电力工程混凝土结构裂缝的分析与治理 李晖
广东省电力工程质量监督中心站，广东广州510600 电力工程涉及的建筑结构类型相对复杂。除各种建筑物多为钢筋混凝土结构外，还有各类动力设备基础、薄壳结构（如双曲线冷却水塔）、高耸建筑（烟囱）和预制混凝土排架结构（配电装置）、钢筋混凝土结构的水池、循环水管以及其他的水工建筑。混凝土结构裂缝是较普遍的质量缺陷。
[size=+1]1 混凝土结构常见裂缝现象
据近年的观察，电力工程中的混凝土结构裂缝时有发生，裂缝的部位常出现在：
a）薄壁混凝土结构
电厂的主厂房，110 kV，220 k V，500 kV变电站主控楼的楼板角部裂缝现象均较普遍。在对某地区110 kV室内变电站的检查中，发现同一时期的5座变电站中有3座存在较广泛的楼板裂缝。除角部裂缝外，部分板跨垂直与长边的中部或1／3跨距处出现贯穿性裂缝。省内同一典型设计的高电压等级的几个变电站主控楼二层楼板也在相同转角处发生贯穿性裂缝。
b）矩形蓄水池侧壁
在某大型电厂（以下称A电厂）的大型蓄水池施工中，各侧壁均曾出现贯穿性的竖向裂缝，蓄水后出现渗漏。
c）大直径的现浇混凝土管、沟
A电厂的现浇混凝土循环水管（截面为内圆外方）在施工拆模后即陆续发现上半部分环向裂缝，部分裂缝已贯穿。
d）缝隙煤槽
某电厂缝隙煤槽混凝土长墙在拆模后15 d左右即发现部分板块出现竖向裂缝，其中部分为贯穿性。
e）截面较小的构件
如某变电站外挑长廊的中跨檐口梁中底部也有裂缝，未贯穿。
f）体积较大的基础
如某变电站基础拆模后发现一侧局部出现水平裂缝，同时周围混凝土表面有较多的麻面，其中薄壁结构的裂缝中存在较多贯穿性裂缝，大体积基础裂缝多数为表面裂缝。
[size=+1]2 裂缝产生的原因
裂缝在理论上的定义为固体材料中的某种不连续现象。因为混凝土是由骨料、水泥石、气体、水分等组成的非匀质材料，在温度、湿度变化的条件下，混凝土逐渐硬化，同时产生体积变形。在其变形中，骨料与水泥石的变形是不同的。水泥石的收缩很大，骨料的收缩很小；水泥石的热膨胀系数很大，骨料相对较小。因此，在混凝土的非匀质体中，骨料与水泥石的变形不是自由的，而是相互约束而产生相互约束应力，从而产生微裂。从以上理论分析可知，混凝土内部的微裂几乎是绝对存在的。反映到混凝土结构裂缝的出现，就是由于某些因素使这种内部的微裂增加、扩展的结果。而其影响因素也不外乎应力因素，即包括外荷载的直接应力和由变形引起的应力。外荷载的直接应力除按常规计算的主要应力外，还应包括结构实际工作状态与常规计算模型出入时应力的差异（结构次应力）。在工程实践中，因承载能力不足引起的裂缝并不广泛，在此不论述这种情况。因次应力引起的混凝土结构裂缝出现较多，由变形引起的内应力造成裂缝的现象则更加普遍，约占引起裂缝原因的80％。这些变形应力包括混凝土结构由于收缩、膨胀、温度差、不均匀沉降等引起的应力，其中既有设计考虑不当或不周的原因，也有施工方法或材料使用不当引起的。
[size=+1]3 裂缝的控制
根据以上分析，裂缝的控制一是要控制混凝土的微裂，二是要控制微裂的继续开展。主要可从以下方面着手：
a）控制水泥石的收缩、变形和减少内部微裂。针对性地选择适当的施工方法和材料，包括合理选择水泥的品种，严格控制骨料的含泥量，在满足施工参数的条件下选择合理的混凝土配合比，适当使用外加剂和掺和料（如添加减水剂、膨胀剂和掺粉煤灰等），尽量降低收缩变形和拌和物硬化过程的温度变化。施工中不得随意在拌和物中加水，保证混凝土的密实。在施工过程中，严格控制钢筋的布置和混凝土的振捣。大体积混凝土在施工前应根据混凝土的初凝时间、收缩系数、温度系数等进行施工方案设计，采取相应施工措施，并在施工中严格执行，避免施工冷缝和收缩、温度裂缝。
