薄壁混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因分析及防治措施

蔡華和

中國水利水電第九工程局有限公司

薄壁混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因分析及防治措施

蔡華和

中國水利水電第九工程局有限公司

薄壁混凝土結(jié)構(gòu)在建筑行業(yè)中較為常見，為了防止薄壁混凝土結(jié)構(gòu)裂縫造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失與人身傷害，本文分析了薄壁混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因，主要是薄壁混凝土結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力因素與自收縮因素。因此，薄壁混凝土結(jié)構(gòu)裂縫需要以溫度控制與結(jié)構(gòu)材料控制為主要方式進(jìn)行防治。

薄壁結(jié)構(gòu)；裂縫；應(yīng)力

1 薄壁混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因分析

1.1 薄壁混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的溫度應(yīng)力因素

薄壁混凝土結(jié)構(gòu)在建筑工程行業(yè)較為常見薄壁混凝土結(jié)構(gòu)裂縫與混凝土工程施工時(shí)的溫度及環(huán)境有關(guān)，在澆筑的時(shí)候，混凝土材料的水化反應(yīng)會(huì)使結(jié)構(gòu)整體溫度升高，而由于薄壁混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)熱量交換的阻礙，在結(jié)構(gòu)的內(nèi)部熱量聚積最為明顯。熱脹冷縮的物理特性體現(xiàn)出來，前期結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度升高較快，使其內(nèi)部膨脹，受到壓力，而此時(shí)結(jié)構(gòu)外表面的混凝土結(jié)構(gòu)變化并不是特別明顯，可理解為相對(duì)收縮狀態(tài)，這樣，薄壁混凝土結(jié)構(gòu)上的不同部位產(chǎn)生不同應(yīng)力。此時(shí)混凝土的受壓應(yīng)力較大且結(jié)構(gòu)的抗壓程度并不是很理想，使薄壁混凝土結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生裂縫，對(duì)于此類裂縫，薄壁混凝土結(jié)構(gòu)的中間部位是高發(fā)區(qū)。

1.2 薄壁混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的自收縮應(yīng)力因素

文中混凝土自收縮應(yīng)力指的是干燥收縮應(yīng)力與自生體積收縮產(chǎn)生的應(yīng)力，以上兩種應(yīng)力的產(chǎn)生皆是因?yàn)榛炷林兴暮繙p少?；炷粮稍锸湛s的產(chǎn)生是由于混凝土中的水分流失到外部，混凝土結(jié)構(gòu)干燥而導(dǎo)致的混凝土體積變化?；炷磷陨w積收縮是混凝土自身水分與相關(guān)材料發(fā)生反應(yīng)所致?？梢岳斫鉃樗?膠凝材料=固態(tài)化合物，在化學(xué)反應(yīng)過程中，由上式可知，水分、膠凝材料減少，混凝土自身固態(tài)化合物增加，所以混凝土體積變大膨脹。就混凝土結(jié)構(gòu)而言，濕度的擴(kuò)散比溫度擴(kuò)散速度慢的非常多，因此混凝土結(jié)構(gòu)的表面是干收縮應(yīng)力的主要產(chǎn)生區(qū)。像火電廠煙囪、熱交換塔、水閘與水泵站等混凝土機(jī)構(gòu)基本為薄壁混凝土結(jié)構(gòu)，其很容易受到由于濕度場(chǎng)引起的干縮應(yīng)力的影響，強(qiáng)約束區(qū)混凝土則是應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的。

將計(jì)算公式導(dǎo)入可知混凝土中任意結(jié)構(gòu)的溫度與濕度變化符合擴(kuò)散方程。并且推論得混凝土結(jié)構(gòu)中溫度方程較為相似，所以混凝土結(jié)構(gòu)中溫度變化分布與濕度變化分布可同時(shí)推導(dǎo)計(jì)算，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)濕度方程分析出混凝土干縮變形導(dǎo)致混凝土自收縮變形，但他們之間不完全呈線性分布關(guān)系，因此不能單單靠濕度而得出自收縮應(yīng)力。而是將多個(gè)分析方程相結(jié)合，并采用建筑行業(yè)中較為流行的經(jīng)驗(yàn)方式進(jìn)行計(jì)算。上述分析雖然將各種微觀因素考慮了進(jìn)去，但搭建的模型并不能反應(yīng)濕度場(chǎng)對(duì)混凝土自身結(jié)構(gòu)自收縮應(yīng)力的影響。而且混凝土結(jié)構(gòu)濕度模型分析相對(duì)著重于混凝土的自收縮應(yīng)力而忽略了各種意外因素的發(fā)生所以說，單獨(dú)的計(jì)算與分析是不準(zhǔn)確的，需要將兩者進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合。

