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摘要：随着日益增多的变电站新建,土建工程已成为变电站建设项目中的重要环节,由于变电站土建工程均采用混凝土结构,因此,在施工过程中混凝土结构裂缝是较常见的问题之一。如何正确的对裂缝所产生的原因进行分析,合理的制订切实可行的预防措施和处理方法,确保工程施工质量是工程管理技术人员探讨的话题。
关键词:变电站；裂缝成因；裂缝预防；裂缝控制
Abstract: With the increasing of the substation construction, civil engineering has been an important part of substation construction project, the substation civil engineering are used in concrete structure, therefore, the crack of the concrete in the construction process of structure is one of the more common problems. This paper analyzes how to correct the cracks on the causes, prevention and treatment method is feasible and reasonable, to ensure the construction quality of engineering and technical personnel management.
Key words: substation; cracks; prevention of crack; crack control
中图分类号：TM411+.4 文献标识码：A文章编号：
1、建筑结构中常见裂缝及预防
从砼裂缝产生的机理角度来说，裂缝主要是由于外荷载和变形引起的。根据有关文献，砼结构80%的裂缝是以砼收缩变形、温度变化变形和不均匀沉降为主要原因引起的，只有20%的裂缝是以外荷载为主要原因引起的。
1.1 干缩裂缝的形成及预防
干缩裂缝大多出现在混凝土养护结束后的一段时间或是混凝土浇筑完毕后的一周左右。水泥浆中水分的蒸发会产生干缩,且这种收缩是不可逆的。干缩裂缝的产生主要是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果: 混凝土受外部条件的影响,表面水分损失过快,变形较大,内部湿度变化较小变形较小,较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束, 产生较大拉应力而产生裂缝。相对湿度越低,水泥浆体干缩越大,干缩裂缝越易产生。
干缩裂缝大多为表面性的平行线状或网状浅细裂缝,宽度在0. 05~ 0. 2 mm,大体积混凝土中平面部位多见,较薄的梁板中多沿其短向分布干缩裂缝通常会影响混凝土的抗渗性,引起钢筋的锈蚀,影响混凝土的耐久性, 在水压力的作用下会产生水力劈裂,影响混凝土的承载力, 等等。混凝土干缩主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性质和用量、外加剂的用量等有关。
1.1.1预防干缩裂缝的主要措施
(1)选用收缩量较小的水泥。一般采用中低热水泥和粉煤灰水泥,降低水泥的用量。
(2)混凝土的干缩受水灰比的影响较大,水灰比越大,干缩越大,因此在混凝土配合比设计中应尽量控制好水灰比的选用,同时掺加合适的减水剂。
(3)严格控制混凝土搅拌和施工中的配合比,混凝土的用水量绝对不能大于配合比设计所给定的用水量。
(4)加强混凝土的早期养护, 并适当延长混凝土的养护时间。冬季施工时要适当延长混凝土保温覆盖时间,并涂刷养护剂养护。
(5)在混凝土结构中设置合适的收缩缝。
1.1.2 现浇楼板板角裂缝的特点
变电站建筑结构中阳角部位的现浇楼板板角裂缝现象具有以下特点:
(1)出现在建筑物的阳角部位,裂缝与纵、横框架梁成45。
(2)大多为上贯通的裂缝。
(3)大多出现在竣工验收后半年左右的人员活动很少的房间。产生裂缝的一个主要原因是干缩。这是由于变电站某些房间门窗长期紧闭,相对湿度始终比较低,混凝土长期处于干燥的环境中,从而引起混凝土收缩开裂。
1.1.3 预防板角裂缝的措施
针对变电站建筑结构中较易出现的板角裂缝, 可以适当地采取以下措施, 防范于未然:
(1)在阳角部位的混凝土板中设置抗收缩的构造钢筋, 宜采用双层、双向小直径钢筋或者放置双层放射筋。
(2)采用收缩量小的混凝土。如采用水灰比较小的混凝土或微膨胀混凝土等。
(3)在一定的时间段(一般自混凝土浇筑完成后2年内)保持房间内的相对湿度与室外相对湿度基本一致并不宜低于85%。这一要求可采取经常开窗的方法得以实现,最好定期洒水增加湿度则效果更好。
1.2 温度裂缝及预防
温度裂缝大多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。混凝土浇筑后,在硬化过程中,水泥水化产生大量的水化热,(當水泥用量在350~ 550 kg/m3 ,每立方米混凝土将释放出17.5~ 27.5 MJ 的热量,从而使混凝土内部温度高达70C左右,甚至更高)。
由于混凝土的体积较大,大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发,导致内部温度急剧上升,而混凝土表面散热较快,这样就形成内外的较大温差,较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同,使混凝土表面产生一定的拉应力(实践证明,当混凝土本身温差达到25~ 26 C时,混凝土内便会产生10MPa左右的拉应力)。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时, 混凝土表面就会产生裂缝,这种裂缝大多发生在混凝土施工中后期。
