冶金设备大型基础混凝土裂缝的产生原因与控制.pdf

总第 2 2 2期 2 01 4年 第 6期 河北冶金 HE BEI M E TAL L UR GY To t a 1 N 0 2 2 2 2 0l 4， Numb e r 6 冶金设备大 型基础 混凝 土裂缝 的产 生原 因与控 制 光 辉 ( 河北钢铁集 团 承钢公司 河北省钒钛工程技术研究 中 t2 , ， 河北承德 0 6 7 1 0 2 ) 摘要 ： 分析了混凝土裂缝的产生原因 ， 对混凝 土的施工温度 与裂缝之 间 的关 系进行 了较深 入的探 讨 ， 提 出了混凝 土裂缝 的预防和控制 措施 。 关键 词 ： 混凝土 ； 裂缝 ； 原因 ； 控 制 中图分类号 ： T F 0 8 l 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 6 5 0 0 8 ( 2 0 1 4 ) 0 6 0 0 7 8 0 2 d o i ： 1 0 1 3 6 3 0 j C n k i 1 31 1 7 2 2 0 1 4 0 6 2 3 REAS ON AND CONTROL F OR CRACKS I N LARGE S CLAE C O NC R E T E B AS E F OR ME T A L L UR GI C A L E QUI P ME NT Gu a ng Hu i ( Va n a d i u m T i t a n i u m E n g i n e e r i n g T e c h n i q u e R e s e a r c h Ce n t e r o f He b e i P r o v i n c e，C h e n g d e I r o n a n d S t e e l Co mp a n y，He b e i I r o n a n d S t e e l Gr o u p，Ce n g d e ，He b e i ， 0 6 7 1 0 2) Ab s t r a c t ：The r e a s on o f c r a c ks i n c o n c r e t e i s a na l y z e d，t he r e l a t i o n be t wee n c o n s t r uc t i on t e mpe r a t u r e a nd c r a c ks i s de e pl y d i s c u s s e d，t he p r e v e nt i ng a nd c on t r ol m e a s ur e s p r op o s e d ou t Ke y W o r ds ：c on c r e t e；c r a c k；r e a s o n；c o n t r o l 0 引 言 冶金 行业 的 许 多 设 备 都 需 要 做 混 凝 土 结 构 基 础 ， 而 且 大型 、 超 大 型 混凝 土 结 构较 多 ， 特别 是 某些 关键设备， 对混凝土施工及性能要求非常高。在工 期 异常 紧张 的条 件下 ， 如何 做到 基础 无裂 缝 、 满 足 结 构 及性 能要 求 ，是 冶金行 业设 备 基 础混 凝 土施 工 中 的难 点 。 在大体积混凝土中， 控制温度应力及温度具有 重 要意 义 。这 主要 是 由于 ： 在 施 工 中混 凝 土 经 常 出 现温度裂缝 ， 影响到结构的整体性和耐久性 ； 在运转 过程 中 ， 温度 变 化对 结 构 的应 力状 态 具 有 不 容 忽 视 的影 响。在 混凝 土 施 工 中 ， 遇 到 的 主要 问题 是 温 度 裂缝 ， 本 文对 施 工 中混 凝 土 裂 缝 的 产生 原 因和 防 控 措 施进 行探讨 。 