简析地铁管片表面龟裂的原因及解决措施

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【摘要】改革开放以来，我国的交通运输取得了飞速的发展，地铁作为城市交通系统中的重要组成部分，对整个城市的交通而言，具有十分重要的意义。而地铁在运行过程中，其管片经常会发生一些龟裂的情况，对整个地铁交通系统造成安全隐患。加强对地铁管片龟裂的研究和探讨，并找出解决措施具有十分重要的的意义。本文笔通过对地铁管片表面龟裂产生原因的初步分析, 提出了混凝土的表面碳化在短时间内就可以发生并引起表面收缩的观点, 认为干燥收缩和碳化收缩是龟裂产生的主要原因,并提出了解决龟裂的思路和措施。

【关键词】地铁管片，表面龟裂，干燥收缩，碳化收缩，解决措施

中图分类号：U231+.3 文献标识码：A 文章编号：

一、前言

随着隧道盾构施工技术从国外的引进, 地铁管片首先在上海开始生产, 随后国内的几个大城市也相继开始了地铁管片的生产,拉开了我国地铁现代化建设的序幕。地铁管片是一种特殊的水泥制品,和一般的水泥制品相比而言，它对制作时候的尺寸要求更为严格和精确，同时要具有较好的耐久性，在制作过程中，要求有较为精确的模具，高质量的混凝土。随着地铁管片的不断使用，很大程度上推动了地铁交通的发展，但是，也因此产生了很多问题，地铁管片的龟裂就是其中十分重要的问题，不仅仅影响到管片的外部美观，也对地铁交通造成了安全隐患，因而，加强其研究，具有十分现实意义。

二、龟裂产生的原因

龟裂产生的原因比较复杂,有膨胀的原因(一般会引起整体从内到外的破坏), 也有收缩的原因(一般出现在表面) 。笔者就管片龟裂的原因究竟是膨胀引起还是收缩引起, 进行了实验: ① 将红墨水滴在龟裂裂纹处(此时龟裂已经向纵深发展到了一定的深度), 使之不可见, 但随着时间的延长, 混凝土制沿裂缝渗入, 让其渗入足够的时间24 (30min) 后, 用凿子凿开管片, 根据红墨水的渗入位置,测量裂缝的深度。笔者发现该裂缝深度只有1～ 1. 5cm( 管片龄期为128 天, 管片保护层厚度为4. 5～5. 0cm) 。此裂缝为非整体性,属表层裂缝, 应为收缩引起; ② 用酚酞的酒精溶液喷洒在新砸开的缺损部位,发现约0. 3mm 厚的表层不变色, 说明表层已被碳化。

碳化收缩与干燥收缩共同作用可导致表面开裂和面层碳化。李在其专著中谈到了细裂纹与碳化收缩的关系,认为产生细裂纹的原因不仅仅是干燥收缩引起,碳化作用也是一个重要的原因,并认为细裂纹一般产生于表面上。李从碳化深度与裂纹深度相一致的实验判断细裂纹的产生与大气中的碳化有着某种联系,这一判断是在裂纹刚产生不久尚未扩展时所测数据来确定的。笔者前面提到的实验中,虽然管片碳化深度远小于裂缝深度,但显然可看出该裂缝是表面裂纹向纵深发展的结果, 与李的判断不相矛盾。

三、关于混凝土的碳化

混凝土碳化需要很长时间。笔者认为这里所说的很长时间, 是指第二阶段的碳化(即其他水化产物如C -S -H 凝胶的碳化) 需要较长的时间才能发生,也是指碳化程度达到一定的深度需要较长的时间。但是混凝土的表面碳化[ Ca (OH) 2 的碳化] 并不需要很长的时间,其在数小时内就可能发生。并且会引起混凝土的表面收缩再加上干缩的叠加作用, 当混凝土本身的抗拉强度不足以抵抗收缩所产生的拉应力时,将导致混凝土的开裂,从而产生微细裂纹。

一般说来, 碱度越高, 碳化越慢。这一规律是对混凝土的整体碳化而言的, 混凝土的表面碳化并非如此。因为混凝土的表面主要成份为Ca (OH) 2, 根据化学平衡原理, 碱度[ Ca (OH) 2 含量] 越高, 越有利于Ca (OH) 2 的碳化。因此, 混凝土的表面碱度越高,则表面的碳化越快,收缩也越大,越易产生裂纹(特别是在早期) 。因此,降低混凝土表面的碱度(特别是早期) 可减少龟裂的产生。

