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摘要：混凝土管片裂纹是目前施工比较难克服的质量通病之一，文章针对盾构管道工程小体积管片施工技术的重、难点，结合有关专家的意见进行归纳，结合北江盾构穿越工程管片施工过程中的实际经验。介绍了盾构管片施工过程中不同裂纹类型、形成原因及控制重、难点，对关键工序及关键工艺进行重点介绍，供在生产过程应用。
关键字：管片 温度裂纹 塑性裂纹 成因 措施
中图分类号: U45 文献标识码：A文章编号：1674-098X(2012)03(B)-0000-00
Abstract: Reinforced concrete crack is the current construction more difficult to overcome the common problem of the quality, according to the small segment of shield pipeline engineering construction technology key points and difficulties, combined with relevant experts were summarized in this paper, combined with North River Crossing Project in the construction process of shield segment of practical experience, introduces the construction process of shield segment in different types of crack formation reason and the focus and difficult to control, the key to the process and key technology were introduced, for in the production process application.
Keywords: SegmentTemperature crackPlastic crack Cause Measures
管片裂纹一直是困扰管片生产的主要因素，对混凝土抗碳化、抗冻融、抗疲劳、抗渗等方面有影响，也是影响隧道质量的主要方面。对于隧道、地下管道工程来说，一旦管片本身出现致命缺陷，可能就会产生灾难性的后果。管片裂纹的防治技术，显得尤为重要。混凝土裂纹尽管看似复杂，其实，从它的原材料、配合比性能、施工工序等方面，加强监管和控制是完全可以避免的。
管片裂纹产生的主要部位有：外弧面裂纹、侧面裂纹、手孔位裂纹。裂纹类型大体有塑性收缩裂纹、水化反应收缩裂纹、表面温差收缩裂纹、干燥收缩裂纹、混凝土坍落度不当引起的裂纹。为了清晰的认识裂纹的现象和产生原因，从而更好地控制，分为温度裂纹和收缩裂纹来分析。
1 温度裂纹
1.1 现象
表面温度裂纹，多由于温差较大引起的。这种温差仅在表面处较大，离开表面就很快减弱，因此，裂纹只在接近表面较浅的范围内出现，表层以下的结构仍保持完整。
1.2 成因分析
浇注成型的管片，在硬化期间，水泥放出大量的水化热，混凝土内部温度升高并且膨胀，而混凝土表面处于冷却和收缩状态，如果内外形成温差过大，则在混凝土表面产生拉应力，加之混凝土早起抗拉强度较低，出现裂纹。裂纹的宽度和深度取决于热的混凝土内部和冷的混凝土外表面之间的温度差大小。天气昼夜温度相差过大也是混凝土产生裂纹的原因之一。
2 收缩裂纹
2.1 现象
收缩裂纹，在新浇注的管片表面形成直线，长短不一，互不连贯，裂纹较浅，类似干燥的泥浆面。大多在混凝土初凝后，当外界气温高，风速大，气候干燥的情况下出现。
2.2 成因分析
管片侧面止水条位置产生的收缩裂纹，与混凝土本身的性能关系较大，当侧面出现裂纹时，应先核查混凝土各种原材料是否符合规范设计要求。混凝土碱含量也是主要因素之一，具体表现为，混凝土表面碱含量越高，则表面的碳化越快，收缩也越大，越容易在早期产生裂纹。
2.2.1塑性收缩裂纹：
① 混凝土浇筑后，表面没有及时覆盖，受风吹日晒，表面有利水分蒸发过快，产生急剧的体积收缩，而此时混凝土早期强度低，不能抵抗这种变形应力而导致开裂；
② 使用收缩较大的水泥，水泥用量过多，或使用过量的粉砂，或混凝土水灰比过大；
③ 混凝土坍落度大，流动度过大。
2.2.2干燥裂纹