1 裂 缝 的产 生原 因 收 稿 日期 ： 2 0 1 40 31 9 作者简介 ： 光辉( 1 9 6 8一) ， 女 ， 工程师 ， 1 9 9 3年毕 业于河北 广播 电视 大学工业与民用建筑专业 ， 现在河北钢铁集 团承钢公 司钒钛工 程研 究 中心从事工艺研究工作 ， Em a i l ： g u a n g h u i 1 9 6 8 1 6 3 c o rn 78 混凝 土 中产 生 裂 缝 有 多种 原 因 ， 主要 是温 度 和 湿度 的变 化 。 由于混 凝 土 的脆 性 和 不 均 匀 、 结 构 不 合 理 、 原 材料 不合 格 ( 如 碱骨 料 反 应 ) 、 模 板 变 形 、 基 础 不均匀 沉 降等 ， 使 混 凝 土 在 硬 化 期 间 水 泥放 出大 量 水化 热 ， 内部 温 度不 断上 升 ， 在 表 面 产 生 拉 应 力 ； 在后期降温过程 中， 由于受到基础或老? 昆凝上的约 束 ， 又会 在 昆 凝 土 内部 出现拉 应 力 ， 气 温 的降 低也 会 在 混凝 土表 面 引起 很 大 的 拉应 力 ， 当 这些 拉 应 力 超 出混凝 土 的抗 裂 能力 时就 出现 裂缝 。许 多混 凝 土 的 内部湿度变化很小或变化较慢 ， 但表面湿度 可能变 化 较大 或 发 生剧 烈 变 化 ， 如 养 护不 周 、 时干 时 湿 、 表 面干缩形变受到内部混凝土约束， 也往往导致裂缝 。 混凝 土 是一 种脆 性 材 料 ， 抗 拉 强 度 是 抗 压 强 度 的 1 1 0左 右 ， 短期 加荷 时 的极 限拉应 变 只有 ( 0 6 1 0 )X 1 0 ， 长期 加 荷 时 的极 限 拉 应 变 也 只有 ( 1 2 2 0 )1 0。由于原材料不均匀 、 水灰 比不稳定 ， 以及运输 和 浇筑 过 程 中的 离 析 现象 ， 同 一块 混 凝 土 中的抗拉强度又是不均匀的 ， 存在着许多抗拉能力 很低 、 易于出现裂缝的薄弱部位 。在钢筋混凝土中， 河北 冶 金 2 0 1 4年 第 6期 拉应力 主 要 由钢 筋 承 担 ， 混 凝 土 只是 承 受 压 应 力 。 在 混凝 土 内或钢 筋 混 凝上 的边 缘 部 位 ， 如 果 结构 内 出现了拉应力 ， 则须依靠混凝土 自身承担， 一般设计 中均要 求不 出现 拉 应 力 或 者 只 出现 很 小 的拉 应 力 。 但是在施工中， 混凝 土由最高温度冷却到运转时期 的稳定温度 ， 往往在混凝土 内部引起相 当大的拉应 力 ， 有时温度应力可超过其他外荷载所引起 的应力 ， 因此掌 握温度 应力 的变 化规 律对 混凝 土裂缝 的防控 尤 其重 要 。 2 温 度 的控 制 和防止 裂缝 的措 施 为了防止混凝土裂缝 ， 减轻温度应力 ， 可以从控 制温度和改善约束条件着手解决问题。 2 1 控 制温 度的措施 ( 1 ) 改 善骨料级 配 ， 用 干硬性 混凝 土 、 掺 混合 料 、 加引气剂或塑化剂等措施 ， 以减少混凝土中的水 泥 用量 。 ( 2 ) 拌合混凝土时， 加水或用水将碎石冷却 ， 以 降低混凝土的浇筑温度。 ( 3 ) 热天 浇 筑 混 凝 土 时减 少 浇 筑 厚 度 ， 利 用 浇 筑 层 面散热 。 ( 4 ) 在混凝 土 中埋设 水 管 ， 通入 冷水 降温 。 ( 5 ) 规定合理 的拆模 时间， 气温骤 降时进行表 面保温 ， 以免 混凝 土表 面发 生急剧 的温 度梯 度 。 ( 6 ) 施工 中 ， 长 期 暴 露 的混 凝 土 浇 筑 块 表 面或 薄壁结构在寒冷季节应采取保温措施。 2 2改善约束条 件的措 施 ( 1 ) 合理 分缝 分块 。 ( 2 ) 避免基础过大起伏。 ( 3 ) 合理 安 排 施 工 工 序 ， 避 免 过 大 的高 差 和侧 面长期 暴露 。 此外 ， 改善混凝土的性能 ， 提高抗裂能力 ， 加强 养 护 ， 防止表 面 干缩 ， 特 别是 保证 混凝 土的 质量 对 防 止裂缝十分重要 ， 应注意避免混凝土产生贯穿裂缝 。 