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1、浅谈地铁管片的表面龟裂现象罗云峰成志辉李民强霍志光齐家恒谢林玉摘要: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;干燥收缩;碳化收缩;表面龟裂0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,其特殊之处主要在于:①外形与一般水泥制品不同,为瓦片状,由六片拼装成一环;
2、②尺寸精度要求高;③要求有很好的耐久性,抗渗指标大于P12。因此,在制作管片时,对钢筋笼的质量要求、混凝土的质量要求以及模具的精度要求均相当高。自从管片生产以来,就出现了一系列的问题,如浇注成型过程中的泌水、浮浆问题,蜂窝、麻面、以及最常见的裂缝问题等。有些裂缝(例如干缩引起等)相对较容易通过减少泌水和浮浆量,适当控制养护制度来避免,但管片的表面龟裂却似乎难以避免,严重影响管片的外观质量。本文通过对地铁管片表面龟裂原因的分析,提出了笔者的一些看法,以期起到抛砖引玉的目的。1管片龟裂出现的特征龟裂是属于裂缝的一种,是一种微细裂纹。在混凝土表面
3、干燥的情况下,其肉眼不可见(宽度小于0.02mm),用水湿润时则可见[1],呈现为纵横交错状如龟壳纹样的裂纹。虽然在初期肉眼品在经受干湿和冷热交替的作用后,这种裂纹会由表面向纵深发展,而成为肉眼可见的裂缝。我们经常可见到一些路面和墙壁就有这种现象。虽然龟裂在初始时只存在于表面,但仍会有发展成有害裂缝的可能,因此龟裂问题应引起足够的重视和关注。笔者曾对龟裂的出现情况进行了研究,发现出现龟裂的情况大致如下:①管片在蒸养之后,入水池之前未出现龟裂(但延迟1～2天入池仍会出现龟裂);②管片刚出水池时未出现龟裂,出水池后数小时或1～2天后开始出现龟裂
4、。龟裂程度较轻时需要用水湿润才可见到;经过一段时间后,其程度稍重时则可见到裂纹处呈白色的纹路,而非裂纹处颜色较深,普遍呈黑色;严重时则可见到明显的龟壳纹样的裂缝。至于裂纹处呈白色,而非裂纹处呈黑色的原因,笔者认为是由于裂纹的存在,使得水化产物Ca(OH)2从裂纹处析出的结果。2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
5、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。以上实验证明管片表面龟裂是由收缩引起,那么是何种收缩引起的呢?混凝土收缩主要有:自生收缩、塑性收缩、干燥收缩、碳化收缩等[2]。一般说来,龟裂与自生收缩无关。如果管片龟裂是由塑性收缩引起,那么龟
6、裂只出现在易产生塑性收缩的外弧面(与外界环境接触),并且在刚脱模时就会存在龟裂,而事实并非如此,事实上管片的包括内弧面在内的六个外表面都存在着龟裂的现象,因此可认为此种龟裂与塑性收缩无关。笔者认为管片表面龟裂产生的最大原因是干燥收缩和碳化收缩的共同作用所引起。一般说来,碱度越高,碳化越慢[3～4]。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
7、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
8、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