管片混凝土干燥收缩的严重程度直接与体积有关系，干燥收缩的大小与混凝土的体积稳定性直接相关，并受环境相对湿度的影响，相对于大体积管片来说，小体积管片的裂纹现象，产生的几率较小。
下列情况单独或同时出现，将加速混凝土表面的水分蒸发并增加塑性收缩开裂的可能：
① 混凝土表面温度明显高于空气温度；
② 空气湿度低；
③ 风速大。
综上，管片裂纹产生的原因，基本上是由于水分蒸发和浆体收缩，收缩应力大于混凝土的抗拉强度引起的。也就是说，温度裂纹多由外因造成，收缩裂纹多与混凝土本身性能有关。在混凝土硬化初期，主要是水泥凝固结硬过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。
3 预防措施
3.1施工配合比的准确有效性是控制管片裂纹的根本要素
在实际生产中，我们的混凝土配合比是通过有相关资质的部门出据的，但施工方应该具备设计验证配合比的能力，才能更好地指导生产，解决生产中遇到的具体问题。然而对于既定的管片混凝土配合比，如何更好的运用到生产中，保证配合比各原材料符合要求，保证施工配合比的可行性，是控制管片裂纹的根本要素。影响配合比性能的关键因素，包括各种原材料性能要求、水灰比的要求、坍落度的要求、总碱含量要求。
3.1.1 各种原材料性能要求
混凝土原材料中，以粗骨料的体积稳定性最好，砂子次之，收缩变形主要发生在水泥及掺合料构成的浆体和砂浆上。因此，在施工和易性允许的情况下，尽可能加大石子用量，降低砂率，降低用水量，对减少干燥收缩裂纹以及提高混凝土的稳定性，强度和耐久性是有利的。配置混凝土时，严格控制水灰比和水泥用量，根据现场施工环境及时调整、准确计量。重点要求如下：
① 水泥选用，考虑早期强度、碱含量以及与外加剂的适应性。利用低热水泥，管片混凝土一般选用普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥。最好掺加粉煤灰（Ⅱ级及以上），其水化热约为水泥水化热的25%-50%，降低水化热，减小混凝土凝结过程水化热与外界温度差，降低水泥导致的管片裂纹出现。同时严格按照混凝土配合比报告施工，不是水泥越多越好。
② 粗集料（石），选用级配良好的连续级配的粗集料（0.5mm-31.5mm），并且粗集料应尽量粗些，良好的级配能更好地保证管片强度的同时，能很好的保证管片密实度，减小空隙，降低凝结过程的收缩，减小管片裂纹的出现；
③ 砂，以粗砂为宜，若因施工条件限制选用中砂，中砂应尽量粗些。对砂的选择除了考虑符合规范要求的同时，和粗集料的选用一样考虑密实性。除此之外，还因为砂较细的情况下，容易导致混凝土中胶体多，振捣完成的胶体浮至管片外弧面聚集，在外弧面容易产生收缩裂纹。
④ 外加剂，很好的选用减水剂，可以延缓水化热的峰值期并改善混凝土的和易性，降低水灰比以达到减少水化热的目的。选用改性三聚氰胺高效减水剂或者聚羧酸系高效减水剂效果。
3.1.2水胶比的要求
低胶灰比不仅有助于强度的迅速增长，还可使密实度提高，形成优质混凝土。长期的施工经验和研究表明，管片混凝土的水灰比在0.33-0.36之间为宜。
3.1.3坍落度的要求
混凝土坍落度的大小，对施工性及硬化后混凝土的抗渗性和强度有直接影响，因此加强坍落度的检测和控制是十分必要的。根据地下防水工程施工规范和施工中便于振捣等其他因素，一般将坍落度控制在40mm-50mm为宜。
混凝土坍落度偏大的情况下，经过振动棒的振捣，粗骨料在管片内部产生离析现象下沉，导致细骨料水泥浆被挤压浮至混凝土表层，将会在管片外弧面产生裂纹。而坍落度偏小的情况下，不能满足混凝土水化收缩需求的，将会产生干燥收缩裂纹。
3.1.4总碱含量要求
混凝土中碱含量高的质量病害表现在，管片裂纹、工程结构受到破坏等方面，是管片耐久性的主要危害。因此，在工程开工前，进行混凝土总碱含量的测试符合规范及设计要求，是保证混凝土性能的重要措施。
3.2 养护
3.2.1 管片出模前养护
管片混凝土初凝后，应及时用塑料薄膜覆盖表面。冬季施工，因水化热产生的热量同外界形成较大温差，这种温差一般都会直接导致管片表面出现温差裂纹；而夏季施工，因外界温度高，加之水化热温度，导致混凝土内部水分流失迅速，影响管片整体结构。故应及时覆盖薄膜，保证混凝土水化热所需水分。
3.2.2 管片水养护
管片水养护不及时或养护时间短，均会产生收缩裂纹，保证水养护时间和养护水的质量是避免水养护产生裂纹的关键措施。水养护入池养护的时间最好不少于14天，最低不少于7天。出池管片，在外界环境温度高的情况下，应继续喷淋养护，避免暴晒引起的裂纹。养护水的质量包括水温和PH值，水温控制在20℃为宜，PH值控制在7-8。养护水的更换时间与养护管片量和养护水质量本身有关，一般每三个月更换一次水。
