管片裂纹分析与防治

管片裂纹分析与防治

卢宝智

天津第一市政公路工程有限公司天津300000

摘要：现代地铁施工普遍选用盾构法施工，地下隧道采用盾构机掘进，隧道内壁钢筋混凝土衬砌结构采用环状分片拼装方法施工，钢筋混凝土衬砌分片预制的构件叫做管片。由于盾构施工在工期、质量、安全等诸多方面的优势，一些城市的其它地下工程(过江隧道、输水管道等)也越来越多的采用盾构施工。但是由于盾构在隧道内拼装的钢筋混凝土管片需要提前预制，而且需要很高的抗压、抗渗、耐久性等要求，一旦管片本身出现致命的缺陷，可能就会产生灾难性的后果。因此管片裂纹防治技术也成为其中最重要的常见技术问题。

关键词：管片裂纹；分析；防治

1管片裂纹分类

1.1管片外弧面裂纹

管片外弧面裂纹主要有两种：一种是在水养之后出现的龟裂纹。龟裂纹在管片生产中是比较普遍的，同时也是管片最主要的裂纹。龟裂是一种微细裂纹，在混凝土表面干燥的情况下，其肉眼不可见(宽度<0.02mm)，用水湿润时则可见，呈现为纵横交错状如龟壳纹样的裂纹。在初期经受干湿和冷热交替作用后，这种裂纹会由表面向纵深发展，而成为肉眼可见的裂缝，而且有发展成有害裂缝的可能。

另一种是在蒸养之后就出现的裂纹，属于浅表性裂纹，或表面收缩裂纹，该裂纹是由于混凝土表面温度不均造成的。

1.2管片侧面裂纹

这种裂纹主要是混凝土在干湿交替、温度变化过程中混凝土碳化收缩产生的裂纹。混凝土表面的碳化[Ca(OH)：的碳化]并不需要很长的时间，再加上干缩的叠加作用，当混凝土表面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。混凝土表面的主要成份为Ca(0H)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)。

1.3管片手孔部位裂纹

该裂纹主要是由于以下两方面原因综合导致：

①手孔断面设计较大，断面突变易产生裂纹；

②混凝土在水化过程中产生较大收缩与钢模受热膨胀产生温度集中应力的叠加，产生45°方向的表面收缩裂纹。

总之，由于管片体积大、厚度较厚且是弧面形状，易产生表面收缩裂纹。

2常见裂纹的预防和处理

2.1混凝土表面裂纹预防措施

2.1.1防止塑性开裂措施

①混凝土入模后尽快用塑料膜覆盖，工作面保持最小，预防外露表面失水，是防止混凝土表面与大气产生湿度差的有效措施之一。

②降低混凝土的入模温度，浇筑温度最好规定不高于25℃。热天施工时如需适当放宽限制，也不宜高于32℃，并应同时调整混凝土的配合比，降低水泥用量以减少水化热。

③混凝土浇注收水完毕，适当的喷雾，湿润上方空气可有效的降低混凝土表面与大气的湿度差，防止混凝土裂纹的出现。

④浇筑前润湿模板和底板。管片在蒸养过程中，钢板的导热性好，比混凝土与大气环境产生的湿度差造成的危害更大，因此浇筑前润湿模板和底板是必需的工序之一。

⑤降低混凝土粉料总量。水胶比宜控制在0．45～0．60之间(有的工程低于0．35)，或胶凝材料总量控制在300～450kg/m3之间。

⑥降低用水量。尽量选择减水效果较好的减水剂，一般要求减水率在20％以上的为宜。

⑦外加引气剂。掺加引气剂有利于防裂，使温度下降4～5℃。

⑧通过抹面、压光消除早期塑性裂缝。

2.1.2防止干缩裂缝措施

①设置构造钢筋。对管片的一些突变部位应设置构造钢筋，增加突变部位混凝土的抗拉强度，防止这些敏感部位因突变过大造成混凝土的表面抗拉强度较低而出现开裂。

②降低混凝土干燥速率，延缓表层水分损失。采取有效措施对混凝土表面进行保湿，同时尽量缩小混凝土表面与外部环境之间的湿度差。

③配置低收缩混凝土。减少拌和水量，减少浆体体积，加大粗骨量的最大粒径和骨料含量，降低拌料入模温度，选择低含碱量水泥，控制骨料含泥量。

④采用补偿收缩混凝土，或外掺减缩剂。

⑤提高混凝土抗裂能力。掺加钢纤维、尼龙纤维或聚丙烯纤维等可有效的提高混凝土抗裂能力。尤其是聚丙烯纤维可以提高水工混凝土的抗渗、防裂、耐磨、抗冲击、韧性、耐久性等综合性能。

