水厂混凝土结构裂缝控制措施分析

付刚

（贵州省建筑设计研究院　贵州　贵阳　550002）

水厂混凝土结构裂缝控制措施分析

付刚

（贵州省建筑设计研究院贵州贵阳550002）

主要研究水厂混凝土结构裂缝控制措施，对水厂混凝土结构的特点和主要裂缝形式进行了详细分析，并对主要裂缝的控制措施进行了研究，并从设计、施工和养护等混凝土工程的全过程进行裂缝控制，对今后水厂工程混凝土施工有着一定的参考价值。

水厂；混凝土；裂缝

结构裂缝是非常常见的一种质量问题，对结构的安全性有重要的影响，对水厂来说，结构裂缝会直接影响水厂的使用功能，造成水资源的严重浪费。污水处理厂、给水厂钢筋混凝土结构中出现的裂缝主要为“大体积混凝土变形裂缝”。对水厂来说，水池等结构的混凝土往往厚度很薄，水化热很小，但是往往收缩很大，而且水厂混凝土结构对抗冻性能、抗渗性能和清水外观的要求很高，特别是常年在水浸泡环境下，处在半掩埋、半暴露状态，环境气温变化以及收缩作用会使水池薄壁结构产生很强的裂缝倾向。

1　水厂混凝土结构主要裂缝形式

污水处理厂、给水厂经过一定时间运营之后会出现不同的裂缝特征，分析裂缝产生的原因，对制定控制措施有着一定的优势。

1.1塑性裂缝

塑形裂缝有塑形沉降裂缝和早期干缩裂缝两种形式，泵送混凝土施工的污水处理厂和给水厂的钢筋混凝土结构在底板、墙等表面系数很大的结构中容易出现这种裂缝。裂缝多是表面水平裂缝，中间很宽，为棱梭形状，这种裂缝通常都出现在底板结构上表面、池壁上表面和结构变截面等位置。

塑性沉降裂缝产生主要是因为在混凝土初凝之前，处于自由状态，即便经过振捣之后排除了大部分空隙，但是混凝土内部骨料仍会在自重作用下缓慢下沉，尤其是流动性过大/不足或者不均匀的情况下，凝结硬化之前没有沉实，混凝土沉陷受到钢筋阻碍、模板移动、基础沉陷影响之后，通常在混凝土浇筑1～3h就会出现，并且多出现在钢筋上表面。

早期干缩裂缝多在薄壁结构、大风天或者高温施工底板结构表面，这种裂缝往往在混凝土结构初凝之前就开始发生了，养护不及时，局部裂缝就会造成整个结构的贯穿。

1.2温度裂缝

温度裂缝多出现在大体积混凝土底板和长墙体结构施工中，有内部裂缝和表面裂缝两种，通常都在混凝土浇筑后3～5d出现，初期很细，随着时间推移而不断扩大，严重时可能会达到贯穿，严重时裂缝宽度甚至能够发展到1～3mm。

混凝土内部表面散热条件存在差异，可能会造成温度内高外低的内外温差，可能会产生表面裂缝。墙体平均温度高，温度梯度大，变形大，就有可能在结构表面产生贯穿性的裂缝。

混凝土内部温度受混凝土厚度、水泥品种、用量、保温条件等因素的影响。结构厚度越大，水泥用量越多，水泥水化热值越大，内部温度升高产生的温度应力峰值也越大，导致裂缝倾向随之增加。

水厂结构多为大体积混凝土结构，如底板基础和水池长墙，其根部和基础牢固连接，为超静定结构，其变形受到约束，温度应变受到阻碍，会产生较高的温度应力峰值，容易产生裂缝。温度应力与结构尺寸有关，尺寸越大的混凝土内外温差控制越困难，温度应力峰值越大。水泥水化过程中会产生很大水化热，造成混凝土结构整体温度上升，根据既往水厂施工建设经验，发现混凝土内部温度往往在浇筑之后的1～3d内出现，此时是养护和温度控制最关键的时机。

1.3收缩裂缝

对于水池结构和长墙结构等薄壁混凝土，收缩裂缝是比较容易出现，同时比较难控制的一种裂缝。收缩裂缝主要有干缩、自收缩两种形式，是贯通裂缝的主要成因。混凝土收缩通常都在浇筑后的90d以内，后期干缩可持续数年。如果混凝土抗拉性能不良，就有可能导致开裂。充分利用膨胀土的膨胀特性能够抵消一部分收缩，是一种比较优秀的控制措施。

2　水厂混凝土结构裂缝控制措施

2.1常见几种形式裂缝的控制

2.1.1塑形裂缝

（1）控制水灰比

严格控制施工混凝土的水灰比，要求单方用水量控制在170kg/m3以下，满足泵送和浇筑要求之后，尽量控制坍落度，控制其在160～180mm范围内比较合理。

（2）采用双掺法

在混凝土中添加有效的泵送剂和掺合料提高混凝土的和易性，控制沉陷，例如加入Ⅰ级粉煤灰。

（3）采用分层浇筑

采用分层浇筑的方式，严密控制布料速度，不能集中下料产生堆积，防止出现漏振。

（4）提高振捣质量

振捣是提高混凝土密实度的重要措施。施工过程中要注意变截面、预埋管件、止水带等位置的分层浇筑和振捣工作，振捣结束之后在终凝之前进行表面赶光压实。

2.1.2温度裂缝

（1）选用适用的原材料和配合比

水化热积聚和分布不均衡是产生较大温度应力，诱发裂缝的重要原因。所以控制水化热是减少温度裂缝的必要措施。可以选用低水化热矿渣水泥或者掺多混合材的普通硅酸盐水泥，同时还可以充分利用混凝土的后期强度，控制水泥用量。

