污水处理厂大面积薄壁混凝土抗裂技术研究

刘岩

（天津城建集团有限公司，天津市 300073）

污水处理厂大面积薄壁混凝土抗裂技术研究

刘岩

（天津城建集团有限公司，天津市 300073）

现结合污水处理厂实际工程，对污水处理厂构筑物建设过程中涉及到的大面积薄壁混凝土抗裂技术开展多方面的研究，总结出一系列应对措施。

污水处理厂；大面积；抗裂

0 引言

随着污水处理技术水平的不断提升，我国污水处理厂构筑物施工技术得到了迅速发展，大面积、大体积混凝土施工，池体防渗漏抗裂技术取得了一定成果。现结合实际工程对污水处理厂大面积薄壁混凝土产生裂缝的原因及应对措施开展多方面的研究。

1 裂缝产生原因

导致污水处理厂大面积薄壁池体混凝土开裂的原因是多方面、多因素的，综合起来大致有碳化收缩、塑性收缩、温度收缩、干燥收缩和自收缩等。各种收缩变形叠加。当混凝土的限制收缩值超过极限拉伸率则会导致裂缝的产生。初期开裂主要原因多为温度变形和自收缩引起，后期开裂则大多是由于干燥收缩所致。

2 防止大面积薄壁混凝土开裂的方法及应用实例

2.1 优化钢筋混凝土配筋率

混凝土的结构裂缝是由于内部拉应力引起的，普通素混凝土抵抗收缩变形的能力很差，超过极限拉伸，混凝土就会开裂，这就需要增加钢筋，钢筋将会约束混凝土的塑性变形，分担混凝土的拉应力，提高混凝土的极限拉伸，减少裂缝。钢筋混凝土的极限拉伸值比普通素混凝土要高出30%以上。配筋率越高，钢筋直径越小，极限拉伸越大，因此，设计方需要对薄壁混凝土结构进行合理配筋；施工方也应根据实际情况与设计方结合对池壁、廊道大面积薄壁部位的不尽合理配筋进行配筋优化。

薄壁混凝土的配筋应尽可能采取小直径，小间距，配筋率不能过低，也不宜过高，当超过1%时，既浪费钢筋又会由于混凝土收缩的钢筋约束力过大而产生裂缝。以咸阳路污水处理厂工程为例，优化后采用了6 mm～14 mm的钢筋和100 mm～200 mm的间距，全截面配筋率宜在0.25%～0.6%之间，重点部位的优化后钢筋混凝土配筋率及混凝土极限拉伸值对比见表1所列。表1中的数据显示该工程的钢筋混凝土比素混凝土的极限拉伸高出30%～80%，大大提高了其抗裂作用。

表1 重点部位钢筋混凝土的配筋率及极限拉伸值优化对比表

2.2 合理设置变形缝

混凝土构筑物在温度变化过程中会产生形变，构筑物越长，形变越大。当形变受到约束时，便会使混凝土构筑物开裂。需要对大面积矩形池体设置伸缩缝,以释放由于温度变化而产生的温度应力，从理论上来说，伸缩缝的间距应当尽量小，但是由于伸缩缝处是防水处理的薄弱环节，处理不当容易漏水，所以应以约束力不致使混凝土产生不利影响为前提来设置。经综合考虑，咸阳路污水处理厂曝气池的伸缩缝的设置间距定为26 m。当建筑物地基土有显著变化或承受荷载差别较大时，可设置沉降缝以减轻不均匀沉降导致结构产生的有害变形和裂缝。

2.3 抗裂材料及配合比的选择

2.3.1 掺入粉煤灰抗裂

在混凝土中掺入优质粉煤灰，可减少用水量或增加坍落度，减少坍落度损失。用粉煤灰取代等质量的水泥，粉煤灰的体积要比水泥增大约30%左右。大量的浆体填充了集料间的孔隙，包裹并润滑了集料颗粒，从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热温升，按质量计以粉煤灰取代30%的水泥时，可使因水化热导致的绝热温升降低15%左右。粉煤灰的活性效应和微集料效应，可以减少水泥浆体中氢氧化钙结晶的形成，增强混凝土的结构密度，以及水泥浆体、粉煤灰、集料之间的界面粘结强度。

2.3.2 掺入矿粉抗裂

掺入矿粉可大幅度改善胶凝材料颗粒的填充性，提高水泥石的致密度，改善水泥石中胶凝物质的组成，减少或消除石灰。活性矿物掺合料中的活性二氧化硅可以和石灰及高碱度的水化硅酸钙产生二次反应，生成强度更高、稳定性更优的低碱度水化硅酸钙。水化硅酸钙胶凝物质的质量得到提高，组成得到优化，胶凝物质的数量大幅度增加，特别是水泥石与骨料的界面结构得到改善，能大幅提高混凝土的抗裂性。