3.3 蒸养对管片裂纹的影响
管片蒸养温度及时间不能很好的控制，将直接导致混凝土内部结构损坏，表现在蒸养完成后，表面出现明显裂纹，在后期继续增长。
管片混凝土蒸养分为四个时期：预养期、升温期、恒温期、降温期。预养期指混凝土管片浇注成型后，静停放置的时间。最佳预养期为混凝土强度达到0.39-0.49MPa时所需的时间。预养期作用在于提高水泥在蒸养以前的水化程度，使混凝土具有初始结构强度，以增强混凝土对升温期结构破坏的抵御力。蒸养过程中，升温不宜超过15℃/h，恒温时间长不一定好，一般1.5h-2h为宜，恒温时间长可能出现强度波动现象，破坏混凝土构件，降温不宜超过20℃/h。整个管片蒸养时间控制在5h-6h。低水灰比的混凝土比较适宜管片的蒸养。
3.4 抹面
抹面次数和时间的控制，将影响管片外弧面结构是否密实，抹面不及时还会导致因管片水分流失过快，而出现收缩裂纹，对管片质量产生影响。整个抹面过程应按照三个步骤进行：一、粗抹面：即使用铝合金压尺，刮平去掉多余砼（或填补凹陷处），此阶段主要是为了使混凝土表面平顺；二、中抹面：待混凝土表面收水后使用灰匙进行光面，使管片表面平整光滑；精抹面：以手指轻按混凝土有微平凹痕时，用长匙精工抹面，力求使表面光亮无灰匙印。通过，对抹面时间和次数的控制，保证管片外弧面结构密实，减小因表面粗糙，水分流失过快带来的管片裂纹。
最后，管片预制中很容易产生裂纹，但只要在配合比设计、原材料选取、施工工艺及养护过程中，充分控制好各种因素，管片混凝土裂纹是完全可以避免的。
4 治理方法
①对一般管片裂缝可用环氧胶泥封闭；对较宽较深裂纹，应先沿缝凿成V字形凹槽，清理干净，再用环氧胶泥、环氧砂浆或水泥砂浆补缝，或增加铺贴环氧玻璃布处理；
② 对较严重的贯穿裂缝，应采用环氧或甲凝灌浆处理，或进行结构加固。
5 其他注意事项
①管片生产应在避免强日照和温差大的地方，防止强风吹袭和烈日暴晒；
② 混凝土浇注应分层浇筑，有利于振捣密实，减少收缩量；
③ 夏季施工应考虑冷却混凝土组成材料，使混凝土的初始温度降低；
④ 通过微调混凝土坍落度，来适应夏季施工和冬季施工温度影响。
最后，管片预制中很容易产生裂纹，但只要在配合比设计、原材料选取、施工工艺及养护过程中，充分控制好各种因素，管片混凝土裂纹是完全可以避免的。
参考文献
[1] GB 50208-2002 地下防水工程质量验收规范.山西省建设厅著.中国建筑专业出版社.2002
[2] GB 50010-2010 混凝土结构设计规范.中华人名共和国住房和城乡建设部. 2011
[3] 常 翔.混凝土碱-骨料反应的预防[M].《隧道建设》.2006.第5期
[4] 王铁梦.工程结构裂缝控制[M].中国建筑工业出版社.2002
[5] 冯乃谦.实用混凝土大全[M].科学出版社.2001
[6] 吴良群.桥梁工程中大体积混凝土裂缝的诸多因素及防治措施.广东建材.2011.第8期
关键字：管片 温度裂纹 塑性裂纹 成因 措施
中图分类号: U45 文献标识码：A文章编号：1674-098X(2012)03(B)-0000-00
Abstract: Reinforced concrete crack is the current construction more difficult to overcome the common problem of the quality, according to the small segment of shield pipeline engineering construction technology key points and difficulties, combined with relevant experts were summarized in this paper, combined with North River Crossing Project in the construction process of shield segment of practical experience, introduces the construction process of shield segment in different types of crack formation reason and the focus and difficult to control, the key to the process and key technology were introduced, for in the production process application.
