谈管片生产常见问题及表面龟裂现象

王振华 郭瑞芝

(中铁三局集团第二工程有限公司，河北石家庄 050000)

管片生产采用清水混凝土，清水混凝土又称装饰性混凝土，按一次成型，不做任何外装饰，需要表面平整光滑、色泽均匀、棱角分明、无碰损和污染。它的特点代表了混凝土材料中最高的表达形式，体现的是素面朝天、朴实无华、自然沉稳的品位。所以说对质量的要求更加严格，但只要在生产时注意到下列技术关键，就能生产出内实外美的管片。

1)原材料产地统一，所用水泥、粉煤灰保持采用同一生产厂家，砂石的色泽和颗粒级配均匀，且必须按要求每次进行进场验收;2)混凝土配合比的设计和选定，必须经过严格试配，反复进行试验而确定;3)混凝土入模的温度及和易性都要严格按试配时所采集的相关数据进行控制，绝不能出现分层离析的现象;4)脱模剂要选配适当，最好采用带消泡功能、无污染的水溶性脱模剂;5)养护要到位，管片若护养不当，表面极容易因失水而出现微裂缝，影响外观质量和耐久性。

现就管片混凝土控制重难点分述如下。

1 表面气泡

由于管片的特殊性，时常只能看见内弧面，故在外露面上不得有气泡。而实际上由于生产工艺原因，不管采用哪种振动方式在内弧上出现的气泡都最少，而管片两侧是气泡出现较多的地方。特别是止水条粘贴槽内更多，气泡的形状、大小、深度各不相同。

气泡形成的原因大概有以下几点:

1)原材料如水泥中的助磨剂，减水剂中的引气剂，砂石料的形状不佳;含泥量大会出现过多气泡。

2)混凝土配合的不合理，减水剂质量不达标或者过量、砂不达标，水灰比过(大)小，生产出的混凝土粘度太大也会出现过多气泡。

3)混凝土搅拌时间不够，和易性差、触变性差;振动时混凝土流动性差、气泡不易排出。

4)虽说不管采用哪种振动方式在内弧上出现的气泡都最少，但振动工艺的选择，间接影响管片的质量，管片是否密实，预留榫槽气泡能否排除与振动器具的选择有密切关系。

5)模具的形状设计是否合理，是否利于气泡排出。如有些城市设计的管片端侧面带榫槽，形状太复杂或止水槽太深等。

6)对管片表面影响最大的就是脱模剂。同样是界面上的气泡，好的脱模剂表面张力大对气泡的排斥性强，利于气泡析出或减小与模具的接触面。脱模剂的选择尽量要多做试验，使模具表面张力越大越好，脱模剂的使用也必须正确，注意一定要干燥成膜后使用。

7)选择搅拌方式不合理也会让混凝土含气率增加。投料次序影响搅拌效果，双卧轴搅拌机搅拌小直径骨料剪切强度低，并且搅拌叶片容易把空气打到混凝土内部，是使混凝土含气率增加的因素。

经过上述叙述，我们初步了解了气泡产生的原因，但在管片生产中气泡是不能完全消除的，但可以避免或减少气泡的产生。同时也希望国家出台相关指导丛书或相关规范，给施工及监理方一个界定标准。

2 裂缝(纹)

2.1 物理(损伤)裂缝

所谓物理(损伤)裂缝，就是人为的直接或间接地造成的对管片的伤害，其直接影响到管片能否正常使用或盾构工程的质量，该种裂缝一般会很深、很长直至通裂，在管片厂内往往是因为管片强度低、工装不合理所致。造成该裂缝的直接原因是吊运操作不当、存放受力不当所致，在盾构工地往往是卸车不小心;下井时不小心;因盾构机姿态变异造成已拼成环的端面不在一个平面上，而使新拼管片的纵向受力不均产生的剪切力使得管片后端呈受拉状态，就会产生向前方沿伸的裂纹，管片在受拉状态的抵抗力不足受压抵抗力的1/10。

知道了物理性损伤裂缝的成因，减少或杜绝它就不难，除了改进自身设备，操作方法，存放条件外还应多与施工单位沟通交流，特别是对一些新入行的盾构施工单位给予更多的帮助，据多年来的经验看，凡是沟通多、服务做得好，管片厂与施工单位的关系好，施工就很顺利、问题就少。

