淺談管片質量監(jiān)理與控制

淺談管片質量監(jiān)理與控制第1頁/共28頁1、管片概述

管片又稱盾構隧道的一次襯砌，有鋼筋混凝土管片(RC管片)、復合管片和鑄鐵管片(DC管片)。常用的鋼筋混凝土管片有箱型和平板型二種；鋼筋混凝土管片采用工廠化流水作業(yè)生產，主要分為鋼筋籠加工和管片成品的生產以及相關的試驗組成。

管片屬技術含量高，工藝和品質要求都特別高的鋼筋混凝土構件，被稱為混凝土預制構件中的“工藝品”，其強度、抗?jié)B性、幾何尺寸、表觀質量等方面的要求都非常嚴格。第2頁/共28頁2、管片質量控制生產管片采用的混凝土強度要求高、抗?jié)B性能、耐久性要求嚴格，其設計、生產與其它普通混凝土預制構件有很大差異，對材料和成型方法敏感性大。本人就以管片生產的原材料選擇為基礎，從管片的生產工藝過程詳細探討管片質量控制，以指導管片生產，控制管片質量。第3頁/共28頁2．1原材料的選擇普通的鋼筋混凝土管片主要原材料為：水泥、集料、摻合料、外加劑、水和鋼筋。第4頁/共28頁2．1．1水泥根據(jù)GB/176-1996規(guī)定，為符合國標準性能上的差異，對水泥各組分含量規(guī)定：氧化鎂≤4％，燒失量≤0．5％，三氧化硫含量≤0．2％，細度為375c㎡／g左右。在滿足強度要求的前提下，限制水泥用量；使用的水泥首選硅酸鹽水泥，用量一般控制在360～450kg／m3；堿含量<0．6％。2．1．2集料（JGJ52-2006）高強混凝土要求集料具有良好的物理和力學性能。隨著混凝土強度的提高，集料強度要相應的提高，顆粒形狀也應盡可能接近球形或者立方體，并兼顧耐久性。(1)細集料：一般使用表面光圓、質地堅硬、潔凈的中砂；除特細砂外,砂的顆粒級配可按公稱直徑630um篩孔的累計篩余量；細度模數(shù)為2．6~3．0；含泥量≤3％，氯離子含量≤O．06％，對于有抗凍、抗?jié)B要求的混凝土用砂，其云母子含量≤1％。(2)粗集料：粗集料一般應選擇連續(xù)級配5-25mm的碎石，且應無雜物、干凈，含泥量不大于1％，壓碎性指標≤12％，針、片狀顆粒含量≤15％，硫化物及硫酸鹽含量≤1％。第5頁/共28頁2，1．3摻合料在地鐵管片生產中曾用過摻合物即粉煤灰，而粉煤灰對管片各使用性能沒有提高，只是在經(jīng)濟成本方面才會考慮使用，作為百年大計地鐵管片我們建議最好不使用。但要使用必須具體摻量根據(jù)規(guī)定和試驗結果綜合考慮。2．1．4外加劑外加劑是制備高強度混凝土不缺可少的，因水泥的表面積較大，在低水膠比情況下工作性好的拌合物而不使用減水劑或超塑化劑是不可能的，高水泥含量增大了混凝土的成本，且與高水化熱相關的問題變得更加突出。對于振動成型的管片混凝土產生水泥砂漿與石子的離析現(xiàn)象就更為嚴重。因此，化學外加劑主要增加工作性、減少水膠比以及減少水泥用量；但是必須注意通過試驗來確定外加劑與水泥的適應性。第6頁/共28頁2．1．5水一般選擇干凈的無污染的生活飲用水；水中應不含有影響水泥正常凝結與硬化的有害雜質及油脂、糖類、游離酸類、堿、鹽、有機物或其他有害物質。2．1．6鋼筋鋼筋的品種、規(guī)格和質量，必須符合設計要求和現(xiàn)行的有關規(guī)范的規(guī)定。鋼筋焊接、焊接制品的機械性能（拉力試件：屈服強度、拉彎強度、伸長率；冷彎試件；可焊接試件）的試驗結果必須符合現(xiàn)行的鋼筋焊接及驗收的有關規(guī)定。第7頁/共28頁2．2混凝土配合比的設計管片生產首先要考慮混凝土的配合比的設計，配合比設計分為兩個步驟：選擇合適的組成材料，根據(jù)對管片混凝土強度和抗?jié)B性能、耐久性的要求，以及生產工藝成型方式對混凝土拌合物的工作性能的要求，確定混凝土各組成材料的相對數(shù)量。