火力發電廠高強混凝土框架柱工程裂縫的成因及防治

摘要：本文綜述火電廠主廠房結構框架柱的重要性和特點，分析了結構框架柱行程裂縫的各種原因，并且提出了相應的裂縫防治辦法，為研究和改善在大型火力發電廠主廠房結構框架柱中高強混凝土的性能提供了一些參考辦法。

關鍵詞：高強混凝土 框架柱 裂縫

1、前言

在大型火力發電廠主廠房結構中，由于其高度較大，且豎向荷載較大，故裂縫問題較為突出。經常出現的情況是：框架柱的斷面由軸壓比限值確定，而框架柱的配筋由構造配筋率決定，這其中存在著不合理的地方。應用高強混凝土可以顯著減小構件的截面尺寸，減輕結構自重和鋼筋用量，具有明顯優點，可獲得較高的經濟效益。但高強混凝土的脆性會在某些情況下產生裂縫，強度等級愈高，脆性愈大。因此，在大型火力發電廠主廠房結構框架柱中應用高強混凝土，需研究改善高強混凝土柱抗裂縫能力的有效措施。

在火力發電廠結構工程中，裂縫的防治是一個有較大普遍性的問題。裂縫的擴展是結構物破壞的初始階段; 同時，對于結構物而言，裂縫可能引起滲漏，影響結構的使用功能，并且引起持久強度的降低，如鋼筋混凝土結構中保護層剝落。水工建筑物在水壓頭不高于水位的l0cm以下，就會產生的裂縫、滲漏、鋼筋腐蝕、混凝土碳化等。因此，對裂縫的成因進行分析，在此基礎上對預防裂縫的產生和發展及對裂縫形成后的處理

措施進行探討是非常必要的。

2、高強混凝土框架柱工程的特點

在美國，以圓柱抗壓強度標準值達到或超過42MOa為高強混凝土。歐洲國際混凝土委員會1995年的資料通報中定義高強混凝土為圓柱體抗壓強度高于50MPa的混凝土，大體相當于我國C60級混凝士。在我國通常將強度等級等于或超過C50級的混凝土稱為高強混凝土。這個分類標準適合我國國情。高強混凝土具有以下一些特性：

(1)高強混凝土受壓時呈高度脆性，延|生很差。

(2)高強混凝土的抗拉強度、抗剪強度和粘結強度雖然均隨抗壓強度增加而增加，但它們與抗壓強度的比值卻隨強度提高而變得愈來愈小，所以在處理高強混凝土構件的抗剪、沖切和扭轉等問題時必須慎重。

(3)在相同的橫向約束力作用下，高強混凝土縱向承載力的改善要比普通強度混凝土稍差，所以在計算配有間接鋼筋的螺旋箍筋柱和局部承壓等承載能力時，表示橫向約束作用貢獻的部分也要做出修正。

(4)受壓時高強混凝土還有易產生裂縫的傾向，因此在設計局部承壓以及鋼筋搭接錨固時應特別注意。在這些部位要加強設置橫向箍筋以防止裂縫。由于塑性變形能力較差，高強混凝土中鋼筋錨固粘結應力的分布變得更不均勻。彎起鋼筋的轉角處會使混凝土受到較高的局部擠壓力，也應注意防止裂縫。

3、混凝土框架柱裂縫的成因

在常用的建材，如鋼、混凝土、砂漿等中，均存在有材料內部的初始缺陷。以高強度混凝土為例在尚未受荷的混凝土和鋼筋混凝土結構中存在肉眼不可見的微裂。此微裂主要是存在于骨料與水泥石粘接面上的裂縫、骨料與骨料之間的裂縫、以及骨料本身的裂縫。微裂的分布是不規則的，這主要是由于混凝土內部的不均勻所所致。。在受荷的情況下，引起大于等于0.05mm宏觀裂縫的產生及發展，形成通常所稱的裂縫。由此可見，結構物裂縫的產生是有其內部原因和外部條件的，其內部條件為以上所述的材料的不均勻性所導致的內部缺陷和微觀裂縫。其外部條件可概述為以下幾點:

（1）由各種直接作用的外荷載如靜、動荷載引起的直接應力而導致的裂縫。在電廠結構工程中，常見的有結構物自重、土的主動壓力和被動壓力、水的側壓力、各類設備的靜、動荷載以及風荷載等等。此類荷載產生的應力一般可按常規計算方法得到，比較直接和明確，在設計過程中也較易得到控制，因此，此類荷載引起的應力導致的裂縫約只占結構裂縫的15%-20%左右。

（2）結構次應力引起的裂縫，此類應力產生的原因主要有: 結構物的實際工作狀態與常規模型的出入。從而引起結構中應力分布與理論計算不一致;局部的開孔、洞也會引起應力集中現象，使在應力集中的部位產生裂縫。

（3）由變形變化引起的裂縫。此類裂縫在工程實踐中最為多見，往往占裂縫的80%左右，比如高強混凝土的脆性會在某些情況下產生裂縫，強度等級愈高，脆性愈大。由于溫度場的不均勻、材料的收縮和膨脹，不均勻沉降等也會引起高強混凝土柱裂縫的產生。

4、裂縫的防治策略

高強混凝土的脆性隨著強度提高而嚴重，為了有效防治高強度混凝土柱產生裂縫，必須從以下幾個方面加以防治，才能充分利用高強度混凝土的特點，減少其缺陷。

（1）高強混凝土的脆性隨著強度提高而嚴重，所以主要受力截面上壓區高強混凝土必須設計成約束混凝土，混凝土受壓時在側向有膨脹趨勢，所謂約束就是從側向給受壓的混凝土以約束，限制其橫向的膨脹變形，這樣就能有效的防止高強度柱產生裂縫。

（2）合理添加外加劑各種止水劑、緩凝劑能有效減少混凝土的離析提高保水性，使混凝土內部結構較為均勻一致，養活因干縮、不均勻收縮、不均勻收縮引起的微裂; 同時，止水劑還能與混凝土的硅酸鹽、鋁酸鹽進一步反應生成網狀凝膠，堵塞裂縫，提高裂縫的自愈能力。

（3）注意溫度應力的影響，削減施工過程中溫度收縮應力和混凝土的干縮應力，從而防止干縮、溫度收縮裂縫的產生; 由于混凝土的溫差應力和干縮應力主要有氣溫、水化熱溫差等早期應力，因此，后澆帶的保留時間應盡可能長些，一般不應少于40d。

綜上所述，在大型火力發電廠主廠房結構中，采用高強度混凝土柱有利于提高主廠房結構的穩定性，但是由于高強度混凝土脆性隨著強度提高而嚴重等自身的缺點，在施工和維護過程中必須采取合理的措施來防止高強度混凝土柱的裂縫的產生，，這對于最大限度的提高高強度混凝土柱在大型火力發電廠主廠房結構中的優勢具有指導意義。

參考文獻：

[1] 張國軍.呂西林.劉伯權高強混凝土框架柱的恢復力模型研究[D].[期刊論文]-工程力學 2007(3)

[2] 司炳君.孫治國.艾慶華Solid65單元在混凝土結構有限元分析中的應用[D].[期刊論文]-工業建筑 2007(1)

[3] 徐偉棟配置高強鋼筋的混凝土柱抗震性能研究[D].[學位論文]碩士 2007

[4] 張國軍.呂西林.劉伯權鋼筋混凝土框架柱在軸壓比超限時抗震性能的研究[J].[期刊論文]-土木工程學報，2006(3)

[5] 張國軍.呂西林.劉伯權軸壓比超限時框架柱的恢復力模型研究[J].[期刊論文]-建筑結構學報，2006(1)