2.2 塑性裂缝

混凝土在固化提升强度前产生的裂缝:混凝土从搅拌到固化，一直伴随着许多物理过程和化学反应过程。其中胶凝物分子链的交联反应和水分的散失迁移，使得管片深层水分向表层的迁移发生困难，即泌水小于表层蒸发，表层在不断干缩，一旦形成有规律的走向，就会出现裂纹，但这种裂纹随着人工收面过程会被消除，往往管片外弧面出现的这种裂纹是最后一次收面时间结束太早，而覆盖时间又太晚造成的，另外，当最后一次收面收得太晚，管片表层失水，硬化速度大于深处时(已经形成蛋壳状)会造成更多的龟裂现象，这在当时是看不出来的，有些厂家(监理)过于追求外弧面光滑，最易出现这种龟裂。要杜绝或减少这种现象，不光要选择合理的混凝土配合比，原材料(水泥不能过细)，还要适当增加搅拌时间(一般在120 s～180 s之间)，不过多掺用减水剂和过低的水胶比，还应严格控制收面工艺(时间、次数、工具等)，最后一次收面后及时覆盖。

2.3 干缩裂缝

混凝土在塑性时有干缩，在固化后乃至成品都有干缩产生，那就是失水所造成的后果。当混凝土在塑性时，其水胶比一般在0.3以上，能参加水化反应的水只在0.25～0.26之间，多余的水分在满足了工艺流动性需要外，会成为游离水，一旦形成毛细孔表面张力起作用就会析出蒸发，水分蒸发时混凝土体积就会收缩，这个收缩也属于限制性收缩(自由不会产生裂缝)，当能量骤集到一定程度，受拉力过大部位就会出现裂纹，而附近未解限的游离水会趁机而出，进一步加大其扩展也使裂缝更明显，干缩裂缝也是常常出现在管片表面和侧面，内弧面极少是因为管片面的混凝土更密实和形状不利于开裂。

要减少干缩开裂的办法除了前面用来减少温差开裂中的一些外，可适当注意砂中的含水率和含泥量两个指标，事实证明被水润透饱和的湿砂与含水量小的干砂最后的效果不一样，搅拌机所带的扣水加砂办法只是对混凝土的可操作性有关。

2.4 温差裂缝

温差在管片生产、存放中经常产生，如蒸养前后、脱模前后，管片入出水养池时，存储中的暴冷暴热，极易产生温差裂缝的是前三种，由于管片的形状原因加之配筋限制，在冷却时会发生不规则的收缩，使管片产生裂纹，特别是外弧面上和止水槽外几厘米的位置更严重，所以只有尽可能的克服和减少温差现象，才能杜绝或减少管片的温差裂纹。具体做法是:1)尽量不使用过热水泥;2)在冬天提高混凝土入模温度(30℃ ～32℃);3)蒸养时设定预养和降温区间;4)脱模时避免风吹，冬季要及时覆盖;5)冬季最好采用涂养护剂方法进行养护;6)管片在暴晒状况下不得洒水养护，夏季最好采用塑料布覆盖养护。

2.5 管片表面龟裂

龟裂实属裂缝的一种，是一种很细微的裂纹，用肉眼往往是看不到的。大体积混凝土表面比较常见，通常在比较干燥的情况下，人们用肉眼是看不到的(宽度小于0.02 mm)，但在用水湿润时方可明显看到，管片表面呈现出横纵交错、错综复杂状，如龟壳纹路般的裂纹，人们把这种裂纹会由表面向纵深发展，不采取措施，肉眼不可见的裂缝，形象地称之为龟裂。而在我们身边这种裂缝比比皆是，如我们平常能看见的一些混凝土路面、混凝土桥梁的墩柱和墙壁等都会存在这种现象。

虽然龟裂现象比较普遍，未引起人们的高度重视，但往往会给人们带来意想不到的麻烦，因为龟裂在初始时只存在于表面，若不及时发现、科学处理的话，仍会有发展成为有害裂缝的可能，如目前各大地铁线路管片的渗漏水情况等，因此管片龟裂问题应引起大家的高度重视和关注。针对管片龟裂现象现从以下几点进行分析:

1)管片养生龟裂。a.地铁管片在浇筑成型到加热升温前静止放置时段，使混凝土在进入养护阶段时具备一定的初始结构强度，加大混凝土对升温期结构的破坏抵制能力，预养时间越长强度越大，在混凝土升温养护过程中对结构的内部损伤就越小，但预养期不得过长，否则将影响生产周期，同时，预养期时间掌握不好，会直接导致管片龟裂的产生;b.管片在进行蒸养一定时间后，从蒸养室取出而放入水养池养护前未出现龟裂(但延迟1 d～2 d入池仍会出现龟裂);c.管片从水养池中取出时未出现龟裂，取出水养池后数小时或1 d～2 d后开始出现龟裂。管片龟裂程度比较轻时，用肉眼很难看到，需要用水湿润才可见到;经过静置一段时间后，其管片表面会明显的看到裂纹处呈白色的纹路，非裂纹处颜色较深，普遍呈黑色;而严重时，在管片表面明显的可见到呈龟壳纹路样的裂缝，大面积地存在于管片表面。

