劉巖

（天津城建集團有限公司，天津市 300073）

污水處理廠大面積薄壁混凝土抗裂技術(shù)研究

劉巖

（天津城建集團有限公司，天津市 300073）

現(xiàn)結(jié)合污水處理廠實際工程，對污水處理廠構(gòu)筑物建設過程中涉及到的大面積薄壁混凝土抗裂技術(shù)開展多方面的研究，總結(jié)出一系列應對措施。

污水處理廠；大面積；抗裂

0 引言

隨著污水處理技術(shù)水平的不斷提升，我國污水處理廠構(gòu)筑物施工技術(shù)得到了迅速發(fā)展，大面積、大體積混凝土施工，池體防滲漏抗裂技術(shù)取得了一定成果?，F(xiàn)結(jié)合實際工程對污水處理廠大面積薄壁混凝土產(chǎn)生裂縫的原因及應對措施開展多方面的研究。

1 裂縫產(chǎn)生原因

導致污水處理廠大面積薄壁池體混凝土開裂的原因是多方面、多因素的，綜合起來大致有碳化收縮、塑性收縮、溫度收縮、干燥收縮和自收縮等。各種收縮變形疊加。當混凝土的限制收縮值超過極限拉伸率則會導致裂縫的產(chǎn)生。初期開裂主要原因多為溫度變形和自收縮引起，后期開裂則大多是由于干燥收縮所致。

2 防止大面積薄壁混凝土開裂的方法及應用實例

2.1 優(yōu)化鋼筋混凝土配筋率

混凝土的結(jié)構(gòu)裂縫是由于內(nèi)部拉應力引起的，普通素混凝土抵抗收縮變形的能力很差，超過極限拉伸，混凝土就會開裂，這就需要增加鋼筋，鋼筋將會約束混凝土的塑性變形，分擔混凝土的拉應力，提高混凝土的極限拉伸，減少裂縫。鋼筋混凝土的極限拉伸值比普通素混凝土要高出30%以上。配筋率越高，鋼筋直徑越小，極限拉伸越大，因此，設計方需要對薄壁混凝土結(jié)構(gòu)進行合理配筋；施工方也應根據(jù)實際情況與設計方結(jié)合對池壁、廊道大面積薄壁部位的不盡合理配筋進行配筋優(yōu)化。

薄壁混凝土的配筋應盡可能采取小直徑，小間距，配筋率不能過低，也不宜過高，當超過1%時，既浪費鋼筋又會由于混凝土收縮的鋼筋約束力過大而產(chǎn)生裂縫。以咸陽路污水處理廠工程為例，優(yōu)化后采用了6 mm～14 mm的鋼筋和100 mm～200 mm的間距，全截面配筋率宜在0.25%～0.6%之間，重點部位的優(yōu)化后鋼筋混凝土配筋率及混凝土極限拉伸值對比見表1所列。表1中的數(shù)據(jù)顯示該工程的鋼筋混凝土比素混凝土的極限拉伸高出30%～80%，大大提高了其抗裂作用。

表1 重點部位鋼筋混凝土的配筋率及極限拉伸值優(yōu)化對比表

2.2 合理設置變形縫

混凝土構(gòu)筑物在溫度變化過程中會產(chǎn)生形變，構(gòu)筑物越長，形變越大。當形變受到約束時，便會使混凝土構(gòu)筑物開裂。需要對大面積矩形池體設置伸縮縫,以釋放由于溫度變化而產(chǎn)生的溫度應力，從理論上來說，伸縮縫的間距應當盡量小，但是由于伸縮縫處是防水處理的薄弱環(huán)節(jié)，處理不當容易漏水，所以應以約束力不致使混凝土產(chǎn)生不利影響為前提來設置。經(jīng)綜合考慮，咸陽路污水處理廠曝氣池的伸縮縫的設置間距定為26 m。當建筑物地基土有顯著變化或承受荷載差別較大時，可設置沉降縫以減輕不均勻沉降導致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的有害變形和裂縫。

2.3 抗裂材料及配合比的選擇

2.3.1 摻入粉煤灰抗裂

在混凝土中摻入優(yōu)質(zhì)粉煤灰，可減少用水量或增加坍落度，減少坍落度損失。用粉煤灰取代等質(zhì)量的水泥，粉煤灰的體積要比水泥增大約30%左右。大量的漿體填充了集料間的孔隙，包裹并潤滑了集料顆粒，從而使新拌混凝土具有更好的粘聚性和可塑性。粉煤灰取代水泥后，可降低混凝土的水化熱溫升，按質(zhì)量計以粉煤灰取代30%的水泥時，可使因水化熱導致的絕熱溫升降低15%左右。粉煤灰的活性效應和微集料效應，可以減少水泥漿體中氫氧化鈣結(jié)晶的形成，增強混凝土的結(jié)構(gòu)密度，以及水泥漿體、粉煤灰、集料之間的界面粘結(jié)強度。

2.3.2 摻入礦粉抗裂

摻入礦粉可大幅度改善膠凝材料顆粒的填充性，提高水泥石的致密度，改善水泥石中膠凝物質(zhì)的組成，減少或消除石灰?；钚缘V物摻合料中的活性二氧化硅可以和石灰及高堿度的水化硅酸鈣產(chǎn)生二次反應，生成強度更高、穩(wěn)定性更優(yōu)的低堿度水化硅酸鈣。水化硅酸鈣膠凝物質(zhì)的質(zhì)量得到提高，組成得到優(yōu)化，膠凝物質(zhì)的數(shù)量大幅度增加，特別是水泥石與骨料的界面結(jié)構(gòu)得到改善，能大幅提高混凝土的抗裂性。

