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    关键词:地铁管片;干燥收缩;碳化收缩;表面龟裂0前言   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

    本文通过对地铁管片表面龟裂原因的分析,提出了笔者的一些看法,以期起到抛砖引玉的目的

    1管片龟裂出现的特征   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【1】,呈现为纵横交错状如龟壳纹样的裂纹

    虽然在初期肉眼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龟裂产生的原因   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),使之不可见,但随着时间的延长,混凝土制沿裂缝渗入,让其渗入足够的时间24(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:自生收缩、塑性收缩、干燥收缩、碳化收缩等【2】

    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

       文献【2】认为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【1】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F1M1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

       3关于混凝土的碳化   碳化的含义包括水化产物Ca(OH)2的碳化和其他水化产物(例如C-S-H凝胶)的碳化两个方面【3】

    笔者认为这是混凝土碳化的两个阶段,首先是水化产物Ca(OH)2的碳化,然后当碱度下降到一定程度时,其他水化产物(例如C-S-H凝胶)才开始碳化

       文献【3】报道,混凝土碳化需要很长时间

    笔者认为这里所说的很长时间,是指第二阶段的碳化(即其他水化产物如C-S-H凝胶的碳化)需要较长的时间才能发生,也是指碳化程度达到一定的深度需要较长的时间

    但是混凝土的表面碳化【Ca(OH)2的碳化】并不需要很长的时间,其在数小时内就可能发生

    并且会引起混凝土的表面收缩【1】,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,从而产生微细裂纹

       一般说来,碱度越高,碳化越慢【3～4】

    这一规律是对混凝土的整体碳化而言的,混凝土的表面碳化并非如此

    因为混凝土的表面主要成份为Ca(OH)2,根据化学平衡原理,碱度【Ca(OH)2含量】越高,越有利于Ca(OH)2的碳化

    因此,混凝土的表面碱度越高,则表面的碳化越快,收缩也越大,越易产生裂纹(特别是在早期)

    因此,降低混凝土表面的碱度(特别是早期)可减少龟裂的产生

       提高混凝土的整体碱度,可减慢混凝土内部的碳化速度

    这是因为碱度提高,即Ca(OH)2含量提高,会延迟其他水化产物如C-S-H凝胶的碳化,因而会减慢混凝土内部的碳化速度

    那么究竟是碱度高好还是碱度低好呢?笔者认为要辩证地对待这一问题

    在避免或减轻管片的表面龟裂方面,不管混凝土的整体碱度如何,都希望降低混凝土的表面碱度

       粉煤灰固然对降低混凝土的整体碱度有很大作用,然而它却并不能降低混凝土的表面碱度,其中的原因主要在于:①粉煤灰在早期的活性较低,不能消耗大量的水化产物Ca(OH)2,不能阻止大量的Ca(OH)2向混凝土表面析出;②即使其活性增大后可消耗大量的Ca(OH)2,但仍不能阻止未被消耗的Ca(OH)2向表面迁移和富集

    因此掺加粉煤灰对减轻表面龟裂的作用不大,而且掺粉煤灰之后,会降低混凝土的表面强度(特别是抗拉强度),更不利于裂纹的减少,而且还有可能加重龟裂的出现

    我公司的生产实践已证明了这一点,生产中改为不加粉煤灰之后,龟裂程度减轻很多

       笔者进行了如下实验:用养护剂喷洒在刚脱模的管片(未经蒸养)上的某一部位,定期观察管片的情况

    第二天就发现未喷的部位出现了龟裂,而喷养护剂的部位则未出现龟裂,以后一段时间观察,情况仍然如此

    笔者认为这一现象的原因是养护剂一方面阻隔了CO2与管片表面的直接接触,另一方面也减少了水份的蒸发,既延缓或避免了碳化,又减少了干燥收缩,因而延缓或避免了龟裂的出现