在混凝土的施工中,当温差变化较大,或者是混凝土受到寒潮的袭击等,会导致混凝土表面温度急剧下降,从而产生收缩表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束,将产生很大的拉应力而产生裂缝,这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。
温度裂缝的走向通常无一定规律,大面积结构裂缝常纵横交错;梁板类长度尺寸较大的结构,裂缝多平行于短边;深入和贯穿性的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行,裂缝沿着长边分段出现, 中间较密。裂缝宽度大小不一,受温度变化影响较为明显,冬季较宽,夏季较窄。高温膨胀引起的混凝土温度裂缝是通常中间粗两端细,而冷缩裂缝的粗细变化不太明显。此种裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀,混凝土的碳化,降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。
1.2.1 产生温度裂缝的主要原因
(1)由于混凝土与砖砌体的线膨胀系数相差2~ 2.4倍,因而两者的伸缩量亦相差同样倍数。混凝土伸缩比砌体多,因而受到砌体的约束,砌体伸缩少,必然受到混凝土梁因变形大而产生的拉压作用。当砌体应力超过其轴心抗拉强度或抗剪强度时就会产生裂缝。
(2)梁与砌体连接处的水平裂缝,尚有因施工不当引起的,当砌体砌至顶面后,灰缝必然会产生收缩,而梁底砌体最后又未用斜砖紧逼,只用直转砌筑,墙身本身留有空隙,又只用砂浆简单填充,由此产生的混凝土梁底和砌体间的水平裂缝各层均可出现,只是顶层同时受温度变化大的影响而更为突出。
1.2.2 预防温度裂缝的主要措施
(1)尽量选用低热或中热水泥, 如矿渣水泥、粉煤灰水泥等。
(2)减少水泥用量, 将水泥用量尽量控制在450 kg/ m3 以下。
(3)降低水灰比, 一般混凝土的水灰比控制在0. 6 以下。
(4)改善骨料級配,掺加粉煤灰或高效减水剂等来减少水泥用量, 降低水化热。
(5)在混凝土中掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂, 改善混凝土拌合物的流动性、保水性,降低水化热,推迟热峰的出现时间。
(6)大体积混凝土的温度应力与结构尺寸相关, 混凝土结构尺寸越大, 温度应力越大。因此,要合理安排施工工序, 分层、分块浇筑, 以利于散热, 减小约束。
(7)加强混凝土温度的监控, 及时采取冷却、保护措施。
(8)预留温度收缩缝。
(9)减小约束, 浇筑混凝土前宜在基岩和老混凝土上铺设5 mm 左右的砂垫层或使用沥青等材料涂刷。
(10)加强混凝土养护。混凝土浇筑后,及时用湿润的草帘、麻片等覆盖,并注意洒水养护,适当延长养护时间,保证混凝土表面缓慢冷却。在寒冷季节, 混凝土表面应设置保温措施,以防止寒潮袭击。
2、裂缝处理
在施工过程中如果没有采取足够的预防措施, 混凝土结构中产生了影响观感和使用性能的裂缝, 那么必须要采取措施进行修补处理。混凝土裂缝的修补措施根据裂缝的严重程度不同而采取不同的方法。
2.1 对结构承载能力没有影响的表面裂缝及深进裂缝的处理
在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料,在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂,通常可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。
2.2 对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的处理
(1)采用灌浆法
它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中, 胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体,从而起到封堵加固的目的。常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化学材料。
(2)采用嵌缝法
它是沿裂缝凿槽,在槽中嵌填塑性或刚性止水材料,以达到封闭裂缝的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等;常用的刚性止水材料为聚合物水泥砂浆。
2.3 对影响到混凝土结构的性能的裂缝的处理
采取加固法对混凝土结构进行处理的方法是,加大混凝土结构的截面面积,在构件的角部外包型钢,采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。
2.4 对已严重损坏的混凝土的处理
采用混凝土置换法, 此方法是先将损坏的混凝土剔除,然后再置换入新的混凝土或其他材料。常用的置换材料有普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。
3、结语
总而言之，变电站土建裂缝的出现受到多方面因素的影响，需通过设计、施工两方的共同努力，消除和减少裂缝，使变电站土建工程的质量得到不断的改进和提高。
参考文献:
[1]混凝土结构工程施工质量验收规范.中国标准书号[S].北京:中国标准出版社,2002.
