地鐵管片龜裂現(xiàn)象

地鐵管片龜裂現(xiàn)象

摘要:通過(guò)對(duì)地鐵管片表面龜裂產(chǎn)生原因的初步分析,提出了混凝土的表面碳化在短時(shí)間內(nèi)就可以發(fā)生并引起表面收縮的觀點(diǎn),認(rèn)為干燥收縮和碳化收縮是龜裂產(chǎn)生的主要原因,并提出了解決龜裂的思路和措施。

關(guān)鍵詞:地鐵管片;干燥收縮;碳化收縮;表面龜裂

0前言

隨著隧道盾構(gòu)施工技術(shù)從國(guó)外的引進(jìn),地鐵管片首先在上海開(kāi)始生產(chǎn),隨后國(guó)內(nèi)的幾個(gè)大城市也相繼開(kāi)始了地鐵管片的生產(chǎn),拉開(kāi)了我國(guó)地鐵現(xiàn)代化建設(shè)的序幕。地鐵管片是一種特殊的水泥制品,其特殊之處主要在于:①外形與一般水泥制品不同,為瓦片狀,由六片拼裝成一環(huán);②尺寸精度要求高;③要求有很好的耐久性,抗?jié)B指標(biāo)大于P12。因此,在制作管片時(shí),對(duì)鋼筋籠的質(zhì)量要求、混凝土的質(zhì)量要求以及模具的精度要求均相當(dāng)高。

自從管片生產(chǎn)以來(lái),就出現(xiàn)了一系列的問(wèn)題,如澆注成型過(guò)程中的泌水、浮漿問(wèn)題,蜂窩、麻面、以及最常見(jiàn)的裂縫問(wèn)題等。論文百事通有些裂縫相對(duì)較容易通過(guò)減少泌水和浮漿量,適當(dāng)控制養(yǎng)護(hù)制度來(lái)避免,但管片的表面龜裂卻似乎難以避免,嚴(yán)重影響管片的外觀質(zhì)量。本文通過(guò)對(duì)地鐵管片表面龜裂原因的分析,提出了筆者的一些看法,以期起到拋磚引玉的目的。

1管片龜裂出現(xiàn)的特征

龜裂是屬于裂縫的一種,是一種微細(xì)裂紋。在混凝土表面干燥的情況下,其肉眼不可見(jiàn),用水濕潤(rùn)時(shí)則可見(jiàn)[1],呈現(xiàn)為縱橫交錯(cuò)狀如龜殼紋樣的裂紋。雖然在初期肉眼品在經(jīng)受干濕和冷熱交替的作用后,這種裂紋會(huì)由表面向縱深發(fā)展,而成為肉眼可見(jiàn)的裂縫。我們經(jīng)?？梢?jiàn)到一些路面和墻壁就有這種現(xiàn)象。雖然龜裂在初始時(shí)只存在于表面,但仍會(huì)有發(fā)展成有害裂縫的可能,因此龜裂問(wèn)題應(yīng)引起足夠的重視和關(guān)注。

筆者曾對(duì)龜裂的出現(xiàn)情況進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)龜裂的情況大致如下:

①管片在蒸養(yǎng)之后,入水池之前未出現(xiàn)龜裂;②管片剛出水池時(shí)未出現(xiàn)龜裂,出水池后數(shù)小時(shí)或1～2天后開(kāi)始出現(xiàn)龜裂。龜裂程度較輕時(shí)需要用水濕潤(rùn)才可見(jiàn)到;經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后,其程度稍重時(shí)則可見(jiàn)到裂紋處呈白色的紋路,而非裂紋處顏色較深,普遍呈黑色;嚴(yán)重時(shí)則可見(jiàn)到明顯的龜殼紋樣的裂縫。至于裂紋處呈白色,而非裂紋處呈黑色的原因,筆者認(rèn)為是由于裂紋的存在,使得水化產(chǎn)物Ca2從裂紋處析出的結(jié)果。

2龜裂產(chǎn)生的原因

龜裂產(chǎn)生的原因比較復(fù)雜,有膨脹的原因,也有收縮的原因。筆者就管片龜裂的原因究竟是膨脹引起還是收縮引起,進(jìn)行了實(shí)驗(yàn):①將紅墨水滴在龜裂裂紋處,使之不可見(jiàn),但隨著時(shí)間的延長(zhǎng),混凝土制沿裂縫滲入,讓其滲入足夠的時(shí)間24后,用鑿子鑿開(kāi)管片,根據(jù)紅墨水的滲入位置,測(cè)量裂縫的深度。筆者發(fā)現(xiàn)該裂縫深度只有1～。此裂縫為非整體性,屬表層裂縫,應(yīng)為收縮引起;②用酚酞的酒精溶液噴灑在新砸開(kāi)的缺損部位,發(fā)現(xiàn)約厚的表層不變色,說(shuō)明表層已被碳化。