2.1.3防止温度收缩裂缝措施

①减少因水化热和环境温度引起的温升。通过掺加粉煤灰等掺合料，降低水泥的用量，控制水化热的过多产生。同时尽量选用低水化热的水泥。

②减少混凝土内外温差。混凝土内部和表面的温差一般不应超过20℃。混凝土表面无复盖层时，表面温度与大气温度的差别也不应超过20℃，混凝土表面与养护水温度不超过15℃。

③控制降温速度，防止温度骤然变化。根据其它大体积混凝土降温施工经验(建筑工程3.0～3.5℃/d，水坝1.5℃/d)以及小体积管片降温经验(15℃/h)，大体积管片大气中混凝土表面温度的升降变化应小于3℃/h，非大气环境≯10℃/h。

④限制早期(12h或24h)强度。限制使用R型早强水泥，尤其是热天不应用早强水泥。

⑤选择热膨胀系数低的混凝土。

2.1.4防止钢筋锈蚀裂缝开裂措施

①保证钢筋及钢筋笼的质量，不允许锈蚀的钢筋骨架用于生产。

②依靠混凝土抗渗性和加大保护层厚度。对于环境作用等级为c或c级以上的混凝土构件，施工合格验收时单一构件实测最外侧钢筋(一般为箍筋或分布筋)的混凝土保护层厚度，在其全部测点数据中应有95％以上大于设计规定的最小保护层厚度Cmin。

混凝土表面裂缝宽度限制与保护层厚度的矛盾：增加保护层厚度，表面裂宽将增大，但对防止钢筋锈蚀仍然非常有利，裂缝宽度的大小对钢筋锈蚀速率的影响不大。

2.2混凝土裂纹处理措施

2.2.1修补材料的选用及配合比

①胶液配比：302混凝土界面处理剂甲组分：乙组分=1：3(体积比)。

②用302混凝土界面处理剂配制成胶液，再拌合水泥进行修补。

③修补材料配比：胶液：水泥=1：(1～2)(质量比)。

④材料：结晶材料、环氧树脂。

2.2.2修补工艺及步骤

①对宽度≤0.15mm的裂缝，可不采取修补措施。

②对宽度>0.15mm的裂缝，使用软质湿布沾修补胶液擦拭待修补区域表面，在表面未干时：对深度≤10mm的裂缝，表面涂结晶材料处理；对深度>10mm的裂缝，凿开裂缝，埋管用环氧树脂进行填补，填补后表面再涂一薄层水泥灰(灰水泥：白水泥=1：1)，裂缝凿开宽度以凿至裂缝深度为准，不可过宽。

2.2.3养护方法

脱模后修补：用湿布覆盖湿润养护，待水泥达到初凝后入水池养护。

出厂前修补：待水泥达到初凝后，用湿布覆盖湿润养护，并定时洒水保湿，时间为7d。

3结束语

①突破现有规范对蒸养的束缚，尽量降低蒸养温度，减少与水化热温度的叠加，可有效降低大体积管片裂纹出现的几率。

②混凝土表面短时间的ca(OH)：的碳化也是产生表面龟裂的一个重要原因。

③掺加粉煤灰和矿渣等可减少水泥用量，降低水化热，减少大体积管片裂纹出现的几率。

④尽量降低手孔的设计深度，避免断面突变产生裂纹。另外可采取一定的措施增强混凝土表面(特别是断面部位)的抗拉强度。

⑤管片表面龟裂是一种细微裂纹，与一般工程所指的裂纹不同，只有在干湿和冷热交替的作用下才会出现。

⑥管片出现宏观裂缝(0.05mm以上)是普遍现象，但裂纹大部分都是表面的收缩裂纹，多数情况下无明显危害，查明原因后可以接受。

作者简介：卢宝智，男，1982年11月，专业：市政

原学历：天津市市政工程学校（中专）（专业：市政工程施工）；

后学历：长安大学（本科）（专业：土木工程）。