2)龟裂产生的原因。管片龟裂产生的原因比较复杂，有收缩的原因(一般出现在表面)，也有膨胀原因(一般出现在结构内部)。其主要产生原因总结如下:a.混凝土坍落度、和易性较差，浇灌入模后骨料下沉，出现离析现象。混凝土从上至下呈层状分布，依次是砂浆、小粒径碎石、大粒径碎石，使得收缩不一，导致龟裂(裂缝)的产生;b.混凝土养生不及时、没有覆盖，表面游离水蒸发过快或没有严格按照管片的养生步骤及时间要求进行标准养生;c.撤除混凝土覆盖物及时拆除模板后，混凝土管片自身与外界温差过大;d.分层浇筑混凝土时间跨度过大，其本身与外界温差悬殊;e.水泥选用不当，未采用收缩率较小的水泥或水泥用量过多，水灰比过大;f.细骨料不达标，砂子过细或含泥量过大等;g.外加剂保水性差，失水量过大，收缩较大，反之，保水性越好，混凝土收缩越小;h.振捣方式及时间，机械振捣与手工振捣相比，机械捣固方式混凝土收缩性较小，时间根据所使用机械性能而定，一般以5 s/次～15 s/次为宜，时间短振捣不密实，形成混凝土强度不足或不均匀;时间长造成分层，粗骨料下沉，细骨料上浮，强度不均匀，表面易发生收缩裂缝。

综上所述，管片产生龟裂的原因很多，归纳起来其主要原因有两个:干燥收缩和碳化收缩。两者作用相互叠加会导致龟裂更容易产生。当管面配筋安装不到位，管片表面抗拉强度相对不足，也是一个重要原因。

3)龟裂的解决方法。a.采取措施，降低混凝土的入模温度，入模温度控制在12℃ ～25℃间;b.选用低热优质品牌水泥;c.选用线膨胀系数低的细骨料;d.严格控制粗骨料粒径，建议使用连续级配，且最大粒径不大于32 mm;e.严格、科学试配，掺加适量引气剂;f.严格按规范要求控制水泥用量，并采用不低于Ⅱ级的优质粉煤灰等量代替部分水泥;g.拆模后及时采用塑料薄膜进行包裹，并采用洒水养护方法进行养护，严格控制其温度及结构表面饱和度;h.采用掺杜拉纤维处理表面，使表面强度发展加快;i.严格控制粗、细骨料的碱含量，以减少碳化的影响;j.严格控制管片的野蛮吊装及运输，以减少对管片的硬性损伤。

3 结语

1)介绍了管片产生气泡的原因，指出采取合理措施可避免或减少气泡的发生;2)分类说明裂缝产生的原因，叙述避免产生裂缝的措施;重点说明管片龟裂的产生情况、产生的原因及解决的思路;3)管片龟裂是一种很细微的裂纹，肉眼不可见，初始时只存在于表面，若不及时发现、科学处理仍会有发展成为对结构使用年限有害的裂缝;4)严格控制原材料质量、碱含量，科学试配，确认合理的配合比，施工过程程序化、自动化，减少人为因素，合理组织施工，从原材料控制，减少水化热及碳化收缩引起龟裂的产生;从半成品、成品控制，减少构件因瞬间干缩引起的干缩裂缝;从场内吊装、运输及现场吊卸控制，减少管片在装、卸及运输中的硬性损坏。

［1］ 唐志成，何 川，林 刚.地铁盾构隧道管片结构力学行为模型试验研究［J］.岩土工程学报，2005(27):85-89.

［2］ 马永红.清水混凝土施工技术的应用研究［J］.山西建筑，2006，32(19):130-131.

［3］ ［英］F.M.李.水泥和混凝土化学［M］.北京:中国工业出版社，1966.

［4］ 王铁梦.工程结构裂缝控制［M］.北京:中国建筑工业出版社，2002.

［5］ 沈 威，黄文熙，闵盘荣.水泥工艺学［M］.武汉:武汉工业大学出版社，1991.