鋼筋混凝土筒倉(cāng)的裂縫成因及控制方法

■張祥杰，周燦群 ■浙江中材工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310011

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，燃煤儲(chǔ)存已成為制約工業(yè)發(fā)展的重要問(wèn)題，燃煤儲(chǔ)存于混凝土筒倉(cāng)內(nèi)部，因此，做好筒倉(cāng)防護(hù)，避免壁面出現(xiàn)裂縫是保障燃煤質(zhì)量，提高工業(yè)生產(chǎn)效率的重要途徑。

大容量筒倉(cāng)因長(zhǎng)期受到環(huán)向力作用，避免容易出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。裂縫生產(chǎn)初期，由于裂縫較細(xì)微，不容易引起人們的注意，無(wú)法及時(shí)修補(bǔ)，隨著使用時(shí)間增長(zhǎng)，微觀裂縫將逐漸增大，發(fā)展為宏觀裂縫。宏觀裂縫一旦出現(xiàn)，則會(huì)造成空氣和雨水順裂縫流入倉(cāng)內(nèi)，污染內(nèi)部?jī)?chǔ)物，甚至與鋼筋結(jié)構(gòu)接觸，腐蝕鋼筋。因此，控制筒倉(cāng)裂縫生成是保障筒倉(cāng)運(yùn)行安全和可靠的關(guān)鍵。

1 筒倉(cāng)裂縫產(chǎn)生的原因

混凝土筒倉(cāng)裂縫按照生成的時(shí)間不同，可分為兩類(lèi)，一類(lèi)是施工期生成的裂縫，一類(lèi)是在使用期生成的裂縫。引起筒倉(cāng)裂縫生成的原因有很多，一般包括:材料選擇不當(dāng);施工操作不規(guī)范;溫度變化大;荷載高;凍脹;地震;火災(zāi)等人為和自然因素。按照裂縫生成的規(guī)律、形態(tài)不同，可將裂縫生成概括成以下幾種:塑性收縮和沉降裂縫;縱向和橫向裂縫;八字和倒八字裂縫;收縮裂縫;斜向裂縫等多種裂縫。在實(shí)際工作中，應(yīng)根據(jù)環(huán)境條件和作用荷載等因素預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的裂縫類(lèi)型，做好預(yù)防工作。裂縫出現(xiàn)的原因主要是由于筒倉(cāng)受力不均勻所致。在實(shí)際工作中，筒倉(cāng)所受到的不均勻壓力主要為以下四點(diǎn)原因:第一，筒倉(cāng)頂部卸料口布設(shè)的位置對(duì)于筒倉(cāng)整體分布不均勻;第二，進(jìn)料口卸入的高溫物料與外部環(huán)境溫度差異大或自然環(huán)境溫度變化明顯，造成筒倉(cāng)裂縫;第三，倉(cāng)內(nèi)物料的流動(dòng)性導(dǎo)致物流沖擊倉(cāng)壁，對(duì)倉(cāng)壁產(chǎn)生不均與壓力;第四，由于物料卸入過(guò)程中，可能引發(fā)拱堵現(xiàn)象，因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中要求筒倉(cāng)底部設(shè)有促流裝置，導(dǎo)致筒倉(cāng)形狀不對(duì)稱(chēng)，在卸料過(guò)程中，促流裝置會(huì)引起物料偏心流入倉(cāng)內(nèi)，這種設(shè)計(jì)會(huì)造成筒倉(cāng)避免所受壓力不均勻，致使避免出現(xiàn)裂縫。

筒倉(cāng)在建設(shè)和運(yùn)行中會(huì)受到多種外力干擾，致使倉(cāng)壁受力復(fù)雜多變，為防止受到不均勻外力的作用造成倉(cāng)壁裂縫的出現(xiàn)，目前，筒倉(cāng)設(shè)計(jì)人員已根據(jù)有關(guān)力學(xué)原理設(shè)計(jì)出本構(gòu)模型?，F(xiàn)階段，本構(gòu)模型種類(lèi)很多，不同種類(lèi)的模型差異也較大，設(shè)計(jì)原理、適用范圍和計(jì)算結(jié)果也各不相同，尚沒(méi)有統(tǒng)一的混凝土本構(gòu)模型。因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，只能按照用途、建設(shè)環(huán)境、應(yīng)力范圍和計(jì)算結(jié)果選取適用模型。在選取適用模型中，需要計(jì)算出各類(lèi)裂縫出現(xiàn)的可能性和裂縫開(kāi)裂程度，選取綜合影響最小的模型進(jìn)行設(shè)計(jì)建設(shè)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，最大發(fā)揮筒倉(cāng)使用性能。