b）提高构件的抗裂能力。在设计中合理考虑外荷载（包括次荷载）应力作用下结构抗裂配筋，对平面尺寸较大的薄壁（板）、大体积混凝土结构等均适当考虑收缩和温度变形，除按计算进行结构配筋外，尚需细致地考虑构造措施。现阶段由于商品混凝土生产和泵送技术的广泛运用，混凝土施工性能的坍落度的要求与以往不同，造成混凝土的收缩较现场拌和、人工运输浇捣的施工方法要大很多，而混凝土的生产质量指标仍以试件的抗压强度为主要指标，不能全面反映混凝土的综合性能，这些问题对设计提出了更多的要求，必须予以考虑。如省内几个高电压变电站主控楼在不同施工地点、不同施工条件的情况下，在相同部位出现贯穿性裂缝，就不能不认为有设计考虑不周的因素。
c）控制混凝土的拆模时间。过早拆模会使混凝土失去支撑，受拉区产生裂缝。在强度未达到70％前禁止拆模，如需提前拆模应留置混凝土试件做同期强度试验，强度达到要求方可拆模。
[size=+1]4 裂缝处理
4．1
裂缝处理标准
裂缝处理的关键在于对裂缝的正确判断。裂缝是否允许，是否需要处理，必须符合工程设计的要求。对不允许有裂缝的工程，所有缝都应处理；对允许有裂缝的结构构件，其裂缝宽度不超过国家标准的规定时，一般不需要专门处理。在无充分依据时，裂缝宽度的控制界限宜按以下要求处理：
a）施工阶段
施工阶段按表1执行。GBJ10—89《混凝土结构设计规范》规定：普通钢筋混凝土结构的裂缝控制等级为三级，容许构件受拉边缘混凝土产生裂缝，构件处于开裂状态下工作，最大裂缝宽度的计算值不得超过表1的规定。
注：1—露天或室内高湿度环境指直接受雨淋或经常受蒸汽或凝结水作用或与土壤直接接触；2—括弧内数字的适用条件为地区的平均相对湿度小于60％，且可变荷载标准值与恒载标准值之比大于0．5的受弯构件；3—烟囱、筒仓及处于液体压力下的结构构件，裂缝控制要求应符合专门规范的规定。
b）构件检验时
构件检验时执行表2。GBJ321—90《预制混凝土构件质量检验评定标准》规定：在正常使用短期荷载检验下，构件受拉主筋处的最大裂缝宽度实测值，不超过表2的规定。
d）使用阶段
使用阶段执行表3。GBJ144—90《工业厂房可靠性鉴定标准》规定：当结构构件受力主筋处，横向或斜向裂缝宽度符合表3的规定时，应按表3的要求做出适当处置。
4．2
裂缝处理原则
裂缝的处理首先应分析、鉴别裂缝的性质，正确区分承载力不足的裂缝和温度收缩等变形引起的裂缝。对承载力不足的裂缝，不论宽度大小均应处理，而且一般都是先加固，后处理裂缝（裂缝处理的具体方法很多，本文不作叙述）。裂缝宽度虽未超过前述国家标准的规定，但属于下述情况之一者，均应认真分析处理：
a）结构安全方面
确认为压裂、胀裂；承载力达不到标准规范的要求；裂缝不断扩展，混凝土压碎、保护层剥落；影响结构刚度和建筑物整体性；其他危害严重的裂缝，如悬挑结构固定端处的明显裂缝等。这一类裂缝在电力工程中并不多见，但影响结构的安全，必须认真对待。有一些裂缝虽暂不需要加固，但在使用中仍应加以观测，注意裂缝的发展状况，以便及时采取相应措施。
b）建筑功能方面
出现渗漏；密闭性失效；特殊建筑上不允许有的裂缝。屋面渗漏对运行中的裸露母线、高温高压设备、通讯设备、保护装置等均会有不良影响，因此必须对这一类建筑的屋面裂缝进行处理，不能简单地只采用防水层处理。
c）耐久性方面
判定钢筋已经锈蚀；高温、震动、侵蚀性环境、掺氯盐引起的裂缝。在运行多年的烟囱筒壁上的此类裂缝非常多见，特别是烟囱筒口附近。
[size=+1]5 结束语
电力工程中最常见的裂缝，如温度裂缝、收缩裂缝、混凝土受拉区宽度不大的裂缝等，一般都不危及结构安全。因此混凝土裂缝并非都是事故，也并非均需处理。对影响功能、美观的裂缝，进行封闭即可。
发表于 2010-9-14 18:20:33