Keywords: SegmentTemperature crackPlastic crack Cause Measures
管片裂纹一直是困扰管片生产的主要因素，对混凝土抗碳化、抗冻融、抗疲劳、抗渗等方面有影响，也是影响隧道质量的主要方面。对于隧道、地下管道工程来说，一旦管片本身出现致命缺陷，可能就会产生灾难性的后果。管片裂纹的防治技术，显得尤为重要。混凝土裂纹尽管看似复杂，其实，从它的原材料、配合比性能、施工工序等方面，加强监管和控制是完全可以避免的。
管片裂纹产生的主要部位有：外弧面裂纹、侧面裂纹、手孔位裂纹。裂纹类型大体有塑性收缩裂纹、水化反应收缩裂纹、表面温差收缩裂纹、干燥收缩裂纹、混凝土坍落度不当引起的裂纹。为了清晰的认识裂纹的现象和产生原因，从而更好地控制，分为温度裂纹和收缩裂纹来分析。
1 温度裂纹
1.1 现象
表面温度裂纹，多由于温差较大引起的。这种温差仅在表面处较大，离开表面就很快减弱，因此，裂纹只在接近表面较浅的范围内出现，表层以下的结构仍保持完整。
1.2 成因分析
浇注成型的管片，在硬化期间，水泥放出大量的水化热，混凝土内部温度升高并且膨胀，而混凝土表面处于冷却和收缩状态，如果内外形成温差过大，则在混凝土表面产生拉应力，加之混凝土早起抗拉强度较低，出现裂纹。裂纹的宽度和深度取决于热的混凝土内部和冷的混凝土外表面之间的温度差大小。天气昼夜温度相差过大也是混凝土产生裂纹的原因之一。
2 收缩裂纹
2.1 现象
收缩裂纹，在新浇注的管片表面形成直线，长短不一，互不连贯，裂纹较浅，类似干燥的泥浆面。大多在混凝土初凝后，当外界气温高，风速大，气候干燥的情况下出现。
2.2 成因分析
管片侧面止水条位置产生的收缩裂纹，与混凝土本身的性能关系较大，当侧面出现裂纹时，应先核查混凝土各种原材料是否符合规范设计要求。混凝土碱含量也是主要因素之一，具体表现为，混凝土表面碱含量越高，则表面的碳化越快，收缩也越大，越容易在早期产生裂纹。
2.2.1塑性收缩裂纹：
① 混凝土浇筑后，表面没有及时覆盖，受风吹日晒，表面有利水分蒸发过快，产生急剧的体积收缩，而此时混凝土早期强度低，不能抵抗这种变形应力而导致开裂；
② 使用收缩较大的水泥，水泥用量过多，或使用过量的粉砂，或混凝土水灰比过大；
③ 混凝土坍落度大，流动度过大。
2.2.2干燥裂纹
管片混凝土干燥收缩的严重程度直接与体积有关系，干燥收缩的大小与混凝土的体积稳定性直接相关，并受环境相对湿度的影响，相对于大体积管片来说，小体积管片的裂纹现象，产生的几率较小。
下列情况单独或同时出现，将加速混凝土表面的水分蒸发并增加塑性收缩开裂的可能：
① 混凝土表面温度明显高于空气温度；
② 空气湿度低；
③ 风速大。
综上，管片裂纹产生的原因，基本上是由于水分蒸发和浆体收缩，收缩应力大于混凝土的抗拉强度引起的。也就是说，温度裂纹多由外因造成，收缩裂纹多与混凝土本身性能有关。在混凝土硬化初期，主要是水泥凝固结硬过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。
3 预防措施
3.1施工配合比的准确有效性是控制管片裂纹的根本要素
