論某水廠水處理構(gòu)筑物混凝土結(jié)構(gòu)滲裂控制

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摘要:本文結(jié)合連云港市某水廠水處理構(gòu)筑物工程實(shí)例，介紹了在水廠建設(shè)過程中,控制混凝土裂縫所采取的技術(shù)預(yù)防措施和過程控制措施，淺述了混凝土布硬管噴淋降溫養(yǎng)護(hù)施工工藝,同時對拉螺栓、混凝土澆筑振搗、拆模時間、施工縫、混凝土保護(hù)層等易出現(xiàn)滲漏的環(huán)節(jié)制定了針對性措施,有效控制了混凝土裂紋。 

關(guān)鍵詞:連云港市;水廠;水處理構(gòu)筑物;混凝土結(jié)構(gòu)  連云港市某水廠是連云港市十一五發(fā)展規(guī)劃的明星工程,該工程的單位工程多為凈水處理構(gòu)筑物,結(jié)構(gòu)底板、池壁均設(shè)計為混凝土自防水。主體結(jié)構(gòu)混凝土等級為c30,抗?jié)B等級為p6,最大池壁厚度為750mm,混凝土一次澆筑最大高度為6.4m。為控制混凝土裂縫,在項目施工前,項目部會同各施工單位對其他水廠構(gòu)筑物進(jìn)行現(xiàn)狀調(diào)查,確定主控因素,制定針對性對策,并在施工過程中嚴(yán)格執(zhí)行。  1現(xiàn)狀調(diào)查  1.1水廠水池滲漏調(diào)查  在施工前,調(diào)查了連云港市自來水集團(tuán)有限公司其他已建自來水廠的水池,搜集曾經(jīng)出現(xiàn)的裂紋、滲漏資料,如表1所示。由表1可知,池壁裂紋、施工縫、對拉螺栓的質(zhì)量控制均會嚴(yán)重影響構(gòu)筑物的使用功能,為a類問題,需重點(diǎn)管理;混凝土漏振為b類問題,會產(chǎn)生較大影響,需進(jìn)行次重點(diǎn)管理;預(yù)留洞口處及結(jié)構(gòu)斷面變化處節(jié)點(diǎn)處理為c類問題,應(yīng)按照常規(guī)適當(dāng)加強(qiáng)管理。  表1滲漏部位  開裂、滲漏部位 類型 出現(xiàn)次數(shù) 所占比例/%  池壁中部 豎向裂紋 30 44.1  水平施工縫 水平縫滲漏 11 16.2  對拉螺栓 點(diǎn)滲漏 7 10.3  池壁漏振部位 片滲漏、點(diǎn)滲漏 12 17.6  預(yù)留洞口邊 豎向裂紋 4 5.9  結(jié)構(gòu)斷面變化處 豎向裂紋 4 5.9  1.2要因確定  通過分析,造成混凝土開裂、滲漏和影響混凝土外觀效果的主要因素如表2所示。  表2影響混凝土開裂滲漏的主要因素  序號 因素 影響后果  1 混凝土配合比 混凝土配合比是影響混凝土質(zhì)量的首要因素,直接影響混凝土的強(qiáng)度、和易性、耐久性能、溫度性能等  2 混凝土坍落度 坍落度偏大,一方面會造成和易性差,容易產(chǎn)生離析現(xiàn)象;另一方面會造成混凝土干燥后收縮量大而開裂  3  混凝土溫度控制 在養(yǎng)護(hù)期間絕對溫升值高容易導(dǎo)致在降溫后產(chǎn)生收縮裂紋;溫度變化梯度差大、內(nèi)外溫度差大時會因應(yīng)力變化大產(chǎn)生裂紋  4 混凝土澆筑質(zhì)量 澆筑順序不合理、分層控制不好會造成混凝土澆筑混亂、上下層混凝土接茬質(zhì)量差;振搗不到位會造成漏振,不僅影響結(jié)構(gòu)安全,還會導(dǎo)致滲漏  5 混凝土養(yǎng)護(hù) 養(yǎng)護(hù)不到位會使前期混凝土過早失水,造成收縮開裂  6 施工縫和對拉螺栓處理 施工縫和對拉螺栓節(jié)點(diǎn)處理不到位容易產(chǎn)生滲漏  7 模板安裝質(zhì)量 模板質(zhì)量差會造成混凝土表面粗糙,失水速度快,導(dǎo)致混凝土收縮開裂;模板加固不牢會造成混凝土澆筑時約束降低,產(chǎn)生變形,影響混凝土密實(shí)度,易造成開裂、滲漏,并影響混凝土外觀  8 拆模時間 拆模過早容易造成對拉螺栓松動而滲水;拆模過晚則會使混凝土表面補(bǔ)水困難,造成收縮裂紋  9 鋼筋施工質(zhì)量 鋼筋間距、保護(hù)層控制不好易產(chǎn)生裂紋  10 施工組織管理 施工組織不到位會造成施工過程混亂,影響混凝土正常施工,甚至?xí)霈F(xiàn)冷縫等質(zhì)量問題,導(dǎo)致混凝土滲漏  1.3混凝土防裂紋措施分析  水泥水化過程中會釋放水化熱,當(dāng)結(jié)構(gòu)截面尺寸較小時,熱量散失比較快,水化熱對結(jié)構(gòu)應(yīng)力的影響較小。