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【摘 要】 本文首先介绍了地铁管片表面龟裂出现的特征，然后分析了地铁管片表面龟裂产生原因，最后探讨了地铁管片表面龟裂产生的解决措施。
【关键词】 地铁管片；表面；龟裂；产生原因；解决措施
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。
地铁管片生产采用清水混凝土，清水混凝土又称装饰性混凝土，按一次成型，不做任何外装饰，需要表面平整光滑、色泽均匀、棱角分明、无碰损和污染。它的特点代表了混凝土材料中最高的表达形式，体现的是素面朝天、朴实无华、自然沉稳的品位。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。
1 地铁管片表面龟裂出现的特征
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，呈现为纵横交错状如龟壳纹样的裂纹。虽然在初期肉眼不可见，但随着时间的延长，混凝土制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。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 地铁管片表面龟裂产生原因分析
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），使之沿裂缝渗入，让其渗入足够的时间（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：自生收縮、塑性收缩、干燥收缩、碳化收缩等。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。
碳化收缩与干燥收缩共同作用可导致表面开裂和面层碳化。F.M.李在其专著中谈到了细裂纹与碳化收缩的关系，认为产生细裂纹的原因不仅仅是干燥收缩引起，碳化作用也是一个重要的原因，并认为细裂纹一般产生于表面上。F.M.李从碳化深度与裂纹深度相一致的实验判断细裂纹的产生与大气中的碳化有着某种联系，这一判断是在裂纹刚产生不久尚未扩展时所测数据来确定的。笔者前面提到的实验中，虽然管片碳化深度远小于裂缝深度，但显然可看出该裂缝是表面裂纹向纵深发展的结果，与F.M.李的判断不相矛盾。
众所周知，并不是只要产生收缩就会引起开裂，只有当混凝土的抗拉强度不足以抵抗收缩所产生的拉应力时才会产生开裂。而表面抗拉强度的发展往往滞后于收缩拉应力的发展。管片表面龟裂形成的基本机理是其表面抗拉强度不足以抵抗收缩所产生的拉应力而产生的裂纹。
管片产生微细裂纹原因是复杂的，主要原因分析如下：
1）温度变化产生的温缩裂纹。混凝土在硬化过程中，产生水化热，随着水化热的升高体积膨胀。水化放热完毕，混凝土温度下降过程中，表面受到外界条件的影响，温度下降速度快，产生体积收缩；而内部混凝土降温速度慢，仍处于膨胀状态，对表面混凝土的收缩产生约束，造成使表面开裂。
2）混凝土自收缩产生的干缩裂纹。由于水泥在水化反应过程中，消耗了毛细管孔隙中的水分，使毛细管形成自真空状态，内部产生负压，从而产生自收缩。混凝土表面受外界影响，水分消耗更快，自收缩（干缩）较内部要快，这种收缩受到内部缓慢自收缩的约束，从而使表面易产生干缩裂纹。
3）碳化收缩产生表面龟裂。一般情况下混凝土碳化需要较长的时间，但是混凝土的表面碳化并不需要很长的时间，在数小时内就可能发生，并且会引起混凝土的表面收缩，再加上干缩的叠加作用，当混凝土本身的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，产生微细裂纹。
4）人为操作不当促使微裂纹产生。在生产管片的操作过程中，没有严格的按照规定进行操作。造成内外混凝土收缩不一，促使了表面微细裂纹的产生。如：振动时间过长，使管片表面产生过厚的浮浆。文献记载，表面水泥浆层收缩比混凝土的收缩大2～5倍。 3 地铁管片表面龟裂产生的解决措施