2 控制裂縫出現(xiàn)的技術(shù)措施

2．1 選擇合理的筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)

混凝土筒倉(cāng)在外界環(huán)境溫差較大或受熱、受力不均勻的情況下，筒倉(cāng)壁面承受縱向拉力和內(nèi)側(cè)壓力，在受力達(dá)到承受限值時(shí)，倉(cāng)壁會(huì)出現(xiàn)細(xì)微裂縫。裂縫生成后，因不容易被發(fā)現(xiàn)，同時(shí)，筒倉(cāng)受力不均勻造成裂縫處受力增大，致使裂縫越來(lái)越嚴(yán)重，破壞筒倉(cāng)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。當(dāng)筒倉(cāng)溫度降低時(shí)，倉(cāng)壁會(huì)收縮受到外側(cè)的拉應(yīng)力，而內(nèi)部由于物料的作用，對(duì)倉(cāng)壁產(chǎn)生壓應(yīng)力。反之，筒倉(cāng)溫度升高，倉(cāng)壁伸長(zhǎng)，倉(cāng)壁內(nèi)外側(cè)也會(huì)形成不同的應(yīng)力作用。加之筒倉(cāng)自身重力的作用，筒倉(cāng)壁面通常出現(xiàn)垂直方向的裂縫。

鋼筋混凝土筒倉(cāng)在頂部和底部分別設(shè)有環(huán)梁和樓板，其對(duì)筒倉(cāng)造成的壓力作用也使得筒倉(cāng)頂部和底部受力大于周?chē)诿?，使得頂部和底部壁面容易出現(xiàn)裂縫。為減小溫度變化對(duì)筒倉(cāng)造成的影響，通常在選擇筒倉(cāng)建設(shè)材料時(shí)，應(yīng)選擇變形良好，導(dǎo)熱性能高的材料。倉(cāng)壁所受溫度應(yīng)力和壁面厚度成正比，因此，在筒倉(cāng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇合理壁厚和配筋率，提高筒倉(cāng)的壓力承受性能。

2．2 選取抗壓性能良好的鋼纖維混凝土

鋼筋混凝土筒倉(cāng)在實(shí)際運(yùn)行中受到的縱向拉力和軸向壓力作用，作用力通常大于鋼筋承受強(qiáng)度和抗裂能力，因此，筒倉(cāng)鋼筋配筋率是按照混凝土裂縫出現(xiàn)可能性最小情況控制的。配筋率提高筒倉(cāng)抗壓能力也會(huì)提升，裂縫出現(xiàn)的幾率會(huì)降低，但是配筋率高相應(yīng)的工程造價(jià)也會(huì)提高，所以要在設(shè)計(jì)中選取最優(yōu)配筋率。

不同混凝土性能和抗壓能力也不同，鋼纖維混凝土的韌性?xún)?yōu)于傳統(tǒng)混凝土，能夠大大降低裂縫出現(xiàn)的幾率。鋼纖維混凝土的原理是在傳統(tǒng)混凝土中摻入鋼纖維，混凝土的強(qiáng)度將提高1．5～2倍，抗拉強(qiáng)度將提高1．5～1．8倍。因此，為提高筒倉(cāng)壁面的強(qiáng)度和韌性，可在混凝土中摻入鋼纖維，以提高傳統(tǒng)混凝土的抗拉強(qiáng)度，也能夠提升混凝土與鋼筋的貼合度。然而在實(shí)際施工中可以在某一局部或一段使用鋼纖維混凝土進(jìn)行筒倉(cāng)建設(shè)。