（2）选用合适的掺合料

混凝土中掺入优质粉煤灰可以明显降低水化热，还能替代水泥的作用，掺加粉煤灰之后，活性水泥水化生成的氢氧化钙等产生了新的水化产物，提高了水泥的密实度，对混凝土后期强度有着明显的提高。

（3）使用外加剂

掺加具有缓凝、减水和引起作用的外加剂，能够明显改善混凝土拌合物的性能，提高流动性、粘聚性和保水性，充分利用其缓凝作用能够减缓水化反应，降低水化热温度峰值，延迟峰值出现时间。

（4）控制级配

粗骨料需要选择天然级配粗集料，提高混凝土的泵送性，控制用水量和水泥用量，细级配需要选用级配良好的中砂，降低水泥水化热和温升和收缩。

2.1.3收缩裂缝

（1）合理布置配筋

含钢率不变情况下为补偿混凝土裂缝，应该采用小直径、小间距的配筋方式。底板配筋通常都需要满足补偿收缩混凝土配筋率要求，对于大体积混凝土掺加膨胀剂之后则需要重点控制混凝土降温速度以及混凝土内外温度差。

（2）合理设计混凝土配合比方案

设计配合比需要进行常规设计和实验，同时增加混凝土限制膨胀率测试内容。

（3）控制膨胀剂质量

当前市场上的膨胀剂质量良莠不齐。市面上存在着一些不合格甚至是假冒伪劣产品，并且不同产品性能存在较大差别，对膨胀剂合理用量的确定造成了很大困难。所以在膨胀剂采购阶段需要认真甄别膨胀剂质量，把好原料关。除此之外，还应该从膨胀剂掺量和掺加方法方面着手进行控制。并不是掺加了膨胀剂的混凝土就是膨胀混凝土，膨胀剂掺量不足会导致混凝土膨胀率低，不满足要求，需要按照设计混凝土限制膨胀率大小来确定膨胀剂用量。

2.2设计施工阶段的裂缝控制

设计阶段：

（1）材料选用

钢筋混凝土水池需要确定合适的混凝土强度等级。提高混凝土强度等级会增加水泥用量或者提高水泥标号，混凝土收缩和水化热作用也更加显著，早期收缩裂缝的趋势增加。因此水厂混凝土结构应该尽量选择低热硅酸盐水泥或者矿渣硅酸盐水泥。

（2）设计构造措施

①减少边界约束

结构伸缩变形使用结构强度抵抗是不现实的，采用疏导的方式减少构筑物边界约束，释放结构应变，能够有效释放应力。

②设置后浇带

后浇带是一种有效的释放混凝土应力应变的方式，能够有效消除硬化、养护和施工期间的结构附加应力。

③使用外加剂

混凝土中掺加膨胀剂，通过混凝土膨胀量能够消除混凝土硬化和养护期间的收缩变形，提高使用期间温度变形适应能力，避免产生温度裂缝。

③提高结构整体抗裂性能

在很多变截面和结构形变位置，例如池壁和底板连接位置，应该设置加强腋角，提高转角位置刚度，分散池角应力，并且钢筋需要对称设置，沿着壁体左右分成两层。

（3）施工控制措施

①浇筑

施工之前就制定完整的混凝土浇筑方案，采用分层分段的浇筑方式，提高混凝土水化热散发速度，控制内外温差。不同块、段之间都采用一次混凝土连续浇筑，水平浇筑和分层浇筑均需要保证上下层混凝土在初凝之前有效结合，避免出现施工缝。

②控制混凝土入模温度

为了避免混凝土冷缩裂缝，应该尽量降低混凝土的入模温度，可以通过冷却骨料、降低水温等措施着手进行控制。

③混凝土振捣

保证混凝土振捣密实，避免出现漏振和过振，通常每点振捣时间在20～30s即可，混凝土表面无明显下沉，不再出现气泡表示振捣合格。

③混凝土养护

混凝土浇筑完毕之后12h内覆盖麻袋浇水养护，浇水时间至少14d，保持混凝土在湿润状态，夏季要防止暴晒，选择合适的拆模时间。

3　结束语

水厂混凝土面临着更加复杂的服役条件，对结构抗裂性能要求更高，在实际设计施工中需要通过合理布置结构、设置必要构造措施、合理设计配合比、精细化施工等措施，有效控制水化热，减少结构约束，才能够降低混凝土结构的裂缝倾向，控制裂缝，保障水厂使用功能的正常发挥。

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TU755.7

A

1673-0038（2015）02-0001-02

2014-12-19

付刚（1973-），男，汉族，湖南常德人，高级工程师，大学本科，主要从事工作方向为结构设计。