提高混凝土的整体碱度,可减慢混凝土内部的碳化速度。这是因为碱度提高, 即Ca (OH) 2 含量提高, 会延迟其他水化产物如C -S -H 凝胶的碳化, 因而会减慢混凝土内部的碳化速度。那么究竟是碱度高好还是碱度低好呢?笔者认为要辩证地对待这一问题。在避免或减轻管片的表面龟裂方面,不管混凝土的整体碱度如何,都希望降低混凝土的表面碱度。

粉煤灰固然对降低混凝土的整体碱度有很大作用,然而它却并不能降低混凝土的表面碱度,其中的原因主要在于: ① 粉煤灰在早期的活性较低, 不能消耗大量的水化产物Ca(OH) 2, 不能阻止大量的Ca (OH) 2 向混凝土表面析出; ② 即使其活性增大后可消耗大量的Ca (OH) 2, 但仍不能阻止未被消耗的Ca (OH) 2 向表面迁移和富集。因此掺加粉煤灰对减轻表面龟裂的作用不大,而且掺粉煤灰之后,会降低混凝土的表面强度(特别是抗拉强度),更不利于裂纹的减少,而且还有可能加重龟裂的出现。我公司的生产实践已证明了这一点,生产中改为不加粉煤灰之后,龟裂程度减轻很多。

笔者进行了如下实验:用养护剂喷洒在刚脱模的管片(未经蒸养) 上的某一部位,定期观察管片的情况。第二天就发现未喷的部位出现了龟裂,而喷养护剂的部位则未出现龟裂,以后一段时间观察,情况仍然如此。笔者认为这一现象的原因是养护剂一方面阻隔了CO2 与管片表面的直接接触, 另一方面也减少了水份的蒸发,既延缓或避免了碳化, 又减少了干燥收缩, 因而延缓或避免了龟裂的出现。可见表面龟裂与碳化有很大的关系。

四、解决地铁管片龟裂的措施探讨

1.究其管片表面龟裂产生的主要原因是：外界温差及管片表面与CO 直接接触，如能阻隔前两者不利条件的影响，就能减少或避免表面龟裂的产生。为此笔者作了两个试验：

①用养护剂涂抹在剐脱模的管片上，放置在相对湿度为f45±5)％的车间进行自然养护至7 d。与水养7 d未涂养护剂的同批管片相比，涂养护剂管片未出现龟裂，而未涂养护剂

管片则出现龟裂现象。

②用塑料薄膜包裹在刚脱模的管片表面，放置在相对湿度为f45±5)％的车间进行自然养护至28 d后。喷水观察发现与水养7 d管片相比，包裹管片龟裂现象比水养7 d管片少出许多。

2.混凝土配合比的影响

适当减少每方混凝土的水泥用量，以降低水泥水化热的产生，缩小管片内外温差，同时适当增加粉煤灰用量。大量资料表明，掺用粉煤灰可减少裂纹产生的机率。采用聚羧酸高效减水剂，聚羧酸系外加剂具有掺量低、减水率高、混凝土拌合物的流动性和保持性好、坍落度损失小、总碱含量极低、初凝时间较快、低收缩率的特点。

3.加强对生产过程中的监督指导，以杜绝产生微细裂纹的人为因素

①天气炎热时，对砂子进行覆盖以免受太阳直接暴晒，对石子浇水进行降温，浇筑混凝土时间安排在早、晚进行，避开中午高温时间

② 定期对搅拌机计量系统进行鉴定，根据天气变化及时测定骨料含水率 调整施工配合比．以保证配合比的计量正确，确保混凝土坍落度在5～7 cnl范围内。

③ 控制好振捣时间，避免过振，以减少管片表面浮浆的产生，已产生的浮浆及时清除干净并置换混凝土，使混凝土内外收缩率能基本一致。

④严格控制蒸气养护中升、降温度的速度。及恒温温度的稳定，防止因升、降温过快而产生温差裂纹。

五、结束语

从总体上而言，地铁管片的表面龟裂具有其特殊性，要和一般的裂缝区别开来，它虽然是一种细微的裂缝，但在发展时候难以肉眼看的清楚，但是，如果在冷热交替的环境中，却会逐渐的成为有害裂缝。通过研究可以发现，管片的龟裂是碳化和干燥收缩共同作用的结果，因而，在使用过程中，一定要注意最大限度的避免或是减少碳化或者是干燥性收缩，如此，可以使得地铁管片具有比较光滑美观的外部，同时，其性能也会更好，可以更好的服务于城市地铁交通减少，保障乘客的切身利益。

参考文献：

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