2．3 選取適合的混凝土材料和配合比

鋼筋混凝土在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，裂縫產(chǎn)生往往是由于混凝土的收縮引起的，包括塑性、干性收縮自生或炭化收縮等原因，因此，避免裂縫生成首先要掌握混凝土收縮性能。混凝土收縮是自身性能引起的，在配置混凝土建材時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制配合比，以降低其自身收縮性能，選擇水化熱低的混凝土作為原材料，摻入適量粉煤灰，提高混凝土的和易性，降低摻入水量和水泥用量，節(jié)省建設(shè)成本。在摻辦混凝土材料時(shí)還應(yīng)加入骨料增強(qiáng)混凝土強(qiáng)度和剛性，同時(shí)，還應(yīng)摻入減水劑、外加劑等輔助劑，增大混凝土的流動(dòng)性，延長(zhǎng)其凝結(jié)時(shí)間，進(jìn)而提高混凝土建設(shè)筒倉(cāng)倉(cāng)壁的抗裂性能。

2．4 采取適應(yīng)的施工措施

施工過(guò)程中，應(yīng)按照設(shè)計(jì)圖紙和預(yù)先制定的詳細(xì)方案進(jìn)行施工，當(dāng)發(fā)生實(shí)際與設(shè)計(jì)方案不合理時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制養(yǎng)護(hù)和拆模時(shí)間，及時(shí)與設(shè)計(jì)人員溝通改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，盡量將建設(shè)期間的混凝土開(kāi)裂可能性降到最低。

3 裂縫出現(xiàn)緩解方法

3．1 噴射混凝土加固法

混凝土筒倉(cāng)在運(yùn)行過(guò)程中因受到應(yīng)力作用和溫度變化，表面會(huì)出現(xiàn)微裂縫現(xiàn)象，向筒倉(cāng)壁面噴射纖維混凝土，可以有效緩解微裂縫對(duì)筒倉(cāng)造成的影響。纖維混凝土與筒倉(cāng)壁面有良好的貼合性，能夠滲入微裂縫空隙內(nèi)，并在空隙內(nèi)迅速凝結(jié)硬化，形成高強(qiáng)度、高質(zhì)量的補(bǔ)縫材料，增強(qiáng)筒倉(cāng)使用性能。

3．2 環(huán)向預(yù)應(yīng)力加固法

緩解混凝土筒倉(cāng)裂縫問(wèn)題也可以應(yīng)用環(huán)向預(yù)應(yīng)力加固法，這種方法也能夠有效解決裂縫對(duì)筒倉(cāng)造成的影響。具體方式如下:將筒倉(cāng)內(nèi)部?jī)?chǔ)存物全部或部分清除，減少儲(chǔ)物對(duì)倉(cāng)壁壓力的作用，在混凝土筒倉(cāng)裂縫處進(jìn)行鑿毛處理，然后在鑿毛處噴射混凝土，使混凝土與原筒倉(cāng)表面成為一體，增強(qiáng)受力強(qiáng)度。以預(yù)應(yīng)力鋼絲作為預(yù)應(yīng)力筋，利用圓周方向預(yù)加應(yīng)力的理念緩解施加在筒倉(cāng)壁面的環(huán)向應(yīng)力。在鑿毛處理后的筒倉(cāng)避免纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲，敷設(shè)鋼絲的數(shù)量和間距按照實(shí)際情況計(jì)算得出，最后在敷設(shè)完成的預(yù)應(yīng)力鋼絲處噴射混凝土進(jìn)行加固處理。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，筒倉(cāng)壁面裂縫是影響筒倉(cāng)使用年限、工作性能的重要因素，筒倉(cāng)受內(nèi)外部溫度、承受應(yīng)力的變化而產(chǎn)生的裂縫在出現(xiàn)幾率和影響程度上是可以人為控制的。在設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中應(yīng)注意選取物料性能、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等選取。在充分了解裂縫出現(xiàn)的原因基礎(chǔ)上，結(jié)合內(nèi)外部環(huán)境因素和建設(shè)需求，提出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，并在施工和后期運(yùn)行過(guò)程中做好筒倉(cāng)裂縫維護(hù)工作，保證筒倉(cāng)正常運(yùn)行。