談管片生產常見問題及表面龜裂現象

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形式，體現的是素面朝天、樸實無華、自然沉穩的品位。所以說對質量的要求更加嚴格，但只要在生產時注意到下列技術關鍵，就能生產出內實外美的管片。

1)原材料產地統一，所用水泥、粉煤灰保持采用同一生產廠家，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)混凝土配合比的設計和選定，必須經過嚴格試配，反復進行試驗而確定;3)混凝土入模的溫度及和易性都要嚴格按試配時所采集的相關數據進行控制，絕不能出現分層離析的現象;4)脫模劑要選配適當，最好采用帶消泡功能、無污染的水溶性脫模劑;5)養護要到位，管片若護養不當，表面極容易因失水而出現微裂縫，影響外觀質量和耐久性。

現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，時常只能看見內弧面，故在外露面上不得有氣泡。而實際上由于生產工藝原因，不管采用哪種振動方式在內弧上出現的氣泡都最少，而管片兩側是氣泡出現較多的地方。特別是止水條粘貼槽內更多，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;含泥量大會出現過多氣泡。

2)混凝土配合的不合理，減水劑質量不達標或者過量、砂不達標，水灰比過(大)小，生產出的混凝土粘度太大也會出現過多氣泡。

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弧上出現的氣泡都最少，但振動工藝的選擇，間接影響管片的質量，管片是否密實，預留榫槽氣泡能否排除與振動器具的選擇有密切關系。

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

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部，是使混凝土含氣率增加的因素。

經過上述敘述，我們初步了解了氣泡產生的原因，但在管片生產中氣泡是不能完全消除的，但可以避免或減少氣泡的產生。同時也希望國家出臺相關指導叢書或相關規范，給施工及監理方一個界定標準。

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工程的質量，該種裂縫一般會很深、很長直至通裂，在管片廠內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、存放受力不當所致，在盾構工地往往是卸車不小心;下井時不小心;因盾構機姿態變異造成已拼成環的端面不在一個平面上，而使新拼管片的縱向受力不均產生的剪切力使得管片后端呈受拉狀態，就會產生向前方沿伸的裂紋，管片在受拉狀態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，除了改進自身設備，操作方法，存放條件外還應多與施工單位溝通交流，特別是對一些新入行的盾構施工單位給予更多的幫助，據多年來的經驗看，凡是溝通多、服務做得好，管片廠與施工單位的關系好，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反應過程。其中膠凝物分子鏈的交聯反應和水分的散失遷移，使得管片深層水分向表層的遷移發生困難，即泌水小于表層蒸發，表層在不斷干縮，一旦形成有規律的走向，就會出現裂紋，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的這種裂紋是最后一次收面時間結束太早，而覆蓋時間又太晚造成的，另外，當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(已經形成蛋殼狀)會造成更多的龜裂現象，這在當時是看不出來的，有些廠家(監理)過于追求外弧面光滑，最易出現這種龜裂。要杜絕或減少這種現象，不光要選擇合理的混凝土配合比，原材料(水泥不能過細)，還要適當增加攪拌時間(一般在120 s～180 s之間)，不過多摻用減水劑和過低的水膠比，還應嚴格控制收面工藝(時間、次數、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生，那就是失水所造成的后果。當混凝土在塑性時，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，一旦形成毛細孔表面張力起作用就會析出蒸發，水分蒸發時混凝土體積就會收縮，這個收縮也屬于限制性收縮(自由不會產生裂縫)，當能量驟集到一定程度，受拉力過大部位就會出現裂紋，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在管片表面和側面，內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，可適當注意砂中的含水率和含泥量兩個指標，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。

2.4 溫差裂縫

溫差在管片生產、存放中經常產生，如蒸養前后、脫模前后，管片入出水養池時，存儲中的暴冷暴熱，極易產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，在冷卻時會發生不規則的收縮，使管片產生裂紋，特別是外弧面上和止水槽外幾厘米的位置更嚴重，所以只有盡可能的克服和減少溫差現象，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)蒸養時設定預養和降溫區間;4)脫模時避免風吹，冬季要及時覆蓋;5)冬季最好采用涂養護劑方法進行養護;6)管片在暴曬狀況下不得灑水養護，夏季最好采用塑料布覆蓋養護。

2.5 管片表面龜裂

龜裂實屬裂縫的一種，是一種很細微的裂紋，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，管片表面呈現出橫縱交錯、錯綜復雜狀，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象。

雖然龜裂現象比較普遍，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，若不及時發現、科學處理的話，仍會有發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引起大家的高度重視和關注。針對管片龜裂現象現從以下幾點進行分析:

1)管片養生龜裂。a.地鐵管片在澆筑成型到加熱升溫前靜止放置時段，使混凝土在進入養護階段時具備一定的初始結構強度，加大混凝土對升溫期結構的破壞抵制能力，預養時間越長強度越大，在混凝土升溫養護過程中對結構的內部損傷就越小，但預養期不得過長，否則將影響生產周期，同時，預養期時間掌握不好，會直接導致管片龜裂的產生;b.管片在進行蒸養一定時間后，從蒸養室取出而放入水養池養護前未出現龜裂(但延遲1 d～2 d入池仍會出現龜裂);c.管片從水養池中取出時未出現龜裂，取出水養池后數小時或1 d～2 d后開始出現龜裂。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)龜裂產生的原因。管片龜裂產生的原因比較復雜，有收縮的原因(一般出現在表面)，也有膨脹原因(一般出現在結構內部)。其主要產生原因總結如下:a.混凝土坍落度、和易性較差，澆灌入模后骨料下沉，出現離析現象。混凝土從上至下呈層狀分布，依次是砂漿、小粒徑碎石、大粒徑碎石，使得收縮不一，導致龜裂(裂縫)的產生;b.混凝土養生不及時、沒有覆蓋，表面游離水蒸發過快或沒有嚴格按照管片的養生步驟及時間要求進行標準養生;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.分層澆筑混凝土時間跨度過大，其本身與外界溫差懸殊;e.水泥選用不當，未采用收縮率較小的水泥或水泥用量過多，水灰比過大;f.細骨料不達標，砂子過細或含泥量過大等;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，細骨料上浮，強度不均勻，表面易發生收縮裂縫。

綜上所述，管片產生龜裂的原因很多，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致龜裂更容易產生。當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.選用低熱優質品牌水泥;c.選用線膨脹系數低的細骨料;d.嚴格控制粗骨料粒徑，建議使用連續級配，且最大粒徑不大于32 mm;e.嚴格、科學試配，摻加適量引氣劑;f.嚴格按規范要求控制水泥用量，并采用不低于Ⅱ級的優質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，并采用灑水養護方法進行養護，嚴格控制其溫度及結構表面飽和度;h.采用摻杜拉纖維處理表面，使表面強度發展加快;i.嚴格控制粗、細骨料的堿含量，以減少碳化的影響;j.嚴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 結語

1)介紹了管片產生氣泡的原因，指出采取合理措施可避免或減少氣泡的發生;2)分類說明裂縫產生的原因，敘述避免產生裂縫的措施;重點說明管片龜裂的產生情況、產生的原因及解決的思路;3)管片龜裂是一種很細微的裂紋，肉眼不可見，初始時只存在于表面，若不及時發現、科學處理仍會有發展成為對結構使用年限有害的裂縫;4)嚴格控制原材料質量、堿含量，科學試配，確認合理的配合比，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生;從半成品、成品控制，減少構件因瞬間干縮引起的干縮裂縫;從場內吊裝、運輸及現場吊卸控制，減少管片在裝、卸及運輸中的硬性損壞。

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