但對于大體積混凝土或截面尺寸較大的構(gòu)件,混凝土凝固過程中積聚在內(nèi)部的熱量散失較慢,導(dǎo)致溫度峰值較高,構(gòu)件內(nèi)外部溫差較大,混凝土內(nèi)部冷卻時會發(fā)生收縮,從而使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)內(nèi)部拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時會產(chǎn)生內(nèi)部裂縫,而這些內(nèi)部裂縫可能會與外部的干縮裂縫連通,從而導(dǎo)致滲漏甚至結(jié)構(gòu)破壞［1-4］。  因此,為了保障混凝土不滲、不裂,擬從以下方面進(jìn)行控制。  ①加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù),使混凝土表面始終處于濕潤狀態(tài),避免混凝土表面出現(xiàn)干縮裂縫。  ②嚴(yán)格控制混凝土水化過程中混凝土構(gòu)件的內(nèi)外溫差,以控制混凝土內(nèi)部拉應(yīng)力的上限值。  ③在混凝土配合比設(shè)計中加入適量膨脹劑,以緩解混凝土冷卻時產(chǎn)生的收縮變形,減弱內(nèi)部拉應(yīng)力對混凝土的影響;通過摻加粉煤灰等膠凝材料降低水泥用量,以減少水化熱量。采用早強(qiáng)普硅水泥,提高混凝土早期強(qiáng)度和早期抗拉能力。  2措施的制定  2.1混凝土配合比  2.1.1混凝土摻合料  在混凝土中適量摻加膠凝材料(摻合料)不但能節(jié)約水泥用量,降低水化熱量,而且能大大提高混凝土的耐久性?！痘炷两Y(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》(gb/t50476—2008)嚴(yán)格規(guī)定了單位體積混凝土膠凝材料的用量。  2.1.2混凝土膨脹劑  混凝土膨脹劑可以對混凝土冷卻過程中因溫度變化產(chǎn)生的收縮進(jìn)行補(bǔ)償,對混凝土前期抗裂很重要。在施工過程中,選取高性能混凝土膨脹劑(highperformancecalciumsulphoaluminate,hcsa)。單位體積混凝土中膨脹劑的摻加量通過實(shí)驗(yàn)室確定。連云港市該水廠水處理構(gòu)筑物工程池壁混凝土采用c30,摻加量為35kg/m3。  2.1.3實(shí)際混凝土配合比  該水廠深度處理工程底板、池壁均采用c30p6混凝土,其配比見表3。  表3c30p6混凝土配合比  項目 水泥 細(xì)骨料 粗骨料 粉煤灰 外加劑 膨脹劑 水  重量/kg 210 710 1125 90 8 35 180  百分比 8.9 30.1 47.7 3.8 0.4 1.5 7.6  比熱容/kj•kg-1•k-1) 0.536 0.745 0.708 4.187  2.2混凝土的降溫養(yǎng)護(hù)  在施工過程中,采取布管噴淋不僅能為混凝土的養(yǎng)護(hù)提供保障,噴淋在模板表面的水還可以帶走部分混凝土水化熱,使水化熱量及時散失,從而達(dá)到控制混凝土構(gòu)件絕對溫度的目的,最大限度減小內(nèi)部拉應(yīng)力對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響。同時,噴淋水可以起到對混凝土補(bǔ)水的作用,較好地解決了人工養(yǎng)護(hù)的隨意性,保證了混凝土養(yǎng)護(hù)的質(zhì)量。  3噴淋的實(shí)施  3.1噴水量的計算  3.1.1混凝土技術(shù)參數(shù)  工程中底板、池壁均采用c30p6混凝土,計算得出:混凝土密度p=2358kg/m3,混凝土比熱c=0.896kj/(kg•k),混凝土導(dǎo)熱系數(shù)λ=2.46w/(m2•k),混凝土擴(kuò)散系數(shù)a=1.126m2/h。  3.1.2噴淋管管徑  假設(shè)水泥水化熱全部轉(zhuǎn)化成溫度的升高,則水化期間最大絕對溫升值tmax=mcq/cρ,式中mc為每立方米混凝土的水泥用量;q為每千克水泥的水化熱量,取377kj/kg;c為混凝土的比熱容;ρ為混凝土的密度。計算得出tmax=37.47℃。  根據(jù)前期試驗(yàn)中池壁的測溫記錄(無噴淋降溫措施),溫度上升的峰值為58℃,入模溫度為24℃左右,實(shí)際溫升值為34℃,與計算結(jié)果相差不大。