结合深圳地铁工程分析预制盾构管片生产中气泡的防治-宁靖

第一篇：结合深圳地铁工程分析预制盾构管片生产中气泡的防治-宁靖

结合深圳地铁工程分析预制盾构管片生产中气泡的防治

(深圳市福盈混凝土有限公司

宁靖20150201)【摘 要】 管片作为地铁隧道的主要受力构件，其质量非常重要，是地铁隧道结构安全性、耐久性的主要保障。在深圳地铁工程盾构法施工中管片是最主要的衬砌工艺。但管片在生产过程中，尤其在脱模后表面存在较多的气泡，不但影响管片的抗压和抗渗强度，也对后续的修补工作带来很大的麻烦，因此尽量地杜绝气泡，把它减少到最低限度是一项很重要的工作。本人根据自己的实际经验，总结了一些方法，并且在施工中收到了良好的效果，供大家参考。【关键词】 盾构 管片气泡

一、前言

地铁作为城市的交通枢纽，近年来，已在我国各大城市蓬勃发展。而管片作为地铁隧道的主要受力构件，其质量是地铁隧道结构安全性、耐久性的主要保障。预制混凝土管片（以下简称管片）常见的质量问题主要有外观质量问题、尺寸偏差问题和内在质量问题。本文主要针对外观质量问题--气泡，进行深刻的分析讨论；并提出了相应的解决方案和规避措施。

二、盾构法施工和管片的组成 2.1盾构法施工

地下工程是一个复杂的地下施工系统工程，它有多种施工力方法，而盾构掘进法是从国外引进的目前最先进的施工方法。目前在中国的上海、广州、深圳等大城市的地铁施工中已有越来越多的标段开始使用盾构法施工。管片是盾构法隧道中最主要的衬砌工艺，它的质量直接影响到整个隧道的质量。管片生产中的一大难题就是脱模后管片表面存在较多的气泡，不但影响管片的抗压和抗渗强度，而且也造成大量的修补工作。因此在管片的脱模期就应该尽量防治气泡的产生。2．2管片的组成

盾构法施工的隧道断面是圆形的，一般来说，外孤面直径6.0m，内孤面直径5.4m，管片厚度30公分，整个衬砌环由6块管片组成3个标准块，2个邻接块和1个封顶块。每环管片的宽度一般是1．5m。

三、管片的制作工艺和气泡形成的原因 3．1 管片的制作工艺

管片是一种混凝土预制件，它的制作过程主要是：钢筋笼的制作；钢筋笼装入钢模具；浇注混凝土(振捣)；管片的初期养护；脱模；蒸养、水养。3．2 气泡形成的原因

1、钢模自身结构的影响。制作管片的钢模板由固定底座弧板、四周的侧板、上部两端的压板及可拆除的端板组成，钢模具精度要求是非常高的，误差只有0．4mm；各模板之间的接缝均装有密封条，密封性能好。

混凝土在里面凝固时要产生热量，而原来混凝土里面的水分受振捣棒的挤压作用也要排出来，这些水分就集中在模具的侧板和管片侧面的结合处，结果气泡就占据了本来应该是混凝土所占据的位置，脱模后就形成了气泡孔。（1）混凝土在密封性强的钢模具里进行振捣，里面多余的水分受振捣棒的挤压集中在模具侧面（环面）上不能排出，形成气泡

（2）从管片结构中凹陷的止水槽可知模具在该处为凸显位置。在振捣中，混凝土中的空气会向模具上部无密封无压力处排出，在排出过程中受到凸显位置阻碍而形成气泡，并且在该处生成气泡会相对密集。

2、混凝土坍落度的影响。

混凝土的坍落度反映出混凝土的配合比。在混凝土预制件中，对混凝土的坍落度都有很严格的要求。《地下铁道工程施工及验收规范》GB50299-1999 混凝土配合比设计要求：坍落度不宜大于70MM。

（1）、塌落度过大，水分含量较多，多余的水分能使混凝土获得良好的和易性，但蒸发后会在混凝土中形成很多空隙，脱模后管片表面会形成较多气泡；即混凝土在模具中凝固时就会有较多的气泡集中在模具的侧板上，脱模后就会在管片的侧面上形成较多的气泡；（2）、塌落度过小，和易性差，混凝土凝固快失去流动性而增加振捣难度，脱模后管片表面气泡数量稍少，但单个气泡的体积较大。

3、脱模剂

（1）、现在使用的水性脱模剂，仍具有一定的粘性，稀释比例过低仍会对气泡有吸附作用，稀释比例过高，混凝土会粘膜，气泡均无法顺利随机械振捣上升、排出。

（2）、混凝土接触面处的水气能否顺利析出，很大程度上取决于脱模剂的优劣。好的脱模剂应为中性、利于水气析出，并且具有性能稳定、表面张力大、耐高温、便于喷涂等特性。

（3）、若脱模剂的引气性差，会在混凝土所有接触面上形成分布均匀、疏稀的微小气孔；若漏涂脱模剂，漏涂部位会出现明显区域性的小气孔。

4、振捣情况

目前在国外管片的生产过程中，一般都采用振动台振捣，国内也有部分单位使用，振动台容易控制振动的速度和频率，使混凝土变得均匀，也就减少了气泡的含量。在采用人工振捣生产过程中，由于人工操作的不稳定因素和工人操作的技术熟练程度的不同，对质量有一定的影响。工人操作时容易使振动棒碰到钢模具和钢筋笼，也不容易控制振捣的均匀性，也就容易使气泡集中于局部位而形成较大的空洞。

