水廠構筑物抗滲混凝土的施工分析

賁 貝

中鐵上海工程局集團南京水務環保發展有限公司 江蘇 南京 210036

1 項目概況

蕪湖市灣沚區自來水廠取水口遷移工程取水及廠區項目，工程規劃總規模為20萬m3/d，其中近期建設規模10萬m3/d。項目位于安徽省蕪湖市灣沚區紅楊鎮萬村，總用地面積約9.7868hm2。廠區項目中有以下水池構筑物：機械混合、折板絮凝、平流沉淀、氣浮池，V型砂濾池，清水池，送水泵房與吸水井，反沖洗泵房與吸水井，排水池，排泥池，污泥濃縮池，儲泥池。項目中要求C30、C35混凝土的抗滲等級為P6，其他帶有腐蝕性的構筑物防滲等級提高為P8。因此，在施工過程中，如何解決水池構筑物混凝土的抗裂、減滲問題是最為關鍵的環節。

2 抗滲混凝土配合比的設計

2.1 水泥

在水泥的選擇方面，硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥和礦渣硅酸鹽水泥被認為是適合抗滲混凝土使用的理想選項，在本項目中所采用的水泥為42.5R轉窯普通硅酸鹽水泥，并且不使用氯鹽作為防凍。同時，粉煤灰也是抗滲混凝土中的重要組成部分之一。根據規定，粉煤灰的種類應滿足以下準則：I級粉煤灰的總灰量不得超過20%；Ⅱ級粉煤灰的總灰量不得超過15%，這是為了確保混凝土的性能和穩定性。另外，在選擇沙子和石子時，應優先選用優質天然砂，禁止使用人工制備的砂子，這是因為優質天然砂，具有較好的顆粒形狀和粒度分布，能夠提供更好的力學性能和抗滲性能。石子最大粒徑不得超過40mm，并且砂率應根據混凝土的強度等級來確定[1]。

2.2 骨料

表面較光滑的碎石不適用于抗滲混凝土，因為光滑的表面容易導致水化反應中產生較大的熱量，進而引起溫度裂縫的發生。為了改善混凝土的流動性和可泵性，可以使用卵石作為粗骨料。卵石具有圓潤的形狀和光滑的表面，使其能夠更好地填充混凝土的空隙，并提高混凝土的流動性。

2.3 摻合料

抗滲混凝土的摻合料除了水泥外，還包括水和外加劑。在水泥的摻合料中，粉煤灰和礦渣粉被廣泛使用。粉煤灰的添加量不得超過水泥重量的5%，可以選擇一級、二級或經過試驗符合要求的Ⅱ級粉煤灰。

混凝土的配制應采用二次投料、二次攪拌、二次覆蓋的方法，并且要嚴格控制水灰比。這種配制方法可以確保混凝土的均勻性和一致性，從而提高抗滲性能。在具體施工過程中，首先投入部分骨料和水泥進行初次攪拌，然后再加入剩余骨料、摻合料、水和外加劑進行第二次攪拌，以獲得更好的混合效果。在攪拌完成后，混凝土需要及時覆蓋保濕，以防止水分流失和早期干燥引起的開裂問題[2]。

2.4 混合材料

添加減水劑是一種常見的混凝土調節方法。減水劑能夠在混凝土中降低水分含量，從而減少水泥與水的反應數量，進而降低混凝土的水化熱。這不僅有助于防止混凝土在早期階段出現溫度應力問題，還能提高混凝土的強度和耐久性。

粉煤灰同樣也是一種常用的添加劑，可以替代部分水泥來制備混凝土。粉煤灰在混凝土中起到填充空隙的作用，從而改善混凝土的緊密性和穩定性。此外，由于粉煤灰是廢棄物的再利用，使用粉煤灰，還能減少對自然資源的開采和環境的影響。類似地，礦渣粉也是一種常見的混合材料，是從冶金工業中產生的副產品中提取出來的，具有良好的活性，能夠與水泥發生反應，形成堅固的膠凝體[3]。

總之，在選擇混合材料時，需要考慮不同的外加劑對混凝土性能的要求，并確保除了水泥以外的其他材料，與外加劑沒有發生反應，以避免降低其性能。項目部仔細研討通過各種方案比選，綜合考慮決定采用在混凝土中添加聚丙烯纖維、無機納米抗裂減滲劑來提高混凝土的抗裂和減滲性能。

2.5 配合比設計

抗滲混凝土的配合比需要根據不同工程和不同部位，以及所使用的材料等因素來確定。在制備抗滲混凝土時，需要考慮以下因素。第一，施工現場條件。施工現場的環境條件，會對抗滲混凝土的配合比產生影響。例如，高溫、低溫或潮濕的氣候條件可能要求采用不同的配合比，以確保混凝土的性能穩定；第二，施工進度。施工進度的緊迫程度也會影響抗滲混凝土的配合比，如果需要快速硬化的混凝土，需要選擇具有快速硬化特性的水泥或外加劑；第三，工程質量要求。不同工程對抗滲混凝土的質量要求可能不同。例如，一些關鍵結構需要更高的抗滲性能，因此需要調整配合比，以提供更高的密實度和抗滲性；第四，工程造價。抗滲混凝土的成本也是需要考慮的因素之一。通過合理調整配合比，可以在滿足抗滲性能要求的前提下，盡量降低材料使用量，從而降低整體工程造價[4]。

