淺談探傷室結構設計與施工中裂縫預防的措施

宋 砥

工業探傷室屬于高能量放射無損檢測實驗室。放射源主要有銥192、鈷60等。探傷室防輻射設計通常采用大體積混凝土結構對輻射的阻礙作用來進行的。根據輻射強度的不同,混凝土的厚度也不同,但是總的來說,探傷室主體結構墻體均屬于大體積混凝土。混凝土結構在施工和使用中會不同程度的出現裂縫,而且大體積混凝土結構出現裂縫的現象更普遍。

裂縫對探傷室的主體結構是致命的缺陷。如果控制不好或措施不得當,主體結構中出現了裂縫,修補起來相當的麻煩,且成本很高,嚴重的還可能導致探傷室驗收不合格,不能使用,因此控制裂縫是探傷室設計及施工中必須重視的問題。

1 裂縫產生的原因

歸納起來,混凝土裂縫主要是以下幾個原因造成的:干縮裂縫,溫度裂縫,鋼筋銹蝕裂縫,堿—骨料反應裂縫,超載裂縫,材料裂縫,不均勻沉降裂縫,地基凍脹裂縫等。而在探傷室中主要的裂縫是干縮裂縫、溫度裂縫和不均勻沉降裂縫。下面就這幾種裂縫的成因進行簡要的介紹。

1)收縮裂縫。混凝土逐漸散熱和硬化過程引起的收縮,會產生很大的收縮應力。如果產生的收縮應力超過當時的混凝土極限抗拉強度,就會在混凝土中產生收縮裂縫。產生收縮裂縫的主要影響因素是混凝土中的用水量和水泥用量,用水量和水泥用量越高,混凝土的收縮就越大。選用水泥品種的不同,干縮、收縮的量也不同。2)溫差裂縫。混凝土內外部溫差過大會產生裂縫。主要影響因素是水泥水化熱引起的混凝土內部和混凝土表面的溫差過大。探傷室結構一般要求一次性整體澆筑。澆筑后,水泥因水化引起水化熱,由于混凝土體積大,聚集在內部的水泥水化熱不易散發,混凝土內部溫度將顯著升高,而其表面則散熱較快,形成了較大的溫度差,使混凝土內部產生壓應力,表面產生拉應力。此時,混凝土齡期短,抗拉強度很低。當溫差產生的表面抗拉應力超過混凝土極限抗拉強度,則會在混凝土表面產生裂縫。3)不均勻沉降裂縫。由于地基土質軟弱不均、地基處理不當或基礎設計不合理而產生的沉陷裂縫。其他幾種成因的裂縫也有可能產生,應根據具體的工程確定相應的防治措施,這里就不再詳述,本文就以上幾種常見的裂縫成因,從設計和施工兩個角度闡述應采取的措施,從而避免裂縫的產生。

2 設計中采取的技術措施及注意事項

1)合理的配置鋼筋。在設計中應增配構造鋼筋,提高混凝土的抗裂能力,同時,應在可能產生應力集中的地方配置加強鋼筋。例如在墻體中間設置適當的抗縮溫度鋼筋,在預留洞等部分配置加強鋼筋,在墻體轉角處設置暗柱等構造措施。屋面一般為一塊厚板,由于混凝土的自重較大,且板的跨度較大,在計算的時候往往裂縫較大,不容易滿足要求。可在板內增設暗梁,將板劃分為幾塊,這樣計算的時候裂縫較容易控制。2)使用水化熱較小的水泥。在設計中應注明使用的水泥類型,不同的水泥,水化熱是不同的,應選擇水化熱較小的水泥品種。3)添加外加劑。設計中在混凝土中添加外加劑,如UEA等微膨脹劑,以減少混凝土的裂縫。4)添加粉煤灰。粉煤灰可以改善混凝土的和易性,且可降低水泥用量,適當的加入粉煤灰,可以減少水泥的水化熱。5)減少不均勻沉降產生的沉降裂縫。在設計基礎時,應在條件允許時,盡可能的使用持力層在堅固巖石上的端承樁,若使用摩擦樁或使用天然地基,則必須將結構各個部分的沉降控制在允許范圍內,以避免基礎不均勻沉降引起的沉降裂縫。