在混凝土的施工中， 为了提高模板的周转率， 往 往 要求 新浇 筑 的混凝 土尽早 拆模 。当混 凝 土温 度 高 于气 温 时应 适 当 考虑 延 长 拆 模 时 间 ， 以免 引起 混 凝 土表 面 的早 期 裂 缝 。新 浇 筑早 期 拆 模 ， 在 表 面 引 起 很大 的拉 应力 ， 易 出现 “ 温 度 冲击 ” 现象 。 在混 凝 土 浇筑初 期 ， 由于 水化热 的散 发 ， 表 面 引起相 当 大 的拉 应力 ， 此 时表面 温度 比气 温高 ， 若 拆 除模板 使 表面 温 度骤降， 必然引起温度梯度 ， 从而在混凝土表面附加 拉应力 ； 与水化热应力迭加 ， 再加上混凝土干缩， 混 凝土表面的拉应力达到很大数值后就有发生裂缝的 危 险 。如果 在拆 除模 板后及 时 在表 面覆 盖轻 型保 温 材 料 ， 如泡沫 海棉 等 ， 对于 防止 混凝 土表 面产 生过 大 的拉应 力具 有显 著 的效果 。 加筋对大体积 昆凝土的温度应力影响很 小 ， 因 为大体积混凝土的含筋率极低 ， 只对一般钢筋混凝 土有影响。在温度不太高及应力低于屈服极限的条 件下 ， 钢 的各 项 性 能 是稳 定 的 ， 与 应力 状 态 、 时 间及 温度无 关 。钢 的线胀 系数 与混 凝土线 胀 系数 相差 很 小 ， 在 温度 变 化 时 两 者 之 问 只 发 生 很 小 的 内应 力 。 由于 钢 的弹 性 模量 为 混凝 土 弹性模 量 的 7l 5倍 ， 当混凝土应力达到抗拉强度而开裂时 ， 钢筋 的应力 将 不超 过 1 0 0 2 0 0 k g c m 。因此 ， 在混 凝 土 中要 想 利用钢筋来防止细小裂缝的出现很 困难 ， 但加筋后 结构内的裂缝一般就变得数 目多、 间距小 、 宽度与深 度 较小 了 ， 而 且如 果钢 筋 的直径 细而 间距 小 时 ， 对 提 高混凝土抗裂性的效果较好 。混凝土和钢筋混凝土 结 构 的表面 经 常会 有 细 而 浅 的裂 缝 ， 其 中大 多 数 属 于干缩 裂缝 ， 这种 裂缝 一般 都较 浅 ， 对 混凝 土结 构 的 强 度 和耐久 性仍 有一 定影 响 。 为保证混凝土工程质量、 防止开裂 、 提高混凝土 的耐久 性 ， 正 确 使 用外 加 剂 也 是 减 少 混凝 土开 裂 的 措 施 之一 。例如 使 用 减 水 防 裂剂 ， 在 实践 中取 得 了 较 好效 果 。 ( 1 ) 混凝土 中存在大量毛细孔道 ， 水蒸发后产 生毛细管张力 ， 使混凝土干缩变形 ， 增大毛细孔径可 降低毛细管表面张力 ， 这会使混凝土强度降低。 ( 2 ) 水 灰 比是 影 响 混 凝 土 收 缩 的重 要 因素 ， 添 加 减水 防 裂 剂 可 使 混 凝 土 用 水 量 减 少 2 5 。水 泥 用 量也 是混 凝 土 收缩 率 的重 要 因素 ， 添加 减 水 防 裂 剂 后 在保持 混 凝 土 强 度 的条 件 下 可 减 少 1 5 水 泥 用 量 ， 其体 积用增 加 骨料用 量来 补充 。 ( 3 ) 添加减水 防裂剂可 以改善水泥浆 的稠度， 减少混 凝土 泌水 ， 减少 沉缩 变形 ； 增 大水 泥浆 与骨 料 的粘 结力 ， 提 高 的混 凝 土 抗 裂性 能 。混凝 土 在 收 缩 时受 到约束 产 生拉 应 力 ， 当拉 应 力 大 于 抗拉 强 度 时 就会产生裂缝 ， 减水防裂剂可有效提高混凝土的抗 拉强 度 和抗裂 性能 。 ( 4 ) 增 添 外 加 剂 使 混 凝 土 的 和 易 性 好 ， 表 面 易 摸平 ， 形成 微 膜 ， 减 少水 分 蒸 发 ， 减 少 干 燥 收 缩 。很 多外加剂都有缓凝 、 增加和易性 、 改善塑性 的功能 ， 比单纯依靠改善外部条件更加简捷 、 经济。 ( 下 转 第 6页 ) 7 9