预制混凝土管片生产工艺及质量控制研究

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摘要：随着社会的发展与进步，重视预制混凝土管片生产工艺及质量控制对于现实生活具有重要的意义。本文主要介绍预制混凝土管片生产工艺及质量控制的有关内容。

关键词 ：预制混凝土管片生产；工艺；质量控制；

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

引言

预制钢筋混凝土盾构管片（以下简称管片）是盾构隧道施工的主要构件，也是隧道防水、防火和耐久行等综合性能的保证，所以对管片质量的要求极高。下面结合长株潭城际铁路树木岭隧道项目部的管片生产，讨论管片生产质量的控制技术。

管片简介

盾构区间：主要采用直径9.33m的土压平衡盾构机掘进，管片外径9m，内径8.1m；每环分八块（5块标准块B1、B2、B3、B4、B5，2块邻接块L1、L2和1块封顶块F），管片厚度0.45m，环宽1.8m（平均），共计6658环，联络通道18个。管片采用通用楔形环，楔形量32mm，采用通用楔形。衬砌环的纵、环缝采用斜螺栓连接，包括22个纵向连接螺栓和16个环向连接螺栓。衬砌环一般采用错缝拼装，特殊条件下也可采用通缝拼装，不宜连续超过3环。

图1

为预制管片，我项目部特设1管片预制场，采用8套高精度的钢模具进行生产，管片每环8块，共需生产53264块，约需15万m3混凝土。混凝土强度等级为C50，抗渗等级为P12。

二、管片生产工艺选择

2.1 管片生产场地总体规划与平面布置要求

管片作为一种具有标准规格形状的钢筋混凝土构件，因地下工程功能需要，对管片的加工质量提出了很高的精度和性能要求，采用工业化定型工艺生产可以充分发挥预制混凝土的技术经济优势和特点，确保管片的加工精度要求和产品的质量稳定性，达到提高产品质量和经济效益的目的。

管片生产工艺按其流水特点，一般可分为固定台座法、机组流水法及流水传送法三种方式，作为专业生产管片的工厂或车间的总体规划和平面布置，应结合管片生产的工艺特点进行，方案选择时应考虑产量、市场特点、投资规模、地区特色及现有设施的充分利用等因素，慎重选用的合适生产工艺。在保证满足生产工艺合理紧凑、生产及储存场地面积、场内道路通畅及人流物流组织有序的总体布局要求基础上，要合理规划混凝土配料区、钢筋加工区、管片成型区、养护区及存放区的平面位置和场地大小，充分考虑各工序之间的搭接和流水，保证最大限度地满足提高管片的生产效率和产品质量，达到降低生产成本的目的。

2.2管片生产工艺方案的选择

图2管片生产工艺流程

管片生产工艺方案的选择是确保管片质量和加工进度计划实施的关键。通过对目前国内外应用的固定台座法、机组流水法及流水传送法三种典型工艺的研究比较与分析，笔者认为，在现阶段我国宜提倡采用固定台座法工艺生产管片。因为，无论是采用附着式振捣还是手动插入式振捣方式在国内的应用均很成熟，且管片成型便捷，一次性投资少。在这里特别指出后两种工艺存在的隐患是管片和模具的重量太大，由于模板的吊装或运动过于频繁，如模具的刚度或结构不合理，极易造成高精度模具变形或损坏，模具使用寿命的影响必须予以考虑。同时应该充分考虑流水传送法模板在行进过程中的变形和振动对成型后的混凝土初期硬化质量的影响。

三、管片生产质量控制技术

3.1 建立质量管理体系及技术质量标准

为保证管片的产品质量，管片生产项目部必须根据自身条件和特点，建立适宜的质量管理体系，制定并实施较为严格的操作质量标准和质量验收标准，同时提出正确的指导原则。我部明确提出了在管片生产的指导原则，即“以质量为中心，强化过程管理，加大科研力度，管理与科研相结合”，以质量为中心是生产的目的和原则，加强管理与科研是实现目的两个手段，严格控制原材料质量，各生产工序都进行严格的管理，加强试研力量，实行科研、施工相结合，全员管理和全过程管理相结合，使得管片质量得到了保证。

3.2 混凝土技术参数的优化控制

3.2.1最优配合比的确定

混凝土技术性质在很大程度上影响着管片的浇注施工操作，最终影响到成型管片的质量。混凝土的流动性、粘聚性、保水性是其最主要的内容，是管片孔洞、麻面、气泡、裂缝产生的主要因素，亦是解决管片质量缺陷的首要出发点。

3.2.2 合理砂率的控制

砂率是混凝土的重要参数之一，对混凝土的技术性质有着显著的影响。砂率过大，骨料的总表面积及空隙率增大，水泥浆相对显得少，减弱了水泥浆的作用，从而使得混凝土的流动性减小，不利于气体的移动排除；砂率过小，不能保证在粗骨料之间有足够的砂浆层，同样会降低混凝土的流动性，而且影响混凝土的粘聚性及保水性，容易造成混凝土离析，是管片气孔、蜂窝、裂缝产生的直接原因。由此，选择合理的砂率十分重要，而混凝土生产过程中长期控制好砂率则是至关点。