管片混凝土的一般要求是強度等級為C50、抗?jié)B等級為S12、坍落度為(5±2)cm、低水灰比的高性能混凝土。第8頁/共28頁在混凝土配合比設計時，要綜合考慮各方面的因素：(1)限制水灰比、水泥用量，采用高性能外加劑、摻合料以保證強度、抗?jié)B性、耐久性要求；(2)混凝土早期強度高和縮短凝結時間(提高模具周轉率)，采用低水泥用量(最小坍落度)，最佳粗集料和細集料比率以滿足經(jīng)濟性要求。(3)易于澆筑、搗實；離析和泌水量小，以滿足工作性能要求；(4)并兼顧考慮其它的標準要求，如收縮和徐變小或用于特殊的化學環(huán)境等。第9頁/共28頁2．3管片生產工藝管片生產工藝可以簡單的分為鋼筋籠加工和管片成品生產。生產工藝流程如下圖第10頁/共28頁2．3．1鋼筋籠加工鋼筋籠作為混凝土管片的骨架，關系著管片的結構安全及耐久性，生產要嚴格要求；鋼筋籠按先成片(在焊接臺生產)后成籠(在胎膜焊接生產)的生產順序半機械化流水作業(yè)。鋼筋籠除組合焊接質量外，還需要注意鋼筋籠的幾何尺寸以保證鋼筋籠在模具中的保護層，如果保護層過大，則會影響管片承載能力，保護層過小會影響管片的長期耐久性。2．3．2管片成品生產(1)模具的清理、組合、檢查清理模具時注意模具內表面的光潔度，防止因管片內表面光潔度不夠而產生氣泡；第11頁/共28頁

混凝土管片生產工藝流程脫模劑要均勻的噴刷在鋼模與混凝土所有接觸面上，特別注意模具的邊角處及手孔位置，不漏涂、不流淌；脫模劑的選擇要根據(jù)實際施工情況進行現(xiàn)場試驗確定，盡可能的選擇水溶性的。不同類型的模具有不同的組裝方法，組裝模具時按照模具操作手冊上的要求進行，防止因誤操作而影響模具的質量和壽命。管片精度是以鋼模加工和合攏后的精度作保證；在正常生產狀態(tài)下，對鋼模要實施澆筑前的快速檢查和定期檢查；一般以制作100環(huán)管片作為暫定檢查周期；質檢人員必須堅持每塊模具澆筑前測量鋼模的合模精度，以保證生產的每一塊管片的質量。鋼模的合模精度一般要求應高于管片精度0．15mm。第12頁/共28頁(2)鋼筋籠入模、保護層及預埋件的安裝鋼筋籠入模時采用四點起吊裝置籠緩慢人模，盡可能不碰撞模具而損傷模具。入模的鋼筋籠形狀與鋼模相符、入模位置正確，骨架任何部分不得同鋼模、模芯等接觸，并應有規(guī)定的間隙即鋼筋保護層。鋼筋籠的隔離器采用專用塑料支架，選用符合厚度、承受力和穩(wěn)定性要求的支架；承載力和耐久性不低于管片混凝土，支架的顏色同管片混凝土保持基本一致；選用齒輪形和支架形兩種，支架形用于內弧底部，對稱設墊；齒輪形用于側面和端面。第13頁/共28頁(3)混凝土的配制集料與水泥固體原料按質量配料；水和液體外加劑等可以按體積量取。環(huán)境和其他一些實際因素在攪拌機中保持一些水分，這部分水在配料時應予以充分考慮；原料的稱量應該保證準確度，公差必須滿足我國混凝土技術規(guī)程的規(guī)定；水、水泥、外加劑、外摻料允許誤差為±1％，骨料允許誤差為±2％。(4)混凝土攪拌充分攪拌對于材料完全混合非常重要，是生產均勻、和易性好的混凝土的前提條件，攪拌不充分不僅會降低混凝土的強度，而且導致各批混凝土之間和一批混凝土之中質量有較大的變化；但過長的攪拌時間并不能提高混凝土質量，還可能嚴重影響產量，超長時間的攪拌會使集料破壞及含氣量減小；最佳攪拌時間取決于攪拌機類型、攪拌機狀態(tài)、旋轉速度、裝料量、組成材料的性質。一般混凝土攪拌的最少時間規(guī)定為2min，通常每盤混凝土的最佳攪拌時間為2-3min，冬季施工時要適當?shù)难娱L攪拌時問。第14頁/共28頁(5)混凝土運輸、澆筑、振搗攪拌好的新鮮混凝土要立即使用，防止在運輸?shù)倪^程中長時間沒有攪動而發(fā)生離析或初凝；運輸時間根據(jù)混凝土的坍落度及天氣情況而定，一般不宜超過30分鐘。