浅谈探伤室结构设计与施工中裂缝预防的措施

宋 砥

工业探伤室属于高能量放射无损检测实验室。放射源主要有铱192、钴60等。探伤室防辐射设计通常采用大体积混凝土结构对辐射的阻碍作用来进行的。根据辐射强度的不同,混凝土的厚度也不同,但是总的来说,探伤室主体结构墙体均属于大体积混凝土。混凝土结构在施工和使用中会不同程度的出现裂缝,而且大体积混凝土结构出现裂缝的现象更普遍。

裂缝对探伤室的主体结构是致命的缺陷。如果控制不好或措施不得当,主体结构中出现了裂缝,修补起来相当的麻烦,且成本很高,严重的还可能导致探伤室验收不合格,不能使用,因此控制裂缝是探伤室设计及施工中必须重视的问题。

1 裂缝产生的原因

归纳起来,混凝土裂缝主要是以下几个原因造成的:干缩裂缝,温度裂缝,钢筋锈蚀裂缝,碱—骨料反应裂缝,超载裂缝,材料裂缝,不均匀沉降裂缝,地基冻胀裂缝等。而在探伤室中主要的裂缝是干缩裂缝、温度裂缝和不均匀沉降裂缝。下面就这几种裂缝的成因进行简要的介绍。

1)收缩裂缝。混凝土逐渐散热和硬化过程引起的收缩,会产生很大的收缩应力。如果产生的收缩应力超过当时的混凝土极限抗拉强度,就会在混凝土中产生收缩裂缝。产生收缩裂缝的主要影响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,混凝土的收缩就越大。选用水泥品种的不同,干缩、收缩的量也不同。2)温差裂缝。混凝土内外部温差过大会产生裂缝。主要影响因素是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大。探伤室结构一般要求一次性整体浇筑。浇筑后,水泥因水化引起水化热,由于混凝土体积大,聚集在内部的水泥水化热不易散发,混凝土内部温度将显著升高,而其表面则散热较快,形成了较大的温度差,使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力。此时,混凝土龄期短,抗拉强度很低。当温差产生的表面抗拉应力超过混凝土极限抗拉强度,则会在混凝土表面产生裂缝。3)不均匀沉降裂缝。由于地基土质软弱不均、地基处理不当或基础设计不合理而产生的沉陷裂缝。其他几种成因的裂缝也有可能产生,应根据具体的工程确定相应的防治措施,这里就不再详述,本文就以上几种常见的裂缝成因,从设计和施工两个角度阐述应采取的措施,从而避免裂缝的产生。

2 设计中采取的技术措施及注意事项

1)合理的配置钢筋。在设计中应增配构造钢筋,提高混凝土的抗裂能力,同时,应在可能产生应力集中的地方配置加强钢筋。例如在墙体中间设置适当的抗缩温度钢筋,在预留洞等部分配置加强钢筋,在墙体转角处设置暗柱等构造措施。屋面一般为一块厚板,由于混凝土的自重较大,且板的跨度较大,在计算的时候往往裂缝较大,不容易满足要求。可在板内增设暗梁,将板划分为几块,这样计算的时候裂缝较容易控制。2)使用水化热较小的水泥。在设计中应注明使用的水泥类型,不同的水泥,水化热是不同的,应选择水化热较小的水泥品种。3)添加外加剂。设计中在混凝土中添加外加剂,如UEA等微膨胀剂,以减少混凝土的裂缝。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,适当的加入粉煤灰,可以减少水泥的水化热。5)减少不均匀沉降产生的沉降裂缝。在设计基础时,应在条件允许时,尽可能的使用持力层在坚固岩石上的端承桩,若使用摩擦桩或使用天然地基,则必须将结构各个部分的沉降控制在允许范围内,以避免基础不均匀沉降引起的沉降裂缝。