在混凝土生产过程中我部采取了如下措施，并取得了很好的效果。①从影响砂率的骨料入手，选择质量稳定，有保证的骨料原材料供应商，减少原材料的质量波动，将影响砂率的因素控制在最低。②选用级配好、表面光滑的石子，以及细度模数较小的砂，以减小水灰比。③充分研究骨料的粒度、含水量等的变化，及时调整砂率的大小。

3.2.3 使用优质粉煤灰降低水灰比

粉煤灰内比表面积较小，吸附水的能力较小，能够很大程度上减小水泥浆的吸水性，起到减小水灰比的作用。水灰比减小能显著降低水化热，减少由温度应力造成的裂缝。这一作用尤在气温低时显得突出。粉煤灰中的玻璃体与Ca(OH)2反应产生水硬性物质降低Ca(OH)2的含量，从而降低膨胀率，改善混凝土的干缩性。

3.2.4 使用高效减水剂降低单位用水量

采用高效减水剂最显著的特性是在保持混凝土坍落度基本相同的条件下能够大幅度减少用水量，使得混凝土具有低水灰比，达到减少毛细孔体积，细化孔结构，提高混凝土的密实性，最终达到降低水化热，减小膨胀率的作用。同时减水剂的使用对混凝土的和易性、凝结特性等也有一定的影响。但是由于减水剂的品牌很多，各种不同品牌的减水剂在用量上有较大的差异，且效果也不尽相同。因此，在选用减水剂时根据骨料的性能、水泥的品种等因素来确定合适的减水剂。我部选用了含气量小、坍落度损失小、粘性小的SNN（含固量40%）的高效减水剂，减水率达20%。

3.3 生产工艺参数的优化组合选取

影响成型管片质量的又一主要因素是管片的生产施工工艺。管片生产是先将模具清理干净，涂上脱模油，并放置钢筋笼，然后将检测合格的混凝土浇注入半封闭的钢模内，采用人工振捣混凝土，之后完成抹面、养护等工序。这是一个复杂的工艺过程，其中每一步操作不够细致均会导致管片出现质量缺陷。

通过分析，发现混凝土的和易性、下料方式、人工振捣方式及振捣时间这四个参数是最主要参数，这四个参数对管片质量有着直接的影响，必须对其进行优化组合：①下料初期，混凝土在模具内有较大的流动量，浇注（下料）速度宜快，振动棒及时振捣宜以助使混凝土流动；②下料后期，混凝土在模具内流动较小，由流动排气向单纯排气过度，排气较难，应适当放慢下料速度；③下料完成后，混凝土在模具内不再有流动，为单纯排气密实阶段，因模具半封闭，排气口较小，排气困难，需要一定的排气时间。这一阶段，混凝土因经振捣流动性显著增大，为保证必要的排气时间，人工振捣方式采用垂直与斜向方式相结合，快插慢拔，来回抽动振动棒50～100mm，并深入下一层混凝土中50mm左右，每点振捣时间控制在20～30s，如果振捣时间过长，混凝土就会产生离析，骨料下沉，水泥浆被迫上涌在管片外弧面形成不均匀质体，影响强度且易产生裂缝；⑤经多次试验，坍落度在70左右，分三次下料，振捣时间在15到20min之间效果最佳。

3.4 贮水养护与蒸汽养护的有效使用

采用早期蒸汽养护后期贮水养护能够为管片混凝土水化提供充足的湿度和较恒定的温度。混凝土中水泥水化只能在毛细孔内发生，如果养护不充分（如喷淋养护），毛细孔内的水份就会因风吹阳光照晒而蒸发掉，水份的蒸发使得毛细孔中形成负压，气温越干燥则负压增长越大，在混凝土中产生收缩力，容易造成收缩裂缝且影响水化反应；由于日照管片外表面气温上升较快较高，尤其在夏天，管片内外温差可高达60℃，降温时在管片外弧面引起拉应力，当该约束力超过混凝土的极限抗拉强度时引起混凝土开裂，管片表面龟裂便是因此产生的。

3.5 最优场地布置便利混凝土供应

拌合好的混凝土随时间的延长，因一部分水供水泥反应，一部分水被骨料吸收，一部分水被蒸发，以及凝聚物的形成，其流动性会变差。同样当环境温度高出混凝土温度时，水分蒸发及水泥水化反应加快，混凝土的流动性变差，其坍落度损失也会变快。

结束语

管片的生产要坚持理论与实践相结合，既在实践中探索，也要从理论上进行研究；建全施工管理体制，对管片的生产施工进行严格的过程管理，将质保体系落到实处；建立产品问题实时监控机制，对可能出现的质量问题及时采取补救措施；密切关注并引进新出现的混凝土外加剂产品，不断改善混凝土的技术性能，确保管片成品的结构性能和耐久性要求。

参考文献

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