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行防治。

薄壁結(jié)構(gòu)；裂縫；應力

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的溫度及環(huán)境有關(guān)，在澆筑的時候，混凝土材料的水化反應會使結(jié)構(gòu)整體溫度升高，而由于薄壁混凝土結(jié)構(gòu)對熱量交換的阻礙，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)生不同應力。此時混凝土的受壓應力較大且結(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)生的自收縮應力因素

文中混凝土自收縮應力指的是干燥收縮應力與自生體積收縮產(chǎn)生的應力，以上兩種應力的產(chǎn)生皆是因為混凝土中水的含量減少?；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)干燥而導致的混凝土體積變化。混凝土自生體積收縮是混凝土自身水分與相關(guān)材料發(fā)生反應所致?？梢岳斫鉃樗?膠凝材料=固態(tài)化合物，在化學反應過程中，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，濕度的擴散比溫度擴散速度慢的非常多，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引起的干縮應力的影響，強約束區(qū)混凝土則是應重點關(guān)注的。

將計算公式導入可知混凝土中任意結(jié)構(gòu)的溫度與濕度變化符合擴散方程。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推導計算，對混凝土結(jié)構(gòu)濕度方程分析出混凝土干縮變形導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力。而是將多個分析方程相結(jié)合，并采用建筑行業(yè)中較為流行的經(jīng)驗方式進行計算。上述分析雖然將各種微觀因素考慮了進去，但搭建的模型并不能反應濕度場對混凝土自身結(jié)構(gòu)自收縮應力的影響。而且混凝土結(jié)構(gòu)濕度模型分析相對著重于混凝土的自收縮應力而忽略了各種意外因素的發(fā)生所以說，單獨的計算與分析是不準確的，需要將兩者進行有機的結(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，在與水相融合后會發(fā)生水反應，反應放熱是熱量聚集，導致混凝土結(jié)構(gòu)溫度升高，同時由于薄壁混凝土的結(jié)構(gòu)特殊，導致其結(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)外會受到不同的拉力與壓力，也會導致混凝土的結(jié)構(gòu)與壓強發(fā)生變化。結(jié)構(gòu)中空氣與濕氣也會導致結(jié)構(gòu)氣壓強的變化，從而出現(xiàn)上下層應力、內(nèi)部外部應力、與混凝土結(jié)構(gòu)表層壓應力的增大。這種變化與溫度的升高成正分布關(guān)系，進而導致了薄壁混凝土結(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，需要對薄壁混凝土結(jié)構(gòu)進行內(nèi)外部降溫冷卻，當然，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)工程施工的整個過程中，也可從新式澆筑材料或澆筑方式出發(fā)進行降溫工作，比如控制水灰的配比。當然，也可以將薄壁混凝土結(jié)構(gòu)降溫與保濕進行有機結(jié)合。

2.2 控制薄壁混凝土結(jié)構(gòu)自收縮應力因素

混凝土的自收縮應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，也會導致整體收縮性，這種特性的主要影響因素是水灰的混合比例，這時，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)的堅韌性與結(jié)構(gòu)強度，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，使混凝土中的復雜材料的到有效膠合。薄壁混凝土結(jié)構(gòu)中化學反應產(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)的自收縮應力也會減小。經(jīng)實驗得出，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，粉煤灰的含量與混凝土結(jié)構(gòu)自收縮應力大小呈線性分布，需要在實際施工中結(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)，由于其物理化學特點或環(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)展與進步，需要盡早防治。如今將薄壁混凝土結(jié)構(gòu)以物理化學形式進行分析，得出了薄壁混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的主要成因：一是溫度應力因素。二是自收縮應力因素。并且找到了防治薄壁混凝土結(jié)構(gòu)的方法：通過對薄壁混凝土結(jié)構(gòu)的降溫處理來控制溫度應力因素。通過對澆筑過程與材料的控制來解決自收縮應力問題。使施工人員在施工進程中得已注意與解決，促進建筑工程行業(yè)得到積極發(fā)展。

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