    可见表面龟裂与碳化有很大的关系

       4龟裂的解决思路   笔者认为,管片产生龟裂的主要原因是两个因素:干燥收缩和碳化收缩

    这两者的作用相互叠加,使龟裂的产生更趋容易

    当然,管片表面抗拉强度相对不足,也是一个重要原因

    正如前面所述,收缩拉应力的产生超前于表面抗拉强度的发展会引起裂纹,表明收缩是其主导原因

    所以在解决龟裂方面,其思路应该是:①减少或避免收缩(干缩和碳化收缩)所产生的影响;②采取措施使混凝土表面的抗拉强度发展超前于收缩拉应力的产生

       龟裂是一种较特殊的表面裂纹,与一般工程上所指的裂缝不同,它们产生的原因也不太一致,因此在处理龟裂与处理一般裂缝时其方法上应有所不同

    笔者认为避免或延缓龟裂的出现,主要方法有以下几个方面:①表面屏蔽法,既阻隔CO2与表面的直接接触,延缓或避免表面碳化,又减少干缩,例如喷养护剂等;②表面增强法,使表面强度发展加快,例如掺杜拉纤维处理表面;③表面碱度降低法,以减少碳化的影响,例如用草酸处理表面;④表面收缩补偿法,以减少表面收缩,例如,使用含膨胀剂的复合脱模剂

    此外还可选择收缩小而早期强度高的水泥以及降低混凝土的塌落度等措施

       5结论   (1)管片表面龟裂是一种微细裂纹,与一般工程所指的裂缝不同,其在发展初期肉眼不可见,但随着干湿和冷热交替的作用,会发展成肉眼可见的有害裂缝

       (2)碳化是产生微细裂纹的重要原因,碳化收缩和干燥收缩的共同叠加作用是导致管片产生表面龟裂的主要原因

       (3)混凝土表面的碳化主要是Ca(OH)2的碳化,这一过程在短时间内就可以发生,并不需要很长的时间,而且会引起混凝土表面的收缩,是产生表面龟裂的一个重要原因

       (4)掺加粉煤灰能降低混凝土的整体碱度,但在降低混凝土的表面碱度方面不起作用,对减轻表面碳化的作用不大,而且有可能加重龟裂的出现

       (5)在一定程度上解决管片的表面龟裂的主要办法是避免或减少收缩的影响,特别是减少碳化的影响

    参考文献   1F.M.李(英国)著1水泥和混凝土化学1中国工业出版社,1966.3   2王铁梦1工程结构裂缝控制1中国建筑工业出版社,2002.1   3沈威,黄文熙,闵盘荣编著1水泥工艺学1武汉工业大学出版社,1991.7   4王异,周兆桐主编1混凝土手册1吉林科学技术出版社,1985.10 3D打印技术有了非常迅猛的发展，且在社会生活的很多领域到得到了非常广泛的应用，其中3D打印技术是基于离散和堆积成型的原理，采用分层打印，逐渐叠加的方式对三维实体进行生成的一种比较先进的制作技术

    在很多研究中可以证实，对3D打印技术进行科学合理的运用可以很大程度提高工作效率，用比较低的成本对一些重要部件、实物进行制造和生产，从而形成一些非常复杂、精致的实物结构和造型

    本文从建筑设计领域入手，对3D打印技术在建筑设计领域的应用与发展进行探究和分析，以供同行参考和借鉴

     ［关键词］3D打印技术；建筑设计；应用与发展 1前言 在建筑领域，与以往的技术相比较3D打印技术操作更加方便、简单和快捷，这样就引起很多专业人士的关注，可以应用真实的材料对实体进行快速的建造和成型，因而得到了广泛应用，具有很好的发展前景

     23D打印技术 所谓3D打印技术就是通过利用物理层进行持续的叠加，应用一些材料进行逐层的增加，这样就可以生成三维实体，这是一种高新技术

    与以往的建筑技术相比较，3D打印有非常明显的差异，可以根据3D打印步骤将其分成为制造技术

    从目前的现状来看3D打印是先进科学技术发展的趋势

    在具体的应用中可以分为3个步骤：在计算机使用相关软件设计的时候需要打印模型；通过利用一些成型设备（3D打印机）；利用各种类型材料进行打印，进而就可以将所需要的产品制造出来