[2]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:王铁梦.中国建筑工业出版社.2004,6.
关键词:变电站；裂缝成因；裂缝预防；裂缝控制
Abstract: With the increasing of the substation construction, civil engineering has been an important part of substation construction project, the substation civil engineering are used in concrete structure, therefore, the crack of the concrete in the construction process of structure is one of the more common problems. This paper analyzes how to correct the cracks on the causes, prevention and treatment method is feasible and reasonable, to ensure the construction quality of engineering and technical personnel management.
Key words: substation; cracks; prevention of crack; crack control
中图分类号：TM411+.4 文献标识码：A文章编号：
1、建筑结构中常见裂缝及预防
从砼裂缝产生的机理角度来说，裂缝主要是由于外荷载和变形引起的。根据有关文献，砼结构80%的裂缝是以砼收缩变形、温度变化变形和不均匀沉降为主要原因引起的，只有20%的裂缝是以外荷载为主要原因引起的。
1.1 干缩裂缝的形成及预防
干缩裂缝大多出现在混凝土养护结束后的一段时间或是混凝土浇筑完毕后的一周左右。水泥浆中水分的蒸发会产生干缩,且这种收缩是不可逆的。干缩裂缝的产生主要是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果: 混凝土受外部条件的影响,表面水分损失过快,变形较大,内部湿度变化较小变形较小,较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束, 产生较大拉应力而产生裂缝。相对湿度越低,水泥浆体干缩越大,干缩裂缝越易产生。
干缩裂缝大多为表面性的平行线状或网状浅细裂缝,宽度在0. 05~ 0. 2 mm,大体积混凝土中平面部位多见,较薄的梁板中多沿其短向分布干缩裂缝通常会影响混凝土的抗渗性,引起钢筋的锈蚀,影响混凝土的耐久性, 在水压力的作用下会产生水力劈裂,影响混凝土的承载力, 等等。混凝土干缩主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性质和用量、外加剂的用量等有关。
1.1.1预防干缩裂缝的主要措施
(1)选用收缩量较小的水泥。一般采用中低热水泥和粉煤灰水泥,降低水泥的用量。
(2)混凝土的干缩受水灰比的影响较大,水灰比越大,干缩越大,因此在混凝土配合比设计中应尽量控制好水灰比的选用,同时掺加合适的减水剂。
(3)严格控制混凝土搅拌和施工中的配合比,混凝土的用水量绝对不能大于配合比设计所给定的用水量。
(4)加强混凝土的早期养护, 并适当延长混凝土的养护时间。冬季施工时要适当延长混凝土保温覆盖时间,并涂刷养护剂养护。
(5)在混凝土结构中设置合适的收缩缝。
1.1.2 现浇楼板板角裂缝的特点
变电站建筑结构中阳角部位的现浇楼板板角裂缝现象具有以下特点:
(1)出现在建筑物的阳角部位,裂缝与纵、横框架梁成45。
(2)大多为上贯通的裂缝。
(3)大多出现在竣工验收后半年左右的人员活动很少的房间。产生裂缝的一个主要原因是干缩。这是由于变电站某些房间门窗长期紧闭,相对湿度始终比较低,混凝土长期处于干燥的环境中,从而引起混凝土收缩开裂。
1.1.3 预防板角裂缝的措施
针对变电站建筑结构中较易出现的板角裂缝, 可以适当地采取以下措施, 防范于未然:
(1)在阳角部位的混凝土板中设置抗收缩的构造钢筋, 宜采用双层、双向小直径钢筋或者放置双层放射筋。
(2)采用收缩量小的混凝土。如采用水灰比较小的混凝土或微膨胀混凝土等。
(3)在一定的时间段(一般自混凝土浇筑完成后2年内)保持房间内的相对湿度与室外相对湿度基本一致并不宜低于85%。这一要求可采取经常开窗的方法得以实现,最好定期洒水增加湿度则效果更好。
1.2 温度裂缝及预防
温度裂缝大多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。混凝土浇筑后,在硬化过程中,水泥水化产生大量的水化热,(當水泥用量在350~ 550 kg/m3 ,每立方米混凝土将释放出17.5~ 27.5 MJ 的热量,从而使混凝土内部温度高达70C左右,甚至更高)。
由于混凝土的体积较大,大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发,导致内部温度急剧上升,而混凝土表面散热较快,这样就形成内外的较大温差,较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同,使混凝土表面产生一定的拉应力(实践证明,当混凝土本身温差达到25~ 26 C时,混凝土内便会产生10MPa左右的拉应力)。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时, 混凝土表面就会产生裂缝,这种裂缝大多发生在混凝土施工中后期。