3.1究其管片表面龟裂产生的主要原因是外界温差及管片表面与CO2直接接触，如能阻隔前两者不利条件的影响，就能减少或避免表面龟裂的产生。为此笔者作了两个试验：①用养护剂涂抹在刚脱模的管片上，放置在相对湿度为（45±5）%的车间进行自然养护至7d。与水养7d未涂养护剂的同批管片相比，涂养护剂管片未出现龟裂，而未涂养护剂管片则出现龟裂现象。②用塑料薄膜包裹在刚脱模的管片表面，放置在相对湿度为（45±5）%的车间进行自然养护至28d后。喷水观察发现与水养7d管片相比，包裹管片龟裂现象比水养7d管片少出许多。
3.2混凝土配合比的影响。
①适当减少每方混凝土的水泥用量，以降低水泥水化热的产生，缩小管片内外温差，同时适当增加粉煤灰用量。大量资料表明，掺用粉煤灰可减少裂纹产生的机率。②采用聚羧酸高效减水剂，聚羧酸系外加剂具有掺量低、减水率高、混凝土拌合物的流动性和保持性好、坍落度损失小、总碱含量极低、初凝时间较快、低收缩率的特点。
3.3加强对生产过程中的监督指导，以杜绝产生微细裂纹的人为因素。
①天气炎热时，对砂子进行覆盖以免受太阳直接暴晒，对石子浇水进行降温，浇筑混凝土时间安排在早、晚进行，避开中午高温时间。
②定期对搅拌机计量系统进行鉴定，根据天气变化及时测定骨料含水率，调整施工配合比，以保证配合比的计量正确，确保混凝土坍落度在5～7cm范围内。
③控制好振捣時间，避免过振，以减少管片表面浮浆的产生，已产生的浮浆及时清除干净并置换混凝土，使混凝土内外收缩率能基本一致。
④严格控制蒸气养护中升、降温度的速度，及恒温温度的稳定，防止因升、降温过快而产生温差裂纹。
4 结论
①管片龟裂是一种很细微的裂纹，肉眼不可见，初始时只存在于表面，若不及时发现、科学处理仍会有发展成为对结构使用年限有害的裂缝；②严格控制原材料质量、碱含量，科学试配，确认合理的配合比，施工过程程序化、自动化，减少人为因素，合理组织施工，从原材料控制，减少水化热及碳化收缩引起龟裂的产生；从半成品、成品控制，减少构件因瞬间干缩引起的干缩裂缝；从场内吊装、运输及现场吊卸控制，减少管片在装、卸及运输中的硬性损坏。③采用塑料薄膜包裹或涂养护剂可减少微细裂纹产生。
参考文献：
[1]吴中伟，廉慧珍.高性能混凝土北京[M].中国铁道出版社，2009
[2]马永红.清水混凝土施工技术的应用研究[J].山西建筑，2010，32（19）
[3]唐志成.地铁盾构隧道管片结构力学行为模型试验研究[J].岩土工程学报，2009（27）
【关键词】 地铁管片；表面；龟裂；产生原因；解决措施
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。
地铁管片生产采用清水混凝土，清水混凝土又称装饰性混凝土，按一次成型，不做任何外装饰，需要表面平整光滑、色泽均匀、棱角分明、无碰损和污染。它的特点代表了混凝土材料中最高的表达形式，体现的是素面朝天、朴实无华、自然沉稳的品位。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。
1 地铁管片表面龟裂出现的特征
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，呈现为纵横交错状如龟壳纹样的裂纹。虽然在初期肉眼不可见，但随着时间的延长，混凝土制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。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 地铁管片表面龟裂产生原因分析
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），使之沿裂缝渗入，让其渗入足够的时间（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：自生收縮、塑性收缩、干燥收缩、碳化收缩等。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。
碳化收缩与干燥收缩共同作用可导致表面开裂和面层碳化。F.M.李在其专著中谈到了细裂纹与碳化收缩的关系，认为产生细裂纹的原因不仅仅是干燥收缩引起，碳化作用也是一个重要的原因，并认为细裂纹一般产生于表面上。F.M.李从碳化深度与裂纹深度相一致的实验判断细裂纹的产生与大气中的碳化有着某种联系，这一判断是在裂纹刚产生不久尚未扩展时所测数据来确定的。笔者前面提到的实验中，虽然管片碳化深度远小于裂缝深度，但显然可看出该裂缝是表面裂纹向纵深发展的结果，与F.M.李的判断不相矛盾。