    对于3D打印技术而言，其具有很高的综合性、复杂性，既可以把计算机上面的数字建设模型计算与机电控制技术有效的结合在一起，还可以将一些比较先进的信息、材料使用以及化学应用技术等进行应用，因此该技术能够对其作用进行充分发挥

    同时3D打印机是重要的设备，但是其需要进行有效控制，还需要与计算机进行连接，进而把计算机模型转换成具体实物

    此外3D打印技术包括很多种系统，以精度机械、数字控制等系统为主，并且由打印材料、工艺以及模型设计等部分组合而成

     3建筑设计领域中使用3D打印技术的优势 3.1能够降低建筑成本 在使用3D打印技术的时候，设计人员只要采用计算机和打印机就可以制造完整的建筑模型，也可以大幅度对劳动力进行减少，大大节约人工方面的成本

    在进行模块定制、对单件进行小批量生产，可以大大降低生产成本和工程的使用时间，也可以起到节约建筑原材料的目的，进而促使建筑施工中成本得到大幅度降低

     3.2能够对建筑工程的施工工期进行缩短 目前3D打印技术既不对传统的施工队伍进行使用，也不使用砖瓦等建筑材料，绝大部分的建筑构件都是在工厂使用打印机进行建设和构造，最后再到施工现场进行组装，促使建筑生产得到大幅度减少，生产效率得到大大提升

    从实践的效果可以看出，3D打印技术与以往建筑材料相比，速度要快很多，不需要使用模具，还可以起到节约成本的目的，也可以大幅度提高建筑生产效率，促使建筑行业得到很好的发展和转型

     3.3可以很大程度提高建筑工程的质量 该打印技术的相关产品是没有缝隙的衔接，具有很强的稳固性和连接强度，将电脑中的程序与数字技术相互结合在一起可以促使建筑数据的精确性得到保证

    同时使用坚固的建筑材料可以促使房屋质量得到保证，进一步完善渗漏、开裂等问题

     3.4对建筑危险进行降低 使用3D打印技术能够促使建筑施工中高空坠落和建筑物出现坍塌的危险系数得到大大降低，也可以为工作人员提供更加安全、稳定的环境

    除了以上四个方面的优势之外还有很多其他的优势，3D打印技术能够根据建筑设计人员的设计图纸对各种具备复杂性、个性化的建筑造型进行打印，并且具备外部美观、环保等特征

    还可以对建筑施工工期进行大幅度缩短，对建筑模型进行很快的造型，也能够对人口居住问题进行有效解决

     43D打印技术在建筑设计中的应用 4.1在建筑设计中的应用 在进行建筑施工和设计中，其对建筑项目规划、实施以及验收等都有非常重要的影响，所以建筑施工的相关人员要对建筑施工设计更加重视，实现创新性建筑设计的目标

    3D打印技术在建筑设计方面的应用不但能够反映各类人群对于建筑设计的需求，还能够切实地表现出建筑的自身价值

    此外，从建筑的整体上分析具有良好的经济效益，且在建筑施工和设计中3D技术可以开展建筑特殊性设计工作，保证工程计价的方便性，获得比较客观的预算，促使人们具有非常直观的感受，对其进行辅助，并且从根本上对存在的问题进行有效解决，促使建筑施工的质量和安全得到保证

     4.2在建筑施工中的应用 3D打印技术在建筑的施工阶段应用，可很好的控制施工误差，提高施工效率，可通过控制系统控制3D建筑打印设备按照不同的切片方案进行打印，打印精确度可控制到mm级别，在建筑打印过程中可以随时终止，再次打印时，3D打印系统可实现精确定位之前打印位置

