接與體積有關系，干燥收縮的大小與混凝土的體積穩定性直接相關，并受環境相對濕度的影響，相對于大體積管片來說，小體積管片的裂紋現象，產生的幾率較小。

下列情況單獨或同時出現，將加速混凝土表面的水分蒸發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 風速大。

綜上，管片裂紋產生的原因，基本上是由于水分蒸發和漿體收縮，收縮應力大于混凝土的抗拉強度引起的。也就是說，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。在混凝土硬化初期，主要是水泥凝固結硬過程中產生的體積變化，后期主要是混凝土內部自由水分蒸發而引起的干縮變形。

3 預防措施

3.1施工配合比的準確有效性是控制管片裂紋的根本要素

在實際生產中，我們的混凝土配合比是通過有相關資質的部門出據的，但施工方應該具備設計驗證配合比的能力，才能更好地指導生產，解決生產中遇到的具體問題。然而對于既定的管片混凝土配合比，如何更好的運用到生產中，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，以粗骨料的體積穩定性最好，砂子次之，收縮變形主要發生在水泥及摻合料構成的漿體和砂漿上。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，對減少干燥收縮裂紋以及提高混凝土的穩定性，強度和耐久性是有利的。配置混凝土時，嚴格控制水灰比和水泥用量，根據現場施工環境及時調整、準確計量。重點要求如下：

① 水泥選用，考慮早期強度、堿含量以及與外加劑的適應性。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，減小混凝土凝結過程水化熱與外界溫度差，降低水泥導致的管片裂紋出現。同時嚴格按照混凝土配合比報告施工，不是水泥越多越好。

② 粗集料（石），選用級配良好的連續級配的粗集料（0.5mm-31.5mm），并且粗集料應盡量粗些，良好的級配能更好地保證管片強度的同時，能很好的保證管片密實度，減小空隙，降低凝結過程的收縮，減小管片裂紋的出現；

③ 砂，以粗砂為宜，若因施工條件限制選用中砂，中砂應盡量粗些。對砂的選擇除了考慮符合規范要求的同時，和粗集料的選用一樣考慮密實性。除此之外，還因為砂較細的情況下，容易導致混凝土中膠體多，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度的迅速增長，還可使密實度提高，形成優質混凝土。長期的施工經驗和研究表明，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，對施工性及硬化后混凝土的抗滲性和強度有直接影響，因此加強坍落度的檢測和控制是十分必要的。根據地下防水工程施工規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，經過振動棒的振搗，粗骨料在管片內部產生離析現象下沉，導致細骨料水泥漿被擠壓浮至混凝土表層，將會在管片外弧面產生裂紋。而坍落度偏小的情況下，不能滿足混凝土水化收縮需求的，將會產生干燥收縮裂紋。

3.1.4總堿含量要求

混凝土中堿含量高的質量病害表現在，管片裂紋、工程結構受到破壞等方面，是管片耐久性的主要危害。因此，在工程開工前，進行混凝土總堿含量的測試符合規范及設計要求，是保證混凝土性能的重要措施。

3.2 養護

3.2.1 管片出模前養護

管片混凝土初凝后，應及時用塑料薄膜覆蓋表面。冬季施工，因水化熱產生的熱量同外界形成較大溫差，這種溫差一般都會直接導致管片表面出現溫差裂紋；而夏季施工，因外界溫度高，加之水化熱溫度，導致混凝土內部水分流失迅速，影響管片整體結構。故應及時覆蓋薄膜，保證混凝土水化熱所需水分。

3.2.2 管片水養護

管片水養護不及時或養護時間短，均會產生收縮裂紋，保證水養護時間和養護水的質量是避免水養護產生裂紋的關鍵措施。水養護入池養護的時間最好不少于14天，最低不少于7天。出池管片，在外界環境溫度高的情況下，應繼續噴淋養護，避免暴曬引起的裂紋。養護水的質量包括水溫和PH值，水溫控制在20℃為宜，PH值控制在7-8。養護水的更換時間與養護管片量和養護水質量本身有關，一般每三個月更換一次水。

3.3 蒸養對管片裂紋的影響

管片蒸養溫度及時間不能很好的控制，將直接導致混凝土內部結構損壞，表現在蒸養完成后，表面出現明顯裂紋，在后期繼續增長。

管片混凝土蒸養分為四個時期：預養期、升溫期、恒溫期、降溫期。預養期指混凝土管片澆注成型后，靜停放置的時間。最佳預養期為混凝土強度達到0.39-0.49MPa時所需的時間。預養期作用在于提高水泥在蒸養以前的水化程度，使混凝土具有初始結構強度，以增強混凝土對升溫期結構破壞的抵御力。蒸養過程中，升溫不宜超過15℃/h，恒溫時間長不一定好，一般1.5h-2h為宜，恒溫時間長可能出現強度波動現象，破壞混凝土構件，降溫不宜超過20℃/h。整個管片蒸養時間控制在5h-6h。低水灰比的混凝土比較適宜管片的蒸養。

3.4 抹面

抹面次數和時間的控制，將影響管片外弧面結構是否密實，抹面不及時還會導致因管片水分流失過快，而出現收縮裂紋，對管片質量產生影響。整個抹面過程應按照三個步驟進行：一、粗抹面：即使用鋁合金壓尺，刮平去掉多余砼（或填補凹陷處），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，用長匙精工抹面，力求使表面光亮無灰匙印。通過，對抹面時間和次數的控制，保證管片外弧面結構密實，減小因表面粗糙，水分流失過快帶來的管片裂紋。

最后，管片預制中很容易產生裂紋，但只要在配合比設計、原材料選取、施工工藝及養護過程中，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對一般管片裂縫可用環氧膠泥封閉；對較寬較深裂紋，應先沿縫鑿成V字形凹槽，清理干凈，再用環氧膠泥、環氧砂漿或水泥砂漿補縫，或增加鋪貼環氧玻璃布處理；

② 對較嚴重的貫穿裂縫，應采用環氧或甲凝灌漿處理，或進行結構加固。

5 其他注意事項

①管片生產應在避免強日照和溫差大的地方，防止強風吹襲和烈日暴曬；

② 混凝土澆注應分層澆筑，有利于振搗密實，減少收縮量；

③ 夏季施工應考慮冷卻混凝土組成材料，使混凝土的初始溫度降低；

④ 通過微調混凝土坍落度，來適應夏季施工和冬季施工溫度影響。

最后，管片預制中很容易產生裂紋，但只要在配合比設計、原材料選取、施工工藝及養護過程中，充分控制好各種因素，管片混凝土裂紋是完全可以避免的。

參考文獻

[1] GB 50208-2002 地下防水工程質量驗收規范.山西省建設廳著.中國建筑專業出版社.2002

[2] GB 50010-2010 混凝土結構設計規范.中華人名共和國住房和城鄉建設部. 2011

[3] 常 翔.混凝土堿-骨料反應的預防[M].《隧道建設》.2006.第5期

[4] 王鐵夢.工程結構裂縫控制[M].中國建筑工業出版社.2002

[5] 馮乃謙.實用混凝土大全[M].科學出版社.2001

[6] 吳良群.橋梁工程中大體積混凝土裂縫的諸多因素及防治措施.廣東建材.2011.第8期