在实际生产中，我们的混凝土配合比是通过有相关资质的部门出据的，但施工方应该具备设计验证配合比的能力，才能更好地指导生产，解决生产中遇到的具体问题。然而对于既定的管片混凝土配合比，如何更好的运用到生产中，保证配合比各原材料符合要求，保证施工配合比的可行性，是控制管片裂纹的根本要素。影响配合比性能的关键因素，包括各种原材料性能要求、水灰比的要求、坍落度的要求、总碱含量要求。
3.1.1 各种原材料性能要求
混凝土原材料中，以粗骨料的体积稳定性最好，砂子次之，收缩变形主要发生在水泥及掺合料构成的浆体和砂浆上。因此，在施工和易性允许的情况下，尽可能加大石子用量，降低砂率，降低用水量，对减少干燥收缩裂纹以及提高混凝土的稳定性，强度和耐久性是有利的。配置混凝土时，严格控制水灰比和水泥用量，根据现场施工环境及时调整、准确计量。重点要求如下：
① 水泥选用，考虑早期强度、碱含量以及与外加剂的适应性。利用低热水泥，管片混凝土一般选用普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥。最好掺加粉煤灰（Ⅱ级及以上），其水化热约为水泥水化热的25%-50%，降低水化热，减小混凝土凝结过程水化热与外界温度差，降低水泥导致的管片裂纹出现。同时严格按照混凝土配合比报告施工，不是水泥越多越好。
② 粗集料（石），选用级配良好的连续级配的粗集料（0.5mm-31.5mm），并且粗集料应尽量粗些，良好的级配能更好地保证管片强度的同时，能很好的保证管片密实度，减小空隙，降低凝结过程的收缩，减小管片裂纹的出现；
③ 砂，以粗砂为宜，若因施工条件限制选用中砂，中砂应尽量粗些。对砂的选择除了考虑符合规范要求的同时，和粗集料的选用一样考虑密实性。除此之外，还因为砂较细的情况下，容易导致混凝土中胶体多，振捣完成的胶体浮至管片外弧面聚集，在外弧面容易产生收缩裂纹。
④ 外加剂，很好的选用减水剂，可以延缓水化热的峰值期并改善混凝土的和易性，降低水灰比以达到减少水化热的目的。选用改性三聚氰胺高效减水剂或者聚羧酸系高效减水剂效果。
3.1.2水胶比的要求
低胶灰比不仅有助于强度的迅速增长，还可使密实度提高，形成优质混凝土。长期的施工经验和研究表明，管片混凝土的水灰比在0.33-0.36之间为宜。
3.1.3坍落度的要求
混凝土坍落度的大小，对施工性及硬化后混凝土的抗渗性和强度有直接影响，因此加强坍落度的检测和控制是十分必要的。根据地下防水工程施工规范和施工中便于振捣等其他因素，一般将坍落度控制在40mm-50mm为宜。
混凝土坍落度偏大的情况下，经过振动棒的振捣，粗骨料在管片内部产生离析现象下沉，导致细骨料水泥浆被挤压浮至混凝土表层，将会在管片外弧面产生裂纹。而坍落度偏小的情况下，不能满足混凝土水化收缩需求的，将会产生干燥收缩裂纹。
3.1.4总碱含量要求
混凝土中碱含量高的质量病害表现在，管片裂纹、工程结构受到破坏等方面，是管片耐久性的主要危害。因此，在工程开工前，进行混凝土总碱含量的测试符合规范及设计要求，是保证混凝土性能的重要措施。
3.2 养护
3.2.1 管片出模前养护
管片混凝土初凝后，应及时用塑料薄膜覆盖表面。冬季施工，因水化热产生的热量同外界形成较大温差，这种温差一般都会直接导致管片表面出现温差裂纹；而夏季施工，因外界温度高，加之水化热温度，导致混凝土内部水分流失迅速，影响管片整体结构。故应及时覆盖薄膜，保证混凝土水化热所需水分。
3.2.2 管片水养护
