污水處理廠大面積薄壁混凝土抗裂技術研究

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研究

劉巖

（天津城建集團有限公司，天津市 300073）

現結合污水處理廠實際工程，對污水處理廠構筑物建設過程中涉及到的大面積薄壁混凝土抗裂技術開展多方面的研究，總結出一系列應對措施。

污水處理廠；大面積；抗裂

0 引言

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

1 裂縫產生原因

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 優化鋼筋混凝土配筋率

混凝土的結構裂縫是由于內部拉應力引起的，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構進行合理配筋；施工方也應根據實際情況與設計方結合對池壁、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生裂縫。以咸陽路污水處理廠工程為例，優化后采用了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中的數據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化對比表

2.2 合理設置變形縫

混凝土構筑物在溫度變化過程中會產生形變，構筑物越長，形變越大。當形變受到約束時，便會使混凝土構筑物開裂。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節，處理不當容易漏水，所以應以約束力不致使混凝土產生不利影響為前提來設置。經綜合考慮，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構產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

在混凝土中摻入優質粉煤灰，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晶的形成，增強混凝土的結構密度，以及水泥漿體、粉煤灰、集料之間的界面粘結強度。

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的組成，減少或消除石灰。活性礦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生二次反應，生成強度更高、穩定性更優的低堿度水化硅酸鈣。水化硅酸鈣膠凝物質的質量得到提高，組成得到優化，膠凝物質的數量大幅度增加，特別是水泥石與骨料的界面結構得到改善，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，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，改善混凝土的孔結構，降低總孔隙率，從而提高混凝土的抗滲性能。

2.3.4 優選配合比

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F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，防止出現施工縫而對池體防滲漏的要求產生不利因素。

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

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果一覽表

圖1 C25混凝土三個配比的裂縫寬度和數目統計分布圖

（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，加強帶即在底板內環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 養護措施

混凝土的養護主要是應當采取分階段養護的方式，混凝土澆筑終凝后，早期內部處于升溫階段時，要適時進行濕養護（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均勻水化產物，形成多孔結構。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，拉應力可能出現，除保濕養護外，還要注意適時保溫，以減少混凝土內外溫差（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、施工新技術等多方面進行深入探索，使污水處理廠工程質量進一步提高。

TU528.01

B

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和科研管理工作。