澆筑過程中正確的操作能夠防止粗集料離析；根據(jù)經(jīng)驗，混凝土應該垂直下落，下落高度控制在1．5m以內；混凝土應從管片模具兩端的底部開始澆筑，下料速度應同振動效果匹配：使用棒式振動器時應該有規(guī)律的、間隔的垂直插入混凝土，使振動器交疊作用于混凝土的各個地方，作用半徑約為棒徑的1．5倍，考慮到管片布筋較密，其作用半徑應適當減??；有部分管片生產采用壓縮空氣振動器或振動臺振動成型，要根據(jù)振動器的振動力及混凝土的坍落度確定振動時間及振動器開啟的順序、數(shù)量，振動到混凝土內不再有大氣泡冒出；但應避免過度振動造成的表面過多泛漿，增加泌水。振搗是管片成型質量的關鍵工序，振動時間、混凝土坍落度、布料速度和振動器的效率等是構成振搗效果的四大因素。因此在管片正式生產前，必須經(jīng)過模塊試驗和試生產來確定有關制作參數(shù)。混凝土的入模溫度不能超過35℃，并且在實際中盡量保持低溫。如果入模溫度常超35度，必須要求管片生產商采取措施。第15頁/共28頁(6)混凝土抹面收光混凝土抹面分三步：粗抹面(刮平)用直尺(最好選擇振動刮板)初步抹平；中抹面(壓平)在混凝土析出水上升到表面之前完成；精抹面(抹平)時混凝土硬化直到所有的析出水已消失，用手按混凝土表面不留下大于2mm的印痕，抹平時將水泥和水帶到表面，形成一層致密、堅實、光滑的水泥砂漿面層；抹面太早，或涂抹過度，引起泌水量增加，產生塑性收縮，在管片外表面產生細而不規(guī)則的地圖樣開裂(龜裂)。要根據(jù)澆筑的混凝土的性質和當時的天氣情況來調整三次收光的時機。管片的抹面收光不但關系到管片的外觀質量，還關系管片的耐久性等一系列問題。第16頁/共28頁(7)混凝土養(yǎng)護欲發(fā)揮混凝土的最佳性能，必須提供充分的水分來保證水泥水化，將孔隙率降低到能獲得所要求的強度和耐久性，并使混凝土由于收縮產生的體積變化最小。一般一個盾構工程由幾套模具來生產施工管片，所以就要求每天一套模具可以生產多個循環(huán)；通常采用蒸汽養(yǎng)護，以提高混凝土的脫模強度，加快模具的周轉率和場地利用率，降低管片的生產成本和保證管片供應。第17頁/共28頁①蒸氣養(yǎng)護目前，我們監(jiān)管管片生產中主要采用低壓蒸汽養(yǎng)護。低壓蒸養(yǎng)最適宜的溫度范圍在50-60攝時度之間。具體蒸汽養(yǎng)護制度以現(xiàn)場試驗為準。典型的蒸汽養(yǎng)護程序，混凝土成型之后、蒸養(yǎng)之前應在室溫下保持一段時間，使混凝土管片經(jīng)歷的初步水化并改善其穩(wěn)定性，這樣可提高后期強度；預養(yǎng)期的最佳時間通常為1～2h，這個時間的長短主要取決于水泥類型、最高養(yǎng)護溫度、外加劑類型等，通過試生產時的試驗實踐來確定。第18頁/共28頁管片蒸汽養(yǎng)護過程控制升溫速度和預養(yǎng)期的持續(xù)時間相關。如果混凝土經(jīng)歷了預養(yǎng)期，可采提高升溫的速度；通常要求使用盡可能低的升溫速度；升溫速度一般為10～20℃／h?；炷猎谧罡邷囟认碌酿B(yǎng)護時間決定了其在養(yǎng)護期間強度增長的最大值。養(yǎng)護溫度最大值越高，養(yǎng)護時間就越短。一般在高溫養(yǎng)護到管片混凝土強度大于設計強度的45％后才可以脫模。在養(yǎng)護期結束時，已硬化的混凝土對熱震的敏感程度要比新混凝土小的多，因此，對冷卻速度的控制不需要像加熱速度那樣嚴格，但還是最好將冷卻速度控制在10～20℃／h，避免降溫速度過快，使混凝土出現(xiàn)裂縫；在管片溫度與蓄水池水溫相差不超過15℃時，及時進行水養(yǎng)。