薄壁混凝土结构裂缝成因分析及防治措施

蔡华和

中国水利水电第九工程局有限公司

薄壁混凝土结构裂缝成因分析及防治措施

蔡华和

中国水利水电第九工程局有限公司

薄壁混凝土结构在建筑行业中较为常见，为了防止薄壁混凝土结构裂缝造成不必要的经济损失与人身伤害，本文分析了薄壁混凝土结构裂缝成因，主要是薄壁混凝土结构温度应力因素与自收缩因素。因此，薄壁混凝土结构裂缝需要以温度控制与结构材料控制为主要方式进行防治。

薄壁结构；裂缝；应力

1 薄壁混凝土结构裂缝成因分析

1.1 薄壁混凝土结构裂缝产生的温度应力因素

薄壁混凝土结构在建筑工程行业较为常见薄壁混凝土结构裂缝与混凝土工程施工时的温度及环境有关，在浇筑的时候，混凝土材料的水化反应会使结构整体温度升高，而由于薄壁混凝土结构对热量交换的阻碍，在结构的内部热量聚积最为明显。热胀冷缩的物理特性体现出来，前期结构内部温度升高较快，使其内部膨胀，受到压力，而此时结构外表面的混凝土结构变化并不是特别明显，可理解为相对收缩状态，这样，薄壁混凝土结构上的不同部位产生不同应力。此时混凝土的受压应力较大且结构的抗压程度并不是很理想，使薄壁混凝土结构表面产生裂缝，对于此类裂缝，薄壁混凝土结构的中间部位是高发区。

1.2 薄壁混凝土结构裂缝产生的自收缩应力因素

文中混凝土自收缩应力指的是干燥收缩应力与自生体积收缩产生的应力，以上两种应力的产生皆是因为混凝土中水的含量减少。混凝土干燥收缩的产生是由于混凝土中的水分流失到外部，混凝土结构干燥而导致的混凝土体积变化。混凝土自生体积收缩是混凝土自身水分与相关材料发生反应所致。可以理解为水+胶凝材料=固态化合物，在化学反应过程中，由上式可知，水分、胶凝材料减少，混凝土自身固态化合物增加，所以混凝土体积变大膨胀。就混凝土结构而言，湿度的扩散比温度扩散速度慢的非常多，因此混凝土结构的表面是干收缩应力的主要产生区。像火电厂烟囱、热交换塔、水闸与水泵站等混凝土机构基本为薄壁混凝土结构，其很容易受到由于湿度场引起的干缩应力的影响，强约束区混凝土则是应重点关注的。

将计算公式导入可知混凝土中任意结构的温度与湿度变化符合扩散方程。并且推论得混凝土结构中温度方程较为相似，所以混凝土结构中温度变化分布与湿度变化分布可同时推导计算，对混凝土结构湿度方程分析出混凝土干缩变形导致混凝土自收缩变形，但他们之间不完全呈线性分布关系，因此不能单单靠湿度而得出自收缩应力。而是将多个分析方程相结合，并采用建筑行业中较为流行的经验方式进行计算。上述分析虽然将各种微观因素考虑了进去，但搭建的模型并不能反应湿度场对混凝土自身结构自收缩应力的影响。而且混凝土结构湿度模型分析相对着重于混凝土的自收缩应力而忽略了各种意外因素的发生所以说，单独的计算与分析是不准确的，需要将两者进行有机的结合。

2 薄壁混凝土结构裂缝防治措施

2.1 控制薄壁混凝土结构温度因素

混凝土是由胶合材料与骨料材料等一系列材料组成的胶合工程，在与水相融合后会发生水反应，反应放热是热量聚集，导致混凝土结构温度升高，同时由于薄壁混凝土的结构特殊，导致其结构内外温度不均匀，根据热胀冷缩原理，薄壁混凝土结构内外会受到不同的拉力与压力，也会导致混凝土的结构与压强发生变化。结构中空气与湿气也会导致结构气压强的变化，从而出现上下层应力、内部外部应力、与混凝土结构表层压应力的增大。这种变化与温度的升高成正分布关系，进而导致了薄壁混凝土结构裂缝的出现。为了防止薄壁混凝土结构产生裂缝，需要对薄壁混凝土结构进行内外部降温冷却，当然，普通传统混凝土降温法已经不适用于薄壁混凝土结构的降温了，那么探究新的控温方法是十分重要的，可以使降温工作贯穿于薄壁混凝土结构工程施工的整个过程中，也可从新式浇筑材料或浇筑方式出发进行降温工作，比如控制水灰的配比。当然，也可以将薄壁混凝土结构降温与保湿进行有机结合。

2.2 控制薄壁混凝土结构自收缩应力因素

混凝土的自收缩应力的形成可考虑两种因素：一是由混凝土的自身物理结构特性决定，表现为混凝土的各种物理膨胀及其自身形变。二是薄壁混凝土结构的工程环境，会使薄壁混凝土结构的温度与湿度指数受到极大影响。在混凝土的凝固过程中，形变的发生是不可避免的，也会导致整体收缩性，这种特性的主要影响因素是水灰的混合比例，这时，粉煤灰的重要性突显出来，可以在薄壁混凝土结构制作过程中添加一定比例的粉煤灰，影响薄壁混凝土的水灰比例，既大大提高了薄壁混凝土结构的坚韧性与结构强度，使结构更加安全可靠，并能有效控制薄壁混凝土结构中的孔隙率，使混凝土中的复杂材料的到有效胶合。薄壁混凝土结构中化学反应产生的水化物含量与加入的粉煤灰含量成反比。并且随着加入粉煤灰量的增加，混凝土结构临界长度增长，临界压力减小，这样薄壁混凝土结构的自收缩应力也会减小。经实验得出，混凝土结构中粉煤灰的掺量介于百分之十至百分之二十时，粉煤灰的含量与混凝土结构自收缩应力大小呈线性分布，需要在实际施工中结合此结果，有效控制混凝土结构自收缩应力，防止其出现裂缝。

3 结语

薄壁混凝土结构是电力工程、水利工程中较为常见的结构，由于其物理化学特点或环境等不可控因素，其容易产生裂缝。这种裂缝不仅影响了薄壁混凝土结构工程的美观，也影响了其安全性及工程效能，影响了建筑工程行业的发展与进步，需要尽早防治。如今将薄壁混凝土结构以物理化学形式进行分析，得出了薄壁混凝土结构裂缝的主要成因：一是温度应力因素。二是自收缩应力因素。并且找到了防治薄壁混凝土结构的方法：通过对薄壁混凝土结构的降温处理来控制温度应力因素。通过对浇筑过程与材料的控制来解决自收缩应力问题。使施工人员在施工进程中得已注意与解决，促进建筑工程行业得到积极发展。

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