混凝土抗裂技術(shù)在某水廠蓄水池施工中的應用

  【摘 要】本文介紹了混凝土抗裂技術(shù)在某水廠的蓄水池施工中的應用情況，在膨脹劑補償收縮能力有限、混凝土的限制膨脹率不高的情況下，通過調(diào)整混凝土的配合比來達到減少混凝土開裂的目的，并且取得了良好的效果。

  【關(guān)鍵詞】膨脹劑；補償收縮混凝土；限制膨脹率；裂縫

  1 工程概況

  某水廠設(shè)計日供水能力達45萬立方米，工程共有構(gòu)建筑物10座，其中蓄水池占地200m×50m，由兩個對稱的1#池和2#池組成，間隔3m，池頂高出設(shè)計地面約1.2m，為全地下式鋼筋混凝土水池。由于蓄水池屬于超長混凝土結(jié)構(gòu)，并且用于蓄水使用，對混凝土的抗裂防滲性能提出很高的技術(shù)要求。

  蓄水池的結(jié)構(gòu)型式為超長墻體結(jié)構(gòu)，對抗裂防滲要求很高，故采用補償收縮混凝土進行施工。補償收縮混凝土具有補償混凝土干縮和密實混凝土、提高混凝土抗?jié)B性的作用，在土木工程中主要用于防水和抗裂兩個方面。與普通混凝土相比，補償收縮混凝土更需要充分的水養(yǎng)護，因為水分是其產(chǎn)生膨脹的必要因素，長期在水中養(yǎng)護的混凝土能夠獲得最大的膨脹。膨脹混凝土轉(zhuǎn)入干空（RH=60%±5%）中養(yǎng)護時，也發(fā)生收縮，但是再回水養(yǎng)護，又能大致恢復以前的膨脹。養(yǎng)護溫度高時，膨脹快，但總膨脹量會降低。補償收縮混凝土在空氣中同樣會發(fā)生干燥收縮，影響其干燥收縮的因素也與普通混凝土大致相同，除了相對濕度這個外部因素，水膠比是比較重要的內(nèi)在因素。相同條件下，補償收縮混凝土與普通混凝土的干燥收縮落差大致相同^[1~4]。

  在蓄水池正式澆筑之前，施工單位按照攪拌站提供的配合比進行了臨時構(gòu)筑物的澆筑，該臨時構(gòu)筑物為長30m，寬8m，墻厚0.6m的矩形，配比見表1。澆筑后12h拆模，并且在墻體上布置花管進行明水噴淋養(yǎng)護，拆模后第3天，墻體出現(xiàn)大量貫通裂縫，間距約0.7m。圖1為墻體中出現(xiàn)的裂縫。

  使用上述配合比澆筑超長墻體結(jié)構(gòu)的蓄水池開裂風險很大，如何減免蓄水池的開裂是本工程的難點。在綜合考慮氣候、水化熱、施工、養(yǎng)護等因素的基礎(chǔ)上，如何優(yōu)化配合比設(shè)計，從而有效的控制裂縫的出現(xiàn)就成為需要解決的問題。

  2 技術(shù)方案

  (1) 由于臨時構(gòu)筑物所用混凝土的補償收縮能力有限，依據(jù)JGJ/T 178-2009《補償收縮混凝土應用技術(shù)規(guī)程》，不同部位的補償收縮混凝土應選擇不同的限制膨脹率^[5]，結(jié)合本工程實際情況，提出蓄水池用混凝土中底板的水中14d限制膨脹率大于0.020%，外墻和頂板的水中14d限制膨脹率大于0.025%，后澆帶和膨脹加強帶的水中14d限制膨脹率大于0.040%，以此目標對表1所示配合比進行優(yōu)化，形成抗裂施工混凝土配合比。

  (2) 蓄水池墻體沿周長方向分三次澆筑，預留三個后澆帶，其限制膨脹率大于0.040%，并且其強度提高一個等級。

  (3) 控制底板、外墻的混凝土入模坍落度。為保證混凝土的抗裂性及抗?jié)B性，在滿足混凝土正常澆筑的情況下，混凝土坍落度盡可能要小。

  (4) 嚴格控制混凝土攪拌時間，確保混凝土拌合物攪拌均勻。

  (5) 控制混凝土初凝時間。

  (6) 制定嚴格的養(yǎng)護制度，并安排專人負責，確定養(yǎng)護到位。

  3 混凝土配合比

  3.1原材料

  水泥采用北京金隅生產(chǎn)的42.5普通硅酸鹽水泥，比表面積為440m2/kg；砂為中砂，含泥量為2.7%，細度模數(shù)為2.7；石子為連續(xù)級配碎卵石，含泥量應0.4%，最大粒徑25mm；混凝土膨脹劑，水中7d限制膨脹率為0.026%，水中7d，空氣中21d限制膨脹率為-0.015%，膨脹能力偏低；粉煤灰為Ⅱ級灰，需水量比為92%；減水劑的性能符合國家及行業(yè)標準。

  3.2混凝土配合比優(yōu)化

  在臨時構(gòu)筑物所用的混凝土配合比中，膨脹劑摻量為7%，經(jīng)試驗室驗證，水中14d限制膨脹率為0.013%，達不到JGJ/T 178-2009《補償收縮混凝土應用技術(shù)規(guī)程》及2.1的技術(shù)要求。由于膨脹劑的膨脹能力有限，配制的補償收縮混凝土的膨脹量偏低，所以在原有配合比的基礎(chǔ)上，將膨脹劑的摻量由原來的內(nèi)摻7%，提高到底板內(nèi)摻10%，頂板、外墻內(nèi)摻12%，后澆帶、膨脹加強帶內(nèi)摻14%；總膠材大致不變，膨脹劑摻量增大勢必會降低混凝土的強度，所以需要降低水膠比，由原來的水膠比0.42降低到底板、頂板、外墻的水膠比0.39，后澆帶、膨脹加強帶的水膠比0.38；礦粉在超過一定細度和一定摻量后對混凝土的收縮有不利的影響^[5~6]，所以在優(yōu)化配合比設(shè)計時取消礦粉，從而最大限度的減少不利因素；考慮到水泥水化產(chǎn)生大量的熱容易造成溫度裂縫，并且施工中用到的粉煤灰質(zhì)量比較好，需水量比較低，所以適當?shù)奶岣叻勖夯业谋壤?，降低水泥的比例?