除以上所述,還應該注意,在滿足設計計算的前提下,盡可能使用低標號的混凝土,標號高的混凝土延性減小,脆性增大,水化熱增大,會增加混凝土的裂縫。

3 施工中采取的技術措施及注意事項

1)精心設計混凝土配合比。在保證混凝土具有良好工作性的情況下,應盡可能地降低混凝土的單位用水量,采用“三低(低砂率、低坍落度、低水膠比)二摻(摻高效減水劑和高性能引氣劑)一高(高粉煤灰摻量)”的設計準則,生產出高強、高韌性、中彈、低熱和高極拉值的抗裂混凝土。2)嚴格控制骨料級配和含泥量。選用10.40 mm連續級配碎石(其中10.30 mm級配含量65%左右),細度模數2.80～3.00的中砂(通過 0.315 mm凹篩孔的砂不少于15%,砂率控制在40%～45%)。砂、石含泥量控制在1%以內,并不得混有有機質等雜物,杜絕使用海砂。3)選擇適當外加劑。在混凝土中應摻加一定用量外加劑,如減水劑、緩凝劑等外加劑。將初凝延長到5 h左右。必須滿足連續澆筑的要求,混凝土澆筑一圈的時間不得大于混凝土初凝時間。4)選擇優化配合比。選用良好級配的骨料,嚴格控制砂石質量,降低水灰比,并在混凝土中摻加粉煤灰和外加劑等,以降低水泥用量,減少水化熱,以降低混凝土溫升,必須使混凝土內外溫度差不大于25℃。

4 探傷室還需特別注意的幾個問題

1)施工縫問題。在施工中施工縫的留設是個重要的問題。由于探傷室施工中混凝土體積較大,一次澆筑完成費時費力,也無必要。因此一般要求在地面以下留設一道施工縫,屋面與墻體交接處留設一道施工縫。為了防止射線從施工縫處泄露出來,因此要求在施工縫處,混凝土終凝之前,將混凝土表面鑿毛。在繼續澆筑前,將混凝土表面松散石子及砂漿清理干凈,露出新混凝土,用水沖洗干凈,然后鋪一層與墻體同成分的水泥砂漿50厚,然后再澆筑混凝土,這樣就能保證混凝土澆筑質量。2)模板問題。模板在施工中也是個比較重要的問題。模板應該盡量采用全鋼大模板拼裝而成。由于混凝土自重較大,在澆筑墻體時,未凝固的混凝土對模板側壓力較大,在澆筑屋面時,未形成強度的混凝土自重也是很大的,因此支撐模板的腳手架需要有足夠的剛度和強度,同時還必須保證鋼模板在壓力下不能變形。因此,建議內部采用滿堂腳手架,外部采用三角形支撐腳手架,內外模板間應采用對穿螺桿固定模板,為防止射線順螺桿外泄,螺桿盡量由三部分組成,中間采用螺紋鋼,螺紋鋼中間焊接1塊～2塊鋼板,阻止射線的外泄,螺紋鋼兩端各采用圓鋼與螺紋鋼雙面搭接焊牢。為增加模板剛度,可在橫向或豎向增加槽鋼。任何跑模、漏漿形成的混凝土不密實、蜂窩、麻面都會造成不可挽回的質量問題。3)混凝土養護問題。為了防止混凝土升溫速度過快,形成溫度收縮裂縫以及早期脫水造成表面干縮裂縫,故墻體必須采用保溫保濕養護,保持混凝土表面處于濕潤狀態,必要時可采取搭棚子增加采暖措施的方法,減少溫差,混凝土內部溫度與表面溫度的差值、混凝土外表面和環境溫度差值均不應超過25℃。

5 結語

探傷室混凝土主體結構對裂縫的控制要求較高,因此必須從設計和施工兩個方面來保證工程的質量。只要精心設計,細心施工,制訂好詳盡的施工方案措施,并嚴格執行就能保證工程的質量。

[1] 朱伯芳.大體積混凝土溫度應力與溫度控制[M].北京:中國電力出版社,1999.

[2] 杜 飛.混凝土結構裂縫的成因及預防探討[J].山西建筑,2009,35(2):159-160.