2.3.3 掺入膨胀剂抗裂

膨胀剂的掺入可改善混凝土的应力状态，提高它的抗裂性能，膨胀剂膨胀后可起到补偿收缩的作用，减少混凝土的收缩裂缝；可起到填充、堵塞毛细孔缝的作用，改善混凝土的孔结构，降低总孔隙率，从而提高混凝土的抗渗性能。

2.3.4 优选配合比

在污水处理厂的设计、施工过程中，混凝土配合比设计至关重要。通常在设计文件中，对混凝土的性能都会做出相应要求，以赤壁污水处理厂涉及到的薄壁大体积底板部位混凝土为例，设计要求见表2所列。

表2 设计图对薄壁大体积混凝土性能的基本要求一览表

通过试验，在配合比设计中，选取复合矿粉掺入的方法，分别设计两个不同掺量的C25配合比，将不掺矿物掺合料基准配合比与掺10%矿物掺合料、掺20%矿物掺合料的配比对比，见表3所列。

通过试配，得到各个配比的3 d、7 d、28 d抗压强度，见表4所列。

C25混凝土三个配比的裂缝观测试验结果见表5所列，其总裂开面积和单根裂缝的平均开裂面积的计算结果见图1所示。

由图1可以看出抗裂对比配比2的早期抗裂性能优于抗裂对比配比1和基准配比。通过试验确定混凝土配合比的各项性能均能满足现场需求，因此最终选定抗裂对比配比2作为赤壁污水处理厂工程的C25底板混凝土的最终配合比。

2.4 施工控制措施

（1）采取苫盖、棚罩等措施来保持砂、石集料含水量的稳定。在掺入外掺剂和掺合料的情况下适当延长拌和时间。

（2）混凝土浇筑时采用分层间歇浇筑的方式。混凝土浇筑厚度根据现场的振捣棒作用深度和混凝土的和易性来确定，分层间隔的时间可以尽可能延长，这样可以利用混凝土层面散热来降低混凝土的水化热，但其间隔时间必须短于前一层混凝土初凝之前，防止出现施工缝而对池体防渗漏的要求产生不利因素。

（3）设置后浇带或膨胀加强带，使混凝土在硬化过程中产生的收缩拉应力尽可能释放，以减少裂缝的产生。

表3 配合比设计对比一览表

表4 混凝土试配强度一览表

表5 C25混凝土三个配比的裂缝观测试验结果一览表

图1 C25混凝土三个配比的裂缝宽度和数目统计分布图

（4）底板大体积混凝土浇筑施工可设置加强带。以咸阳路污水处理厂为例，加强带即在底板内环向及射线方向设置带状的外掺剂掺量为水泥用量8%的抵抗收缩带，其余外掺剂掺量为水泥用量的6%。浇筑混凝土时，加强带与底板其余部分共同浇筑，避免了设置后浇缝带来质量隐患的弊端。

（5）震捣密实，及时排除混凝土泌水。

（6）控制混凝土入模温度，一般在20℃左右为宜。

（7）尽量避免冬季施工，以免防冻剂中的氯化钙成分促使混凝土速凝从而增加收缩，导致开裂。

2.5 养护措施

混凝土的养护主要是应当采取分阶段养护的方式，混凝土浇筑终凝后，早期内部处于升温阶段时，要适时进行湿养护（终凝后3～4 d）。同时，该阶段应该适当散热，以防初期快速水化出现均匀水化产物，形成多孔结构。早期适当散热，可以降低混凝土温升峰值，又可以防止影响后期强度。在终凝后4 d左右，混凝土开始处于降温阶段，混凝土逐渐处于收缩状态，拉应力可能出现，除保湿养护外，还要注意适时保温，以减少混凝土内外温差（不得超过25℃）。

混凝土浇筑完成终凝以后，可采取苫盖保温并及时洒水养护的方式，以保持适宜的温度和湿度条件。池壁混凝土应带模养护3 d以上，拆模时，混凝土表面温度不低于15℃为宜。

3 体会与建议

随着国家《水污染防治行动计划》的逐步实施，污水处理厂的建设要求及标准将逐步提高，涉及到的大面积薄壁混凝土也会越来越多，人们还需要在新型混凝土材料、新型外加剂材料、施工新技术等多方面进行深入探索，使污水处理厂工程质量进一步提高。

TU528.01

B

1009-7716（2016）05-0184-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.05.053

2016-03-04

刘岩（1979-），女，河北唐山人，高级工程师，从事市政工程施工技术和科研管理工作。