以上實(shí)驗(yàn)證明管片表面龜裂是由收縮引起,那么是何種收縮引起的呢?混凝土收縮主要有:自生收縮、塑性收縮、干燥收縮、碳化收縮等[2]。一般說(shuō)來(lái),龜裂與自生收縮無(wú)關(guān)。如果管片龜裂是由塑性收縮引起,那么龜裂只出現(xiàn)在易產(chǎn)生塑性收縮的外弧面,并且在剛脫模時(shí)就會(huì)存在龜裂,而事實(shí)并非如此,事實(shí)上管片的包括內(nèi)弧面在內(nèi)的六個(gè)外表面都存在著龜裂的現(xiàn)象,因此可認(rèn)為此種龜裂與塑性收縮無(wú)關(guān)。筆者認(rèn)為管片表面龜裂產(chǎn)生的最大原因是干燥收縮和碳化收縮的共同作用所引起。

文獻(xiàn)[2]認(rèn)為碳化收縮與干燥收縮共同作用可導(dǎo)致表面開(kāi)裂和面層碳化。李[1]在其專著中談到了細(xì)裂紋與碳化收縮的關(guān)系,認(rèn)為產(chǎn)生細(xì)裂紋的原因不僅僅是干燥收縮引起,碳化作用也是一個(gè)重要的原因,并認(rèn)為細(xì)裂紋一般產(chǎn)生于表面上。李從碳化深度與裂紋深度相一致的實(shí)驗(yàn)判斷細(xì)裂紋的產(chǎn)生與大氣中的碳化有著某種聯(lián)系,這一判斷是在裂紋剛產(chǎn)生不久尚未擴(kuò)展時(shí)所測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)確定的。筆者前面提到的實(shí)驗(yàn)中,雖然管片碳化深度遠(yuǎn)小于裂縫深度,但顯然可看出該裂縫是表面裂紋向縱深發(fā)展的結(jié)果,與F1M1李的判斷不相矛盾。

眾所周知,并不是只要產(chǎn)生收縮就會(huì)引起開(kāi)裂,只有當(dāng)混凝土的抗拉強(qiáng)度不足以抵抗收縮所產(chǎn)生的拉應(yīng)力時(shí)才會(huì)產(chǎn)生開(kāi)裂。而表面抗拉強(qiáng)度的發(fā)展往往滯后于收縮拉應(yīng)力的發(fā)展。管片表面龜裂形成的基本機(jī)理是其表面抗拉強(qiáng)度不足以抵抗收縮所產(chǎn)生的拉應(yīng)力而產(chǎn)生的裂紋。

3關(guān)于混凝土的碳化

碳化的含義包括水化產(chǎn)物Ca2的碳化和其他水化產(chǎn)物的碳化兩個(gè)方面[3]。筆者認(rèn)為這是混凝土碳化的兩個(gè)階段,首先是水化產(chǎn)物Ca2的碳化,然后當(dāng)堿度下降到一定程度時(shí),其他水化產(chǎn)物才開(kāi)始碳化。

文獻(xiàn)[3]報(bào)道,混凝土碳化需要很長(zhǎng)時(shí)間。筆者認(rèn)為這里所說(shuō)的很長(zhǎng)時(shí)間,是指第二階段的碳化需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能發(fā)生,也是指碳化程度達(dá)到一定的深度需要較長(zhǎng)的時(shí)間。但是混凝土的表面碳化[Ca2的碳化]并不需要很長(zhǎng)的時(shí)間,其在數(shù)小時(shí)內(nèi)就可能發(fā)生。并且會(huì)引起混凝土的表面收縮[1],再加上干縮的疊加作用,當(dāng)混凝土本身的抗拉強(qiáng)度不足以抵抗收縮所產(chǎn)生的拉應(yīng)力時(shí),將導(dǎo)致混凝土的開(kāi)裂,從而產(chǎn)生微細(xì)裂紋。

一般說(shuō)來(lái),堿度越高,碳化越慢[3～4]。這一規(guī)律是對(duì)混凝土的整體碳化而言的,混凝土的表面碳化并非如此。因?yàn)榛炷恋谋砻嬷饕煞轂镃a2,根據(jù)化學(xué)平衡原理,堿度[Ca2含量]越高,越有利于Ca2的碳化。因此,混凝土的表面堿度越高,則表面的碳化越快,收縮也越大,越易產(chǎn)生裂紋。因此,降低混凝土表面的堿度可減少龜裂的產(chǎn)生。