    这与传统的建筑施工工序有很大的区别

    比如：在钢筋的布置方式，可选择边打印边布置，也可打印过程中预留孔洞，打印后布置钢筋或钢筋笼，再进行浇筑，最终满足建筑标准要求

     53D打印技术在建筑设计中的未来发展趋势 5.1在建筑设计方面 传统的建筑设计需要考虑的因素较多，尤其会受到施工技术的限制，许多建筑设计理念会由技术限制很难实现

    传统建筑设计以图纸设计为主，但3D打印技术能够进行三维模型设计，将传统图纸与地理信息、建筑扫描等电子数据进行结合，并以实物形式展现出来，可通过实景建模形式，展现真实三维场景

    前期设计模型可经过分割、单体化和比例缩放等步骤制作成等比例三维模型，再利用3D打印技术便可将模型1：1打印出来

    3D打印可以灵活处理模型，直接在文件上进行编辑修改，就可实现调整，同时，也可方便实现多色彩打印，甚至可以给模型增加透明、金属等不同元素

     5.2在建筑材料方面 从目前的发展现状来看，3D打印技术主要是在陶瓷和黏土等建筑材料的施工上应用，这是是以往建筑材料的不同之处，并且在今后的发展中该技术也会与纤维、化学等为主的材料进行应用，也会对建筑剩下的建筑材料进行分解和重新建设，进而促使材料得到循环利用，对建筑材料的利用率得到提升，建设生产成本

    此外与传统材料相比较3D打印技术中使用的材料物理性能质量更加优，例如：混凝土在3D打印技术的使用下，其原材料会有很大改变，在混凝土中可以加特配的水泥、树脂等，使其符合3D打印的要求

     5.3在工程造价方面 在以往对工程进行造价管理，主要是根据相关规范和设计图纸来对工程量进行计算，并且根据市场价格、定额保准对价格进行计算，对费用进行获取，进而在综合之后计算出工程的预算价格，这就是工程成本，而设计的调整、变更等，对计价工作有很大影响，一个小的设计调整，都会导致计价工作很大的工作量

    而采用三维建模后，可在施工前期充分对建筑施工各阶段进行分析，调整、计价也都非常方便，并可分析对比不同施工技术、施工流程对造价的影响

    目前，由于我国3D打印技术发展还处于起步阶段，结合3D打印的工程计价成本要比传统计价成本高很多，并且伴随着爱打印技术的不断发展，将其与一些数字模型建设、设计以及材料等技术相结合，成本也会不断降低

    此外当3D打印的设备慢慢普及后，施工企业只需购买并对其定期进行维护保养、及时的更新程序，这样就可以使得成本有很大程度的减少，保证经济效益的提高

     5.4在功能技术方面 在今后的发展中3D打印技术的发展更加多元化和多样化，也就是技术的应用不仅仅只是在某一个行业，而是应用到各个行业中，3D打印的设备也会独立进行设计、施工等过程，为建筑设计提供了更多的设计空间

    3D打印的设备也会更加智能化，大大提高制作水平及效率，能够在不同复杂施工环境中应用

     6结语 综上所述，在建筑工程中3D打印技术在不断的实践和发展，技术也越来越先进和成熟，不仅可以使得建筑施工、设计朝着智能化方向不断发展，还可大幅度提高建筑施工效率和质量，对一些不好建筑材料减少利用，促使建筑施工更加节约材料和环保，也能够很大幅度降低施工难度，保证人员安全

     参考文献 【1】徐步光，李丹荣，宁锐剑.3D打印技术在建筑领域的应用及对工业发展的革命性影响【J】.中国医疗器械信息，2015（08）：13-18. 【2】王昊.浅谈3D打印技术及其发展趋势【J】.中国科技博览，2015（35）：387. 【3】王子明，刘玮.3D打印技术及其在建筑领域的应用.混凝土世界，2017（01）：50-57. 【4】苏有文，李超飞，杨婷惠，等.3D打印混凝土技术的建筑工程应用研究【J】.建筑技术，2017，40（01）：98-100. 【5】范诗建，杜晓，陈兵.磷酸盐水泥在3D打印技术中的应用研究.新型建筑材料，2018（01）：11-14.

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