除以上所述,还应该注意,在满足设计计算的前提下,尽可能使用低标号的混凝土,标号高的混凝土延性减小,脆性增大,水化热增大,会增加混凝土的裂缝。

3 施工中采取的技术措施及注意事项

1)精心设计混凝土配合比。在保证混凝土具有良好工作性的情况下,应尽可能地降低混凝土的单位用水量,采用“三低(低砂率、低坍落度、低水胶比)二掺(掺高效减水剂和高性能引气剂)一高(高粉煤灰掺量)”的设计准则,生产出高强、高韧性、中弹、低热和高极拉值的抗裂混凝土。2)严格控制骨料级配和含泥量。选用10.40 mm连续级配碎石(其中10.30 mm级配含量65%左右),细度模数2.80～3.00的中砂(通过 0.315 mm凹筛孔的砂不少于15%,砂率控制在40%～45%)。砂、石含泥量控制在1%以内,并不得混有有机质等杂物,杜绝使用海砂。3)选择适当外加剂。在混凝土中应掺加一定用量外加剂,如减水剂、缓凝剂等外加剂。将初凝延长到5 h左右。必须满足连续浇筑的要求,混凝土浇筑一圈的时间不得大于混凝土初凝时间。4)选择优化配合比。选用良好级配的骨料,严格控制砂石质量,降低水灰比,并在混凝土中掺加粉煤灰和外加剂等,以降低水泥用量,减少水化热,以降低混凝土温升,必须使混凝土内外温度差不大于25℃。

4 探伤室还需特别注意的几个问题

1)施工缝问题。在施工中施工缝的留设是个重要的问题。由于探伤室施工中混凝土体积较大,一次浇筑完成费时费力,也无必要。因此一般要求在地面以下留设一道施工缝,屋面与墙体交接处留设一道施工缝。为了防止射线从施工缝处泄露出来,因此要求在施工缝处,混凝土终凝之前,将混凝土表面凿毛。在继续浇筑前,将混凝土表面松散石子及砂浆清理干净,露出新混凝土,用水冲洗干净,然后铺一层与墙体同成分的水泥砂浆50厚,然后再浇筑混凝土,这样就能保证混凝土浇筑质量。2)模板问题。模板在施工中也是个比较重要的问题。模板应该尽量采用全钢大模板拼装而成。由于混凝土自重较大,在浇筑墙体时,未凝固的混凝土对模板侧压力较大,在浇筑屋面时,未形成强度的混凝土自重也是很大的,因此支撑模板的脚手架需要有足够的刚度和强度,同时还必须保证钢模板在压力下不能变形。因此,建议内部采用满堂脚手架,外部采用三角形支撑脚手架,内外模板间应采用对穿螺杆固定模板,为防止射线顺螺杆外泄,螺杆尽量由三部分组成,中间采用螺纹钢,螺纹钢中间焊接1块～2块钢板,阻止射线的外泄,螺纹钢两端各采用圆钢与螺纹钢双面搭接焊牢。为增加模板刚度,可在横向或竖向增加槽钢。任何跑模、漏浆形成的混凝土不密实、蜂窝、麻面都会造成不可挽回的质量问题。3)混凝土养护问题。为了防止混凝土升温速度过快,形成温度收缩裂缝以及早期脱水造成表面干缩裂缝,故墙体必须采用保温保湿养护,保持混凝土表面处于湿润状态,必要时可采取搭棚子增加采暖措施的方法,减少温差,混凝土内部温度与表面温度的差值、混凝土外表面和环境温度差值均不应超过25℃。

5 结语

探伤室混凝土主体结构对裂缝的控制要求较高,因此必须从设计和施工两个方面来保证工程的质量。只要精心设计,细心施工,制订好详尽的施工方案措施,并严格执行就能保证工程的质量。

[1] 朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制[M].北京:中国电力出版社,1999.

[2] 杜 飞.混凝土结构裂缝的成因及预防探讨[J].山西建筑,2009,35(2):159-160.