2.3.3 摻入膨脹劑抗裂

膨脹劑的摻入可改善混凝土的應力狀態(tài)，提高它的抗裂性能，膨脹劑膨脹后可起到補償收縮的作用，減少混凝土的收縮裂縫；可起到填充、堵塞毛細孔縫的作用，改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)，降低總孔隙率，從而提高混凝土的抗?jié)B性能。

2.3.4 優(yōu)選配合比

在污水處理廠的設計、施工過程中，混凝土配合比設計至關(guān)重要。通常在設計文件中，對混凝土的性能都會做出相應要求，以赤壁污水處理廠涉及到的薄壁大體積底板部位混凝土為例，設計要求見表2所列。

表2 設計圖對薄壁大體積混凝土性能的基本要求一覽表

通過試驗，在配合比設計中，選取復合礦粉摻入的方法，分別設計兩個不同摻量的C25配合比，將不摻礦物摻合料基準配合比與摻10%礦物摻合料、摻20%礦物摻合料的配比對比，見表3所列。

通過試配，得到各個配比的3 d、7 d、28 d抗壓強度，見表4所列。

C25混凝土三個配比的裂縫觀測試驗結(jié)果見表5所列，其總裂開面積和單根裂縫的平均開裂面積的計算結(jié)果見圖1所示。

由圖1可以看出抗裂對比配比2的早期抗裂性能優(yōu)于抗裂對比配比1和基準配比。通過試驗確定混凝土配合比的各項性能均能滿足現(xiàn)場需求，因此最終選定抗裂對比配比2作為赤壁污水處理廠工程的C25底板混凝土的最終配合比。

2.4 施工控制措施

（1）采取苫蓋、棚罩等措施來保持砂、石集料含水量的穩(wěn)定。在摻入外摻劑和摻合料的情況下適當延長拌和時間。

（2）混凝土澆筑時采用分層間歇澆筑的方式?；炷翝仓穸雀鶕?jù)現(xiàn)場的振搗棒作用深度和混凝土的和易性來確定，分層間隔的時間可以盡可能延長，這樣可以利用混凝土層面散熱來降低混凝土的水化熱，但其間隔時間必須短于前一層混凝土初凝之前，防止出現(xiàn)施工縫而對池體防滲漏的要求產(chǎn)生不利因素。

（3）設置后澆帶或膨脹加強帶，使混凝土在硬化過程中產(chǎn)生的收縮拉應力盡可能釋放，以減少裂縫的產(chǎn)生。

表3 配合比設計對比一覽表

表4 混凝土試配強度一覽表

表5 C25混凝土三個配比的裂縫觀測試驗結(jié)果一覽表

圖1 C25混凝土三個配比的裂縫寬度和數(shù)目統(tǒng)計分布圖

（4）底板大體積混凝土澆筑施工可設置加強帶。以咸陽路污水處理廠為例，加強帶即在底板內(nèi)環(huán)向及射線方向設置帶狀的外摻劑摻量為水泥用量8%的抵抗收縮帶，其余外摻劑摻量為水泥用量的6%。澆筑混凝土時，加強帶與底板其余部分共同澆筑，避免了設置后澆縫帶來質(zhì)量隱患的弊端。

（5）震搗密實，及時排除混凝土泌水。

（6）控制混凝土入模溫度，一般在20℃左右為宜。

（7）盡量避免冬季施工，以免防凍劑中的氯化鈣成分促使混凝土速凝從而增加收縮，導致開裂。

2.5 養(yǎng)護措施

混凝土的養(yǎng)護主要是應當采取分階段養(yǎng)護的方式，混凝土澆筑終凝后，早期內(nèi)部處于升溫階段時，要適時進行濕養(yǎng)護（終凝后3～4 d）。同時，該階段應該適當散熱，以防初期快速水化出現(xiàn)均勻水化產(chǎn)物，形成多孔結(jié)構(gòu)。早期適當散熱，可以降低混凝土溫升峰值，又可以防止影響后期強度。在終凝后4 d左右，混凝土開始處于降溫階段，混凝土逐漸處于收縮狀態(tài)，拉應力可能出現(xiàn)，除保濕養(yǎng)護外，還要注意適時保溫，以減少混凝土內(nèi)外溫差（不得超過25℃）。

混凝土澆筑完成終凝以后，可采取苫蓋保溫并及時灑水養(yǎng)護的方式，以保持適宜的溫度和濕度條件。池壁混凝土應帶模養(yǎng)護3 d以上，拆模時，混凝土表面溫度不低于15℃為宜。

3 體會與建議

隨著國家《水污染防治行動計劃》的逐步實施，污水處理廠的建設要求及標準將逐步提高，涉及到的大面積薄壁混凝土也會越來越多，人們還需要在新型混凝土材料、新型外加劑材料、施工新技術(shù)等多方面進行深入探索，使污水處理廠工程質(zhì)量進一步提高。

TU528.01

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1009-7716（2016）05-0184-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.05.053

2016-03-04

劉巖（1979-），女，河北唐山人，高級工程師，從事市政工程施工技術(shù)和科研管理工作。