在混凝土的施工中,当温差变化较大,或者是混凝土受到寒潮的袭击等,会导致混凝土表面温度急剧下降,从而产生收缩表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束,将产生很大的拉应力而产生裂缝,这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。
温度裂缝的走向通常无一定规律,大面积结构裂缝常纵横交错;梁板类长度尺寸较大的结构,裂缝多平行于短边;深入和贯穿性的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行,裂缝沿着长边分段出现, 中间较密。裂缝宽度大小不一,受温度变化影响较为明显,冬季较宽,夏季较窄。高温膨胀引起的混凝土温度裂缝是通常中间粗两端细,而冷缩裂缝的粗细变化不太明显。此种裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀,混凝土的碳化,降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。
1.2.1 产生温度裂缝的主要原因
(1)由于混凝土与砖砌体的线膨胀系数相差2~ 2.4倍,因而两者的伸缩量亦相差同样倍数。混凝土伸缩比砌体多,因而受到砌体的约束,砌体伸缩少,必然受到混凝土梁因变形大而产生的拉压作用。当砌体应力超过其轴心抗拉强度或抗剪强度时就会产生裂缝。
(2)梁与砌体连接处的水平裂缝,尚有因施工不当引起的,当砌体砌至顶面后,灰缝必然会产生收缩,而梁底砌体最后又未用斜砖紧逼,只用直转砌筑,墙身本身留有空隙,又只用砂浆简单填充,由此产生的混凝土梁底和砌体间的水平裂缝各层均可出现,只是顶层同时受温度变化大的影响而更为突出。
1.2.2 预防温度裂缝的主要措施
(1)尽量选用低热或中热水泥, 如矿渣水泥、粉煤灰水泥等。
(2)减少水泥用量, 将水泥用量尽量控制在450 kg/ m3 以下。
(3)降低水灰比, 一般混凝土的水灰比控制在0. 6 以下。
(4)改善骨料級配,掺加粉煤灰或高效减水剂等来减少水泥用量, 降低水化热。
(5)在混凝土中掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂, 改善混凝土拌合物的流动性、保水性,降低水化热,推迟热峰的出现时间。
(6)大体积混凝土的温度应力与结构尺寸相关, 混凝土结构尺寸越大, 温度应力越大。因此,要合理安排施工工序, 分层、分块浇筑, 以利于散热, 减小约束。
(7)加强混凝土温度的监控, 及时采取冷却、保护措施。
(8)预留温度收缩缝。
(9)减小约束, 浇筑混凝土前宜在基岩和老混凝土上铺设5 mm 左右的砂垫层或使用沥青等材料涂刷。
(10)加强混凝土养护。混凝土浇筑后,及时用湿润的草帘、麻片等覆盖,并注意洒水养护,适当延长养护时间,保证混凝土表面缓慢冷却。在寒冷季节, 混凝土表面应设置保温措施,以防止寒潮袭击。
2、裂缝处理
在施工过程中如果没有采取足够的预防措施, 混凝土结构中产生了影响观感和使用性能的裂缝, 那么必须要采取措施进行修补处理。混凝土裂缝的修补措施根据裂缝的严重程度不同而采取不同的方法。
2.1 对结构承载能力没有影响的表面裂缝及深进裂缝的处理
在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料,在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂,通常可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。
2.2 对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的处理
(1)采用灌浆法
它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中, 胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体,从而起到封堵加固的目的。常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化学材料。
(2)采用嵌缝法
它是沿裂缝凿槽,在槽中嵌填塑性或刚性止水材料,以达到封闭裂缝的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等;常用的刚性止水材料为聚合物水泥砂浆。
2.3 对影响到混凝土结构的性能的裂缝的处理
采取加固法对混凝土结构进行处理的方法是,加大混凝土结构的截面面积,在构件的角部外包型钢,采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。
2.4 对已严重损坏的混凝土的处理
采用混凝土置换法, 此方法是先将损坏的混凝土剔除,然后再置换入新的混凝土或其他材料。常用的置换材料有普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。
3、结语
总而言之，变电站土建裂缝的出现受到多方面因素的影响，需通过设计、施工两方的共同努力，消除和减少裂缝，使变电站土建工程的质量得到不断的改进和提高。
参考文献:
[1]混凝土结构工程施工质量验收规范.中国标准书号[S].北京:中国标准出版社,2002.
[2]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:王铁梦.中国建筑工业出版社.2004,6.