气泡能否排出与振捣有密切关系。由于工人的素质及操作稳定性和技术熟练程度的差异，对混凝土管片气泡的多少有根本性的区别。（1）、超振 石子下沉、水泥浆上浮混凝土分层、泌水、砼内微小气泡在机械作用下破灭重组，由小变大，形成大气泡。

（2）、欠振及漏振

振捣时间过短、或振捣间距过大、振捣随意性大、振捣不足以将包裹的空气的水泥浆排出，管片混凝土会出现不规则大气泡。（3）、正常振捣

振捣时粗细集料互相靠拢紧密，包裹着空气的水泥浆凭借振动能浮上表面，一般表面泛浆即可。

5、模具保养

混凝土振捣时振捣棒难免会碰到模具，管片钢筋笼放置时也会碰到模具，以及模具正常磨损等等，都会造成模具内表面粗糙，是的气孔不畅气泡残留过大。用120#木砂纸粗磨240#木砂纸细磨的方式对有局部磨损的模具精细打磨。

6、搅拌时间

管片混凝土水灰比过小，搅拌时间过短，会产生搅拌不匀；外加剂多的部分产生产出气泡多，外加剂少的部分会出现塌落度小，难以振捣现象。

7、水泥品质

水泥厂为提高水泥早强、降低成本，在熟料粉磨时加入木钙、二乙二醇、丙二醇的混杂型助磨剂，这些助磨剂带有引气效果，拌合混凝土引入的气泡不均匀且偏大。

8、减水剂品质

聚羧酸减水剂在生产过程中先用消泡剂消泡，然后掺入引气剂以引入微气泡，优质的聚羧酸减水剂在混凝土中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡（微小气泡对耐久性有好处），但使用廉价的引气剂（松香类），则会在混凝土中形成较大的气泡，容易形成较大的气泡，导致管片气泡过大。或者外加剂不合理的组稠组分，会导致混凝土料过于黏稠，振捣时气泡难于排出。

9、粗骨料

控制骨料的针片状含量也是减少气泡的途径。

10、细骨料

细骨料中的0.315mm、0.63mmm的两种颗粒对混凝土起到润滑作用，确保该骨料中这2种颗粒含量也是减少气泡的途径。

四、对管片气泡的防治措施

1、塌落度控制

在混凝土搅拌站安装高精度搅拌主机电流、电压表，从电流电压上侧面反映搅拌机内混凝土的塌落度，在搅拌机主机壳上开挖一个观察孔并安装防护网，方便试验人员直接观察搅拌机内的混凝土。对骨料仓内破损雨棚进行修补，确保集料含水率不受天气波动，同时提前做好含水率和气温升高后水泥外加剂适应性变动调整的工作，将塌落度波动减少到最低。

2、搅拌时间

经过多次对比试验，我们总结出现有的配合比搅拌时间与塌落度的关系。搅拌时间过短，外加剂与水泥接触不完全，塌落度过小，难于振捣，管片成品气泡多；搅拌时间过长，塌落度增加不明显，影响生产进度，消耗过多的能量。目前使用搅拌时间为150S。

3、脱模剂搀兑比例（1）、花王牌水性脱模剂厂家资料一般推荐搀兑水比例为1:4，该搀兑比例为理想状态下的搀兑比例，生产中还需要根据实际情况进行不同的比例搀兑试用摸索最佳搀兑比例，目前使用比例为1:3。

搀兑比例

效

果

1:1

黏稠、气泡多 表面被污染、成本高 1:2

黏稠、气泡稍少、表面轻微污染 1:3

不黏稠、气泡少、表面光洁、成本低 1:4

气泡多、有粘膜现象、修补量大、综合成本高

（2）、脱模剂必须严格按照产品使用说明书的要求正确使用，若使用不当，也会影响接触面气泡的析出，如脱模剂稀释比例过大、涂刷后的脱模剂未干燥成膜便浇筑混凝土等。对于钢模的重点部位、特殊部位应进行特殊处理，如钢模凸出的止水槽、棱角、倒角等部位，对混凝土中的水气具有阻排作用，所以，对此处应用浓度较大的脱模剂进行涂刷，特别是止水槽处的脱模剂涂刷应作为控制重点。

（3）、应加强控制喷涂过程，做到不漏涂、不流、不淌，同时加强对重点部位，如止水槽处、手孔处、管片收边处等部位的涂刷。对于水性脱模剂一定要在干燥成膜后浇筑混凝土。

4、振捣措施（1）、通过控制振捣参数，振动器的振动频率、改变振动压力、利用调压法、改变气流量的大小来进行振动；同时要做到强振动、弱振动，可以提高振捣效果。振捣以表面为泛浆止，可以大大减少管片侧面气泡数量。（2）、在管片振捣中，延长振捣时间，可以提高振捣效果，但不能增加振捣范围，在振捣范围内的气泡可以排出，因此要选择合理的振捣半径。振动波随振捣半径延长而减弱，振捣有效范围还跟混凝土的黏度有关。

五、结束语

结合深圳地铁工程分析预制盾构管片生产，针对管片外观质量问题--气泡进行深刻的分析讨论，并提出了相应的解决方案和规避措施。在配合比设计标准化后，必须狠抓生产操作规范。从混凝土坍落度、脱模剂的正确使用方法、正常的振捣方法、模具的合理保养、搅拌时间、水泥品质、减水剂品质、粗骨料和细骨料的级配等等来控制和预防气泡的产生，可以把气泡的数量控制到最低限度。

作者简介：宁靖（1973，10），男，工程师，广西大学本科毕业，深圳市福盈混凝土有限公司龙岗分公司总工 参考文献：

1、《地下铁道工程施工及验收规范》GB50299-1999（2003版本）

2、《隧道盾构混凝土管片预制与模具》 张弛 蔡亚宁 著