養(yǎng)護過程中應避免出現(xiàn)中斷養(yǎng)護，中斷養(yǎng)護不僅影響混凝土的最終強度，而且混凝土也會受到干濕循環(huán)的損害。第19頁/共28頁②常溫養(yǎng)護從理論上講，水泥完全水化需水量為水泥用量的20％-25％，而實際生產混凝土的水灰比普遍大于0．3，所以無需提供額外的水分混凝土中也有足夠的水分來保證完全水化。然而，實際上由于蒸發(fā)作用或由于集料等吸水，漿體會失去部分水分，一旦混凝土中由于蒸發(fā)和白干燥失去過多的水分而導致內部濕度下降到大約80％，水化就會停止，強度發(fā)展也被抑制。而且這種降低在高強度混凝土(低水灰比)發(fā)生的概率大。因此，應該在養(yǎng)護過程中提供額外的水分來確?；炷磷畲笙薅鹊乃?。蒸養(yǎng)時要注意讓養(yǎng)護罩離管片表面10-20cm，以保證蒸汽在養(yǎng)護罩內循環(huán)流通。蒸汽養(yǎng)護結束后脫模、標識、修飾，之后管片一般進行要7天左右的水池養(yǎng)護；混凝土希望盡可能長時間的濕養(yǎng)護，但實際施工過程中，為了提高施工速度、降低造價，管片廠一般不執(zhí)行14天水池養(yǎng)護。根據(jù)混凝土要求，有抗?jié)B要求混凝土連續(xù)14d濕養(yǎng)，其28天強度最終能達到28天濕養(yǎng)強度?；炷琉B(yǎng)護標準對大多數(shù)結構混凝土濕養(yǎng)護時間為7d或達到規(guī)定抗壓或抗彎強度的70％所需要的時間。對于大體積混凝，最短養(yǎng)護時間應該長一些，若摻有粉煤灰的混凝土，應養(yǎng)護2周到3周。第20頁/共28頁(8)脫模在同條件下養(yǎng)護的混凝土試塊的強度達到要求的脫模強度后，按照模具操作手冊一般先拆側板，后端頭板；脫模采用專用吊具，平穩(wěn)起吊，起吊時吊具和鋼絲繩垂直；起吊后翻片機上成側立狀態(tài)；所有與管片接觸部位都有柔性材料予以保護。(9)管片檢查①作為監(jiān)理雖然不能每塊管片都進行外觀質量檢驗，但管片表面應光潔平整，無蜂窩、露筋、無裂紋、缺角應抽查。輕微缺陷可進行修飾，止水帶附近不允許有缺陷，灌漿孔完整，無水泥漿等雜物。②用游標卡尺測量管片的寬度和厚度；鋼卷尺測量管片弧長；尼龍線檢驗管片的扭曲變形情況進行抽查。以按管片成品質量檢驗標準去檢驗。第21頁/共28頁

管片成品質量檢驗標準(10)管片修補、標識①深度大于2mm，直徑大于3mm的氣泡、水泡孑寬度不大于5mm的表面干縮裂縫用膠粘液與水按1：1-1：4的比例稀釋，再摻進適量的水泥和細砂填補，研磨表面，達到光潔平整。破損深度不大于5mm，寬度不大于1cm，用環(huán)氧樹脂砂漿修補，再用強力膠水泥砂漿表面填補研磨處理。②合格管片標識、標識內容：產品的型號、產品型號的生產流水號、生產日期；標識位置：(A)內彎弧面右上角；(B)正對內彎弧面的右面端面上端。第22頁/共28頁(11)管片試驗和檢驗控制①原材料質量控制檢驗水泥、骨料、外加劑、摻合料、鋼筋等按照標準的必須要規(guī)定取樣試驗，經(jīng)檢驗合格后方可使用。②混凝土生產質量控制檢驗根據(jù)每天檢測骨料的含水率調整施工配合比；按照標準規(guī)定的頻率取樣，制作混凝土抗壓試塊和抗?jié)B試塊。③抗彎試驗（以下圖為標準）抗彎試驗現(xiàn)場第23頁/共28頁管片正式生產前應做抗彎試驗以驗證管片成品的抗彎能力。④抗拔試驗（以設計圖為標準）正式生產前做抗拔試驗以驗證管片吊裝孔的抗拔能力。左圖為抗拔試驗現(xiàn)場第24頁/共28頁⑤生產過程中的三環(huán)拼裝試驗（以GB50446-2008去執(zhí)行）三環(huán)水平拼裝試驗以驗證每一環(huán)管片模具之間的配合以及環(huán)與環(huán)之