2 薄壁混凝土結(jié)構(gòu)裂縫防治措施

2.1 控制薄壁混凝土結(jié)構(gòu)溫度因素

混凝土是由膠合材料與骨料材料等一系列材料組成的膠合工程，在與水相融合后會(huì)發(fā)生水反應(yīng)，反應(yīng)放熱是熱量聚集，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)溫度升高，同時(shí)由于薄壁混凝土的結(jié)構(gòu)特殊，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫度不均勻，根據(jù)熱脹冷縮原理，薄壁混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外會(huì)受到不同的拉力與壓力，也會(huì)導(dǎo)致混凝土的結(jié)構(gòu)與壓強(qiáng)發(fā)生變化。結(jié)構(gòu)中空氣與濕氣也會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)氣壓強(qiáng)的變化，從而出現(xiàn)上下層應(yīng)力、內(nèi)部外部應(yīng)力、與混凝土結(jié)構(gòu)表層壓應(yīng)力的增大。這種變化與溫度的升高成正分布關(guān)系，進(jìn)而導(dǎo)致了薄壁混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)。為了防止薄壁混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫，需要對(duì)薄壁混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)外部降溫冷卻，當(dāng)然，普通傳統(tǒng)混凝土降溫法已經(jīng)不適用于薄壁混凝土結(jié)構(gòu)的降溫了，那么探究新的控溫方法是十分重要的，可以使降溫工作貫穿于薄壁混凝土結(jié)構(gòu)工程施工的整個(gè)過程中，也可從新式澆筑材料或澆筑方式出發(fā)進(jìn)行降溫工作，比如控制水灰的配比。當(dāng)然，也可以將薄壁混凝土結(jié)構(gòu)降溫與保濕進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。

2.2 控制薄壁混凝土結(jié)構(gòu)自收縮應(yīng)力因素

混凝土的自收縮應(yīng)力的形成可考慮兩種因素：一是由混凝土的自身物理結(jié)構(gòu)特性決定，表現(xiàn)為混凝土的各種物理膨脹及其自身形變。二是薄壁混凝土結(jié)構(gòu)的工程環(huán)境，會(huì)使薄壁混凝土結(jié)構(gòu)的溫度與濕度指數(shù)受到極大影響。在混凝土的凝固過程中，形變的發(fā)生是不可避免的，也會(huì)導(dǎo)致整體收縮性，這種特性的主要影響因素是水灰的混合比例，這時(shí)，粉煤灰的重要性突顯出來，可以在薄壁混凝土結(jié)構(gòu)制作過程中添加一定比例的粉煤灰，影響薄壁混凝土的水灰比例，既大大提高了薄壁混凝土結(jié)構(gòu)的堅(jiān)韌性與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，使結(jié)構(gòu)更加安全可靠，并能有效控制薄壁混凝土結(jié)構(gòu)中的孔隙率，使混凝土中的復(fù)雜材料的到有效膠合。薄壁混凝土結(jié)構(gòu)中化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的水化物含量與加入的粉煤灰含量成反比。并且隨著加入粉煤灰量的增加，混凝土結(jié)構(gòu)臨界長度增長，臨界壓力減小，這樣薄壁混凝土結(jié)構(gòu)的自收縮應(yīng)力也會(huì)減小。經(jīng)實(shí)驗(yàn)得出，混凝土結(jié)構(gòu)中粉煤灰的摻量介于百分之十至百分之二十時(shí)，粉煤灰的含量與混凝土結(jié)構(gòu)自收縮應(yīng)力大小呈線性分布，需要在實(shí)際施工中結(jié)合此結(jié)果，有效控制混凝土結(jié)構(gòu)自收縮應(yīng)力，防止其出現(xiàn)裂縫。

3 結(jié)語

薄壁混凝土結(jié)構(gòu)是電力工程、水利工程中較為常見的結(jié)構(gòu)，由于其物理化學(xué)特點(diǎn)或環(huán)境等不可控因素，其容易產(chǎn)生裂縫。這種裂縫不僅影響了薄壁混凝土結(jié)構(gòu)工程的美觀，也影響了其安全性及工程效能，影響了建筑工程行業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步，需要盡早防治。如今將薄壁混凝土結(jié)構(gòu)以物理化學(xué)形式進(jìn)行分析，得出了薄壁混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的主要成因：一是溫度應(yīng)力因素。二是自收縮應(yīng)力因素。并且找到了防治薄壁混凝土結(jié)構(gòu)的方法：通過對(duì)薄壁混凝土結(jié)構(gòu)的降溫處理來控制溫度應(yīng)力因素。通過對(duì)澆筑過程與材料的控制來解決自收縮應(yīng)力問題。使施工人員在施工進(jìn)程中得已注意與解決，促進(jìn)建筑工程行業(yè)得到積極發(fā)展。

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