  綜合上述考慮，根據(jù)施工部位的不同，對混凝土配合比進行了優(yōu)化，優(yōu)化后的配合比及限制膨脹率的試驗室測試結(jié)果見表2。

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  4 工程質(zhì)量跟蹤及評定

  嚴格按照JGJ/T 178-2009《補償收縮混凝土應用技術(shù)規(guī)程》和國家相關(guān)的施工標準組織施工。在澆筑混凝土前，清理模板及鋼筋間的所有雜物。采取分塊一次性整體澆筑的施工方式，根據(jù)后澆帶、施工縫分為數(shù)個施工段，施工段澆筑方向采取“一個坡度，循序推進，一次到位”的澆筑方法，使混凝土暴露面最小，澆筑強度最大，澆筑時間最短?；炷烈来握駬v密實，振搗時，快插慢撥，振點布置均勻，振搗時間以混凝土不泛漿，不出氣泡為止。在施工縫、預埋件及穿墻管道處加強振搗。振搗時盡量不觸及模板和鋼筋，以防止其移位、變形。

  嚴格控制混凝土接茬時間不超過混凝土的初凝時間，避免出現(xiàn)施工冷縫，造成滲水隱患，并且混凝土接茬時間不超過3小時。底板、外墻的混凝土入模坍落度控制在(160±20)mm。頂板混凝土的入模坍落度控制在(180±20)mm。為保證混凝土的抗裂性及抗?jié)B性，在滿足混凝土正常澆筑的情況下，混凝土入模坍落度應控制在低限。嚴格控制混凝土攪拌時間，確保混凝土拌合物攪拌均勻。標準狀態(tài)下，混凝土初凝時間控制在12h~15h。

  為防止溫度應力和失水干縮引起混凝土開裂，底板混凝土覆蓋塑料薄膜和灑水進行保溫保濕養(yǎng)護。墻體的混凝土終凝后松動固定模板的螺栓，在模板頂部澆水對墻體混凝土進行養(yǎng)護，帶模養(yǎng)護3d~5d，模板拆除后，確保墻體不直接暴露在陽光下，并在墻體頂部布花管噴淋養(yǎng)護。上述養(yǎng)護制度由專人負責，并保證混凝土的養(yǎng)護期不小于14天。

  表3~表6為各部位各次澆筑時現(xiàn)場留置的混凝土試件的檢測結(jié)果，試驗方法參考相關(guān)標準^[7~10]，通過表中數(shù)據(jù)可以看出：28d抗壓強度大部分在40MPa左右，60d抗壓強度基本在50MPa左右，而水中14d限制膨脹率的測試結(jié)果大部分都不能滿足技術(shù)方案中2.1條的技術(shù)要求，只有外墻中的兩個批次和后澆帶的測試結(jié)果滿足要求。圖2、圖3為現(xiàn)場施工情況。

  蓄水池采用補償收縮混凝土整體補償?shù)募夹g(shù)方案，主體澆筑養(yǎng)護完成后，裂縫間距由原來的約0.7m一條降低為約10m一條，整個蓄水池墻體共出現(xiàn)5條裂縫，防治裂縫出現(xiàn)的效果明顯。

  5 總結(jié)

  由于膨脹劑的膨脹能力有限，配制的混凝土補償收縮能力偏低，所以在原有配合比的基礎(chǔ)上，將膨脹劑的摻量根據(jù)不同的部位分別提高，底板提高到內(nèi)摻10%，頂板、外墻提高到內(nèi)摻12%，后澆帶、膨脹加強帶提高到內(nèi)摻14%，提高摻量后混凝土的限制膨脹能力仍然偏低，這就需要通過優(yōu)化混凝土的配合比來減少裂縫出現(xiàn)的幾率。由于膨脹劑的提高，在總膠材大致不變的情況下，混凝土的強度會有所下降，所以需要降低水膠比來提高強度，根據(jù)施工部位的不同將原來的水膠比0.42降低到底板、頂板、外墻的水膠比0.39，后澆帶、膨脹加強帶的水膠比0.38。礦粉在有些情況下會對混凝土的收縮產(chǎn)生不利的影響，使混凝土易于出現(xiàn)收縮裂縫，所以在優(yōu)化配合比設(shè)計時取消礦粉，從而最大限度的減少不利因素。在混凝土硬化的過程中，水泥水化會產(chǎn)生大量的熱，從而容易使混凝土出現(xiàn)溫度裂縫，并且該工程中用到的粉煤灰質(zhì)量比較好，需水量比較低，所以適當?shù)奶岣叻勖夯业谋壤?，降低水泥的比例，降低溫度裂縫出現(xiàn)的幾率。綜合膨脹劑摻量、配合比優(yōu)化、施工質(zhì)量控制、養(yǎng)護等各方面因素，蓄水池的施工取得了良好的效果。

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