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談地鐵管片的表面龜裂現(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始生產(chǎn), 隨后國(guó)內(nèi)的幾個(gè)大城市也相繼開始了地鐵管片的生產(chǎn),拉開了我國(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。有些裂縫(例如干縮引起等) 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)(寬度小于
0. 02mm) , 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)常可見(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(但延遲1～2 天入池仍會(huì)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Ca (OH) 2 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(一般會(huì)引起整體從內(nèi)到外的破壞), 也有收縮的原因(一般出現(xiàn)在表面) 。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(此時(shí)龜裂已經(jīng)向縱深發(fā)展到了一定的深度), 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 (30min) 后, 用鑿子鑿開管片, 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～ 1. 5cm( 管片齡期為128 天, 管片保護(hù)層厚度為4. 5～5. 0cm) 。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的缺損部位,發(fā)現(xiàn)約0. 3mm 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(與外界環(huán)境接觸), 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)致表面開裂和面層碳化。F. M. 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。F. M. 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Ca (OH) 2 的碳化和其他水化產(chǎn)物(例如C -S-H 凝膠) 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Ca (OH) 2 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(例如C -S-H 凝膠) 才開始碳化。
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(即其他水化產(chǎn)物如C -S -H 凝膠的碳化) 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[ Ca (OH) 2 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a (OH) 2, 根據(jù)化學(xué)平衡原理, 堿度[ Ca (OH) 2 含量] 越高, 越有利于Ca (OH) 2 的碳化。因此, 混凝土的表面堿度越高,則表面的碳化越快,收縮也越大,越易產(chǎn)生裂紋(特別是在早期) 。因此,降低混凝土表面的堿度(特別是早期) 可減少龜裂的產(chǎn)生。
提高混凝土的整體堿度,可減
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