提高混凝土的整體堿度,可減慢混凝土內(nèi)部的碳化速度。這是因?yàn)閴A度提高,即Ca2含量提高,會(huì)延遲其他水化產(chǎn)物如C-S-H凝膠的碳化,因而會(huì)減慢混凝土內(nèi)部的碳化速度。那么究竟是堿度高好還是堿度低好呢?筆者認(rèn)為要辯證地對(duì)待這一問(wèn)題。在避免或減輕管片的表面龜裂方面,不管混凝土的整體堿度如何,都希望降低混凝土的表面堿度。

粉煤灰固然對(duì)降低混凝土的整體堿度有很大作用,然而它卻并不能降低混凝土的表面堿度,其中的原因主要在于:①粉煤灰在早期的活性較低,不能消耗大量的水化產(chǎn)物Ca2,不能阻止大量的Ca2向混凝土表面析出;②即使其活性增大后可消耗大量的Ca2,但仍不能阻止未被消耗的Ca2向表面遷移和富集。因此摻加粉煤灰對(duì)減輕表面龜裂的作用不大,而且摻粉煤灰之后,會(huì)降低混凝土的表面強(qiáng)度,更不利于裂紋的減少,而且還有可能加重龜裂的出現(xiàn)。我公司的生產(chǎn)實(shí)踐已證明了這一點(diǎn),生產(chǎn)中改為不加粉煤灰之后,龜裂程度減輕很多。

筆者進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn):用養(yǎng)護(hù)劑噴灑在剛脫模的管片上的某一部位,定期觀察管片的情況。第二天就發(fā)現(xiàn)未噴的部位出現(xiàn)了龜裂,而噴養(yǎng)護(hù)劑的部位則未出現(xiàn)龜裂,以后一段時(shí)間觀察,情況仍然如此。筆者認(rèn)為這一現(xiàn)象的原因是養(yǎng)護(hù)劑一方面阻隔了CO2與管片表面的直接接觸,另一方面也減少了水份的蒸發(fā),既延緩或避免了碳化,又減少了干燥收縮,因而延緩或避免了龜裂的出現(xiàn)?？梢?jiàn)表面龜裂與碳化有很大的關(guān)系。

4龜裂的解決思路

筆者認(rèn)為,管片產(chǎn)生龜裂的主要原因是兩個(gè)因素:干燥收縮和碳化收縮。這兩者的作用相互疊加,使龜裂的產(chǎn)生更趨容易。當(dāng)然,管片表面抗拉強(qiáng)度相對(duì)不足,也是一個(gè)重要原因。正如前面所述,收縮拉應(yīng)力的產(chǎn)生超前于表面抗拉強(qiáng)度的發(fā)展會(huì)引起裂紋,表明收縮是其主導(dǎo)原因。所以在解決龜裂方面,其思路應(yīng)該是:①減少或避免收縮所產(chǎn)生的影響;②采取措施使混凝土表面的抗拉強(qiáng)度發(fā)展超前于收縮拉應(yīng)力的產(chǎn)生。

龜裂是一種較特殊的表面裂紋,與一般工程上所指的裂縫不同,它們產(chǎn)生的原因也不太一致,因此在處理龜裂與處理一般裂縫時(shí)其方法上應(yīng)有所不同。筆者認(rèn)為避免或延緩龜裂的出現(xiàn),主要方法有以下幾個(gè)方面:①表面屏蔽法,既阻隔CO2與表面的直接接觸,延緩或避免表面碳化,又減少干縮,例如噴養(yǎng)護(hù)劑等;②表面增強(qiáng)法,使表面強(qiáng)度發(fā)展加快,例如摻杜拉纖維處理表面;③表面堿度降低法,以減少碳化的影響,例如用草酸處理表面;④表面收縮補(bǔ)償法,以減少表面收縮,例如,使用含膨脹劑的復(fù)合脫模劑。此外還可選擇收縮小而早期強(qiáng)度高的水泥以及降低混凝土的塌落度等措施。新晨范文網(wǎng)

5結(jié)論

管片表面龜裂是一種微細(xì)裂紋,與一般工程所指的裂縫不同,其在發(fā)展初期肉眼不可見(jiàn),但隨著干濕和冷熱交替的作用,會(huì)發(fā)展成肉眼可見(jiàn)的有害裂縫。

碳化是產(chǎn)生微細(xì)裂紋的重要原因,碳化收縮和干燥收縮的共同疊加作用是導(dǎo)致管片產(chǎn)生表面龜裂的主要原因。

混凝土表面的碳化主要是Ca2的碳化,這一過(guò)程在短時(shí)間內(nèi)就可以發(fā)生,并不需要很長(zhǎng)的時(shí)間,而且會(huì)引起混凝土表面的收縮,是產(chǎn)生表面龜裂的一個(gè)重要原因。

摻加粉煤灰能降低混凝土的整體堿度,但在降低混凝土的表面堿度方面不起作用,對(duì)減輕表面碳化的作用不大,而且