2.6 抗裂性能評估與優化

通過實驗室測試來評估混凝土的抗拉強度、抗裂性能和韌性等指標。這些實驗可以幫助了解混凝土在受力時的性能表現，并找到優化方法。第一，進行混凝土減滲性能的實驗室測試，測定其滲透系數和吸水性能等參數。第二，通過添加納米材料來改善混凝土的孔隙結構，減少孔隙之間的連接性，從而降低滲透性和吸水性。

3 混凝土攪拌

為了保證混凝土的質量和穩定性，在選擇原材料時必須嚴格遵循一些規范和要求。第一，根據工程實際情況和質量要求，應該選擇合適的水泥和粉煤灰等原材料。水泥是混凝土中最重要的成分之一，可以提供混凝土的強度和硬化特性。因此，在選擇水泥時，要確保其符合國家標準，并且具有合適的品種和牌號。而粉煤灰是一種常用的摻和料，可以改善混凝土的工作性能和耐久性。在選擇粉煤灰時，要考慮其細度、含量和活性，以及與水泥的配合比例。

第二，在混凝土攪拌過程中，必須按照規范要求進行操作，以確保混凝土的質量和性能。攪拌過程中，應根據混凝土的設計要求，控制水灰比、攪拌時間和攪拌速度等參數。同時，還需要注意攪拌設備的選擇和使用，以確保攪拌均勻、充分和穩定。第三，為了確保抗滲混凝土具有較高的抗滲性能，應盡量選用堿性激發劑。

4 混凝土澆筑與養護

4.1 混凝土的澆筑施工措施

在進行混凝土澆筑施工之前，需要進行混凝土強度檢驗以確保其質量合格。這是非常重要的，因為只有當混凝土的強度達到要求時，才能開始施工。第一，泌水是指混凝土表面因過度濕潤，而出現分離和流動的現象，這會對混凝土的質量產生不良影響。通過控制澆筑速度，可以保持適度的濕度，從而避免泌水現象的發生[5]。第二，需要確保振搗時間的合適性，以實現混凝土的密實效果。振搗是指用振動設備將混凝土振動，以使其排除空隙并變得更加緊實。正確的振搗時間，可以確保混凝土內部沒有氣泡和空隙，從而提高其密實度和強度。

4.2 混凝土的養護措施

在施工過程中，一旦澆筑完抗滲混凝土，就必須立即考慮覆蓋、保濕和保溫的養護措施。第一，覆蓋混凝土表面，可以防止外界因素對混凝土的侵害。覆蓋材料通常使用塑料薄膜，能有效隔離空氣和水分，保持混凝土表面的濕潤環境。第二，在澆筑完混凝土后，及時進行保濕，可以防止水分過早蒸發，保持混凝土內部的濕度和溫度穩定。特別是在干燥和炎熱的氣候條件下，保濕措施尤為重要。通過噴水或設置灑水系統，可以使混凝土表面持續濕潤，有效地降低水分流失速度。第三，當混凝土表面溫度低于5℃時，必須采取保溫措施來避免凍害風險。常用的方法包括使用保溫劑或覆蓋塑料薄膜等。這些措施可以有效提高混凝土內部的溫度，防止凍結引起的裂縫問題。第四，定期檢查和測試混凝土表面也是不可忽視的一項任務。通過觀察表面是否出現裂縫或變形，可以及時發現并解決潛在問題。而進行強度測試，也有助于確保混凝土達到設計要求的強度水平[6]。

5 混凝土溫度裂縫的控制

5.1 改善混凝土澆筑溫度

改善混凝土澆筑溫度的方法有多種。比如可以通過添加微膨脹劑或具有減水、增塑作用的外加劑，來有效降低混凝土收縮并減少溫度應力。這些添加劑能夠控制水泥漿體的黏性，使其更易于流動和均勻分布，在澆筑過程中減少內部摩擦和阻力。而為了減少用水量并提高混凝土的密實性，可以添加粉煤灰或其他摻合料。粉煤灰是一種常用的摻合料，其細小顆粒可以填充水泥顆粒之間的空隙，減少孔隙率并提高混凝土的致密度。

另外，在混凝土配制過程中，應適量添加高效減水劑。減水劑可以降低混凝土的黏性，改善流動性，并且能夠在不增加水泥用量的情況下，降低水灰比。通過控制水泥和水的比例，可以更好地控制混凝土的坍落度和流動性，從而減少溫度應力。最后，為了降低混凝土澆筑溫度，還可以盡量減少水泥的使用量。水泥是混凝土中產生熱反應的主要成分之一，過多的水泥用量，會導致混凝土發熱過多，溫度升高較快。因此，在混凝土配制過程中，應根據工程需要合理控制水泥用量，并盡量將水灰比控制在0.5以下，以減少混凝土的溫度升高。