管片水养护不及时或养护时间短，均会产生收缩裂纹，保证水养护时间和养护水的质量是避免水养护产生裂纹的关键措施。水养护入池养护的时间最好不少于14天，最低不少于7天。出池管片，在外界环境温度高的情况下，应继续喷淋养护，避免暴晒引起的裂纹。养护水的质量包括水温和PH值，水温控制在20℃为宜，PH值控制在7-8。养护水的更换时间与养护管片量和养护水质量本身有关，一般每三个月更换一次水。
3.3 蒸养对管片裂纹的影响
管片蒸养温度及时间不能很好的控制，将直接导致混凝土内部结构损坏，表现在蒸养完成后，表面出现明显裂纹，在后期继续增长。
管片混凝土蒸养分为四个时期：预养期、升温期、恒温期、降温期。预养期指混凝土管片浇注成型后，静停放置的时间。最佳预养期为混凝土强度达到0.39-0.49MPa时所需的时间。预养期作用在于提高水泥在蒸养以前的水化程度，使混凝土具有初始结构强度，以增强混凝土对升温期结构破坏的抵御力。蒸养过程中，升温不宜超过15℃/h，恒温时间长不一定好，一般1.5h-2h为宜，恒温时间长可能出现强度波动现象，破坏混凝土构件，降温不宜超过20℃/h。整个管片蒸养时间控制在5h-6h。低水灰比的混凝土比较适宜管片的蒸养。
3.4 抹面
抹面次数和时间的控制，将影响管片外弧面结构是否密实，抹面不及时还会导致因管片水分流失过快，而出现收缩裂纹，对管片质量产生影响。整个抹面过程应按照三个步骤进行：一、粗抹面：即使用铝合金压尺，刮平去掉多余砼（或填补凹陷处），此阶段主要是为了使混凝土表面平顺；二、中抹面：待混凝土表面收水后使用灰匙进行光面，使管片表面平整光滑；精抹面：以手指轻按混凝土有微平凹痕时，用长匙精工抹面，力求使表面光亮无灰匙印。通过，对抹面时间和次数的控制，保证管片外弧面结构密实，减小因表面粗糙，水分流失过快带来的管片裂纹。
最后，管片预制中很容易产生裂纹，但只要在配合比设计、原材料选取、施工工艺及养护过程中，充分控制好各种因素，管片混凝土裂纹是完全可以避免的。
4 治理方法
①对一般管片裂缝可用环氧胶泥封闭；对较宽较深裂纹，应先沿缝凿成V字形凹槽，清理干净，再用环氧胶泥、环氧砂浆或水泥砂浆补缝，或增加铺贴环氧玻璃布处理；
② 对较严重的贯穿裂缝，应采用环氧或甲凝灌浆处理，或进行结构加固。
5 其他注意事项
①管片生产应在避免强日照和温差大的地方，防止强风吹袭和烈日暴晒；
② 混凝土浇注应分层浇筑，有利于振捣密实，减少收缩量；
③ 夏季施工应考虑冷却混凝土组成材料，使混凝土的初始温度降低；
④ 通过微调混凝土坍落度，来适应夏季施工和冬季施工温度影响。
最后，管片预制中很容易产生裂纹，但只要在配合比设计、原材料选取、施工工艺及养护过程中，充分控制好各种因素，管片混凝土裂纹是完全可以避免的。
参考文献
[1] GB 50208-2002 地下防水工程质量验收规范.山西省建设厅著.中国建筑专业出版社.2002
[2] GB 50010-2010 混凝土结构设计规范.中华人名共和国住房和城乡建设部. 2011
[3] 常 翔.混凝土碱-骨料反应的预防[M].《隧道建设》.2006.第5期
[4] 王铁梦.工程结构裂缝控制[M].中国建筑工业出版社.2002
[5] 冯乃谦.实用混凝土大全[M].科学出版社.2001
[6] 吴良群.桥梁工程中大体积混凝土裂缝的诸多因素及防治措施.广东建材.2011.第8期