众所周知，并不是只要产生收缩就会引起开裂，只有当混凝土的抗拉强度不足以抵抗收缩所产生的拉应力时才会产生开裂。而表面抗拉强度的发展往往滞后于收缩拉应力的发展。管片表面龟裂形成的基本机理是其表面抗拉强度不足以抵抗收缩所产生的拉应力而产生的裂纹。
管片产生微细裂纹原因是复杂的，主要原因分析如下：
1）温度变化产生的温缩裂纹。混凝土在硬化过程中，产生水化热，随着水化热的升高体积膨胀。水化放热完毕，混凝土温度下降过程中，表面受到外界条件的影响，温度下降速度快，产生体积收缩；而内部混凝土降温速度慢，仍处于膨胀状态，对表面混凝土的收缩产生约束，造成使表面开裂。
2）混凝土自收缩产生的干缩裂纹。由于水泥在水化反应过程中，消耗了毛细管孔隙中的水分，使毛细管形成自真空状态，内部产生负压，从而产生自收缩。混凝土表面受外界影响，水分消耗更快，自收缩（干缩）较内部要快，这种收缩受到内部缓慢自收缩的约束，从而使表面易产生干缩裂纹。
3）碳化收缩产生表面龟裂。一般情况下混凝土碳化需要较长的时间，但是混凝土的表面碳化并不需要很长的时间，在数小时内就可能发生，并且会引起混凝土的表面收缩，再加上干缩的叠加作用，当混凝土本身的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，产生微细裂纹。
4）人为操作不当促使微裂纹产生。在生产管片的操作过程中，没有严格的按照规定进行操作。造成内外混凝土收缩不一，促使了表面微细裂纹的产生。如：振动时间过长，使管片表面产生过厚的浮浆。文献记载，表面水泥浆层收缩比混凝土的收缩大2～5倍。 3 地铁管片表面龟裂产生的解决措施
3.1究其管片表面龟裂产生的主要原因是外界温差及管片表面与CO2直接接触，如能阻隔前两者不利条件的影响，就能减少或避免表面龟裂的产生。为此笔者作了两个试验：①用养护剂涂抹在刚脱模的管片上，放置在相对湿度为（45±5）%的车间进行自然养护至7d。与水养7d未涂养护剂的同批管片相比，涂养护剂管片未出现龟裂，而未涂养护剂管片则出现龟裂现象。②用塑料薄膜包裹在刚脱模的管片表面，放置在相对湿度为（45±5）%的车间进行自然养护至28d后。喷水观察发现与水养7d管片相比，包裹管片龟裂现象比水养7d管片少出许多。
3.2混凝土配合比的影响。
①适当减少每方混凝土的水泥用量，以降低水泥水化热的产生，缩小管片内外温差，同时适当增加粉煤灰用量。大量资料表明，掺用粉煤灰可减少裂纹产生的机率。②采用聚羧酸高效减水剂，聚羧酸系外加剂具有掺量低、减水率高、混凝土拌合物的流动性和保持性好、坍落度损失小、总碱含量极低、初凝时间较快、低收缩率的特点。
3.3加强对生产过程中的监督指导，以杜绝产生微细裂纹的人为因素。
①天气炎热时，对砂子进行覆盖以免受太阳直接暴晒，对石子浇水进行降温，浇筑混凝土时间安排在早、晚进行，避开中午高温时间。
②定期对搅拌机计量系统进行鉴定，根据天气变化及时测定骨料含水率，调整施工配合比，以保证配合比的计量正确，确保混凝土坍落度在5～7cm范围内。
③控制好振捣時间，避免过振，以减少管片表面浮浆的产生，已产生的浮浆及时清除干净并置换混凝土，使混凝土内外收缩率能基本一致。
④严格控制蒸气养护中升、降温度的速度，及恒温温度的稳定，防止因升、降温过快而产生温差裂纹。
4 结论
①管片龟裂是一种很细微的裂纹，肉眼不可见，初始时只存在于表面，若不及时发现、科学处理仍会有发展成为对结构使用年限有害的裂缝；②严格控制原材料质量、碱含量，科学试配，确认合理的配合比，施工过程程序化、自动化，减少人为因素，合理组织施工，从原材料控制，减少水化热及碳化收缩引起龟裂的产生；从半成品、成品控制，减少构件因瞬间干缩引起的干缩裂缝；从场内吊装、运输及现场吊卸控制，减少管片在装、卸及运输中的硬性损坏。③采用塑料薄膜包裹或涂养护剂可减少微细裂纹产生。
参考文献：
[1]吴中伟，廉慧珍.高性能混凝土北京[M].中国铁道出版社，2009
[2]马永红.清水混凝土施工技术的应用研究[J].山西建筑，2010，32（19）
[3]唐志成.地铁盾构隧道管片结构力学行为模型试验研究[J].岩土工程学报，2009（27）