5.2 減少約束

使用伸縮縫來分割結構，在某種程度上允許結構的自由變形。伸縮縫的設置，可以幫助減小溫度和收縮引起的應力集中，從而降低結構的損傷風險。根據結構的類型和特點，來合理設置伸縮縫的位置和尺寸，以確保結構的安全性和可靠性。此外，還有一些其他的結構性措施，可以用來預防或減少溫度和收縮應力對結構造成的影響。例如，在混凝土結構中添加膨脹劑，可以增加其抗溫度變形的能力；在鋼結構中采用彈性支座，可以吸收由于溫度變化和收縮引起的變形等等。這些措施旨在通過改善結構的整體性能和適應能力，提高結構的耐久性和穩定性。

5.3 控制原材料的溫度和濕度

選用低水化熱的水泥，也控制混凝土溫度的關鍵。水泥的水化過程會釋放熱量，高水化熱的水泥，會導致混凝土溫度升高。因此，在生產過程中，應盡量選擇低水化熱的水泥，以降低混凝土溫度的升高。在澆筑時，則需要根據混凝土的體積、形狀和環境條件等因素，合理安排澆筑的順序和層次。這樣可以避免混凝土部分過早干燥，或過早受到外界溫度的影響，從而保持混凝土的均勻溫度和濕度。

6 提高混凝土抗滲性的具體措施

6.1 做好施工準備工作

在進行混凝土施工時，為了提高其抗滲性，需要做好以下幾點準備工作：第一，檢驗混凝土拌合物的性能。除了原材料的檢驗，還需要對混凝土拌合物的性能進行檢驗，以確保混凝土的質量。第二，準備施工機具設備和模板。為了保證施工的順利進行，需要提前準備好必要的施工機具設備和模板。同時，還需根據實際情況選擇合適的模板，確保混凝土澆筑的形狀和尺寸準確。第三，對施工人員進行培訓。為了保證施工質量，需要對施工人員進行培訓，使其了解混凝土施工的要求和操作方法。

6.2 對混凝土進行振搗

混凝土振搗是一項關鍵措施，用來提高混凝土的抗滲性能。通過振搗器的振動作用，可以有效地提高混凝土的密實度和工作性能。在使用振搗器時，應確保按照正確的操作步驟進行，并合理控制振搗時間，以充分發揮振搗器的作用。根據經驗，振搗時間應控制在15到20秒之間，通常不應超過30秒。這樣的時間范圍可以確保混凝土得到充分的振動，使其變得更加均勻致密。控制振搗時間的合理性對于混凝土的物理性能和抗滲性能有著重要影響。

在進行振搗時，需要遵循"快插慢拔"的原則。具體來說，在剛開始振搗時，應采取較快的速度，將振搗器插入混凝土中，并以較慢的速度將其拔出。隨著振動的進行，當混凝土達到一定程度時，應改為快速拔出，并緩慢插入的方式進行振搗[7]。

6.3 施工質量控制

在抗裂減滲混凝土工程中，項目部將采取現場質量控制和監測工作來確保施工質量達到預期目標。這項工作將從施工階段開始，并持續到使用階段，包括監測、評估和必要時的調整。具體來說，為了確保混凝土的抗裂性能和減水透水性能達到標準要求，項目部將采取以下措施。第一，監測混凝土施工過程中的關鍵環節，如原材料配比、攪拌過程、坍落度和振搗密實等。通過嚴格的監測，及時發現并糾正施工中可能存在的問題，以確保混凝土的質量。第二，利用合適的儀器設備對混凝土進行抗裂性能檢測。例如，通過使用伸縮計、應變計等儀器，來監測混凝土的收縮、膨脹和應變情況，以評估混凝土的抗裂性能是否符合設計要求。第三，通過進行減水劑試驗和透水試驗，評估混凝土的減水效果和透水性能。根據監測結果，可以調整混凝土配比和施工工藝，以確保混凝土具有良好的減水透水性能。第四，在使用階段，項目部將定期對已施工完成的混凝土進行評估，并根據需要采取相應的調整措施。這樣可以及時解決可能出現的質量問題，并確保混凝土性能的穩定和持久。

7 結束語

在水廠構筑物抗滲混凝土的施工分析中，深入探討了關鍵要素和實施策略。發現通過合理設計配方、選擇優質材料和科學施工工藝，能夠確保混凝土的抗滲性能達到預期目標。而嚴格的質量控制和監測手段，則可以有效地提高施工質量與可靠性。未來，相關人員及企業應繼續關注新技術與創新材料，不斷提升抗滲混凝土施工水平，并加強與相關領域的合作與交流，共同推動水廠建設的可持續發展。