溫度峰值出現(xiàn)在混凝土澆筑完畢后26h,環(huán)境平均溫度為31℃。以長1m、高1m、厚0.75m的池壁為理論計算模型。根據(jù)混凝土溫度變化曲線,混凝土在澆筑完畢后的26h內(nèi),平均每小時升溫1.31℃,控制混凝土每小時平均溫升值為0.77℃。計算得出:在長1m、高1m、厚0.75m的池壁范圍內(nèi),每小時需帶走的水化放熱總量為855.67kj。按照放熱與排熱平衡的原則,每小時通過噴水帶走的熱量也應(yīng)為855.67kj。水的比熱為4.187kj/(kg•k),考慮使用前水溫為20℃,使用后為30℃,則每小時用水量為20.44kg。為了確保噴水降溫效果,支管上小孔眼間距按100mm考慮,孔眼直徑為2mm,水流速度假設(shè)為1m/s。則根據(jù)每次混凝土澆筑高度,按照每排管覆蓋3.5m高度考慮,計算得出支管管徑d=5.1mm。為了減少接頭數(shù)量,按支管最大可能長度40m考慮,則支管管徑面積不應(yīng)小于所有孔眼面積總和,支管管徑以不小于20mm為宜。    3.2施工操作要點(diǎn)  ①噴淋管材質(zhì)及位置  噴淋主管采用鋼管,直徑為50mm,采用焊接方式連接。噴淋分支管采用pvc管,管徑為20mm。若池壁一次澆筑高度不大于3.5m,則布置一道支管,位置在池壁上端下200mm;若池壁一次澆筑高度大于3.5m,則布置兩道支管,一道在池壁中,另一道在池壁上端下200mm。  ②噴淋分支管開孔  噴淋分支管采用dn20pvc管,噴淋小孔間距為100mm,孔徑為2mm,采用臺鉆開孔。  ③噴淋分支管布設(shè)  dn25支管的安裝固定:從主管道上接引下支管后,按照噴淋管道的布設(shè)位置將管道就位,然后用不小于12#鉛絲將管道綁扎固定在模板外側(cè)的豎向  加固鋼管上,每個交接點(diǎn)都必須綁扎牢固。  ④混凝土澆筑過程中的噴淋  若池壁布置上下兩道噴淋分支管道,在池壁混凝土澆筑到下層噴淋支管上500mm且下層混凝土終凝完畢后,即可將下層噴淋管道通水噴淋。因此,應(yīng)確保下層管道通暢的同時,上層管道不得噴淋,以避免噴淋水流入混凝土內(nèi),改變混凝土的配合比,降低混凝土的強(qiáng)度。  ⑤混凝土澆筑完畢后的噴淋  混凝土澆筑完畢后打開上層噴淋管道通水噴淋,逐一檢查每條管道的噴淋情況,利用分支管道上的閥門調(diào)節(jié)噴水量。混凝土澆筑完畢后72h內(nèi)不得停止池壁兩側(cè)的噴淋管道。為避免意外情況發(fā)生,現(xiàn)場應(yīng)準(zhǔn)備兩臺備用噴淋泵,并準(zhǔn)備發(fā)電機(jī)以保證施工現(xiàn)場停電時仍能持續(xù)噴淋。  混凝土澆筑完畢36h后,組合鋼模板的加固螺栓開始松扣,但不得拆模,并在池壁上端再布置一條噴淋管道以備拆模時使用。  混凝土澆筑完畢72h后開始拆除模板。模板拆除前(混凝土澆筑完畢后48h)在池壁上側(cè)再布置一條噴淋支管,噴淋水可以流入模板與混凝土之間的縫隙,對混凝土進(jìn)行補(bǔ)水。此時對混凝土噴淋的主要目的是帶走混凝土水化反應(yīng)的熱量并對混凝土表面補(bǔ)水,進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)。  噴淋應(yīng)持續(xù)14天,局部混凝土養(yǎng)護(hù)以人工澆水養(yǎng)護(hù)輔助進(jìn)行。  混凝土養(yǎng)護(hù)期內(nèi)應(yīng)密切監(jiān)測構(gòu)件的溫度變化及環(huán)境溫度變化?；炷翝仓戤吅?天內(nèi)應(yīng)每2h測溫一次,后7天每4h測溫一次并做好記錄,測溫完畢后整理數(shù)據(jù),繪制溫度變化曲線,作為以后施工的依據(jù)。  4其他控制措施  ①模板的選擇  為配合混凝土布管噴淋降溫養(yǎng)護(hù)施工工藝的實(shí)施,工程選擇平整度良好、平面尺寸規(guī)矩的組合鋼模板,以利于混凝土構(gòu)件的溫度控制。  ②對拉螺栓的選擇  選擇直徑為14mm的粗紋通長止水對拉螺栓,螺栓桿焊接50mm×50mm止水片,要求焊縫連貫飽滿,無缺焊、夾渣、焊瘤等缺陷。  ③止水鋼板的選擇  該工程所有池壁施工縫處均設(shè)置止水鋼板,寬度為400mm,厚度為3mm。  ④拆模時間  在炎熱的夏天,拆模時間不少于72h,其他季節(jié)澆筑的混凝土拆模時間不少于7天。  ⑤施工縫鑿毛  所有施工縫均在混凝土終凝后鑿毛,剔除混凝土浮漿。  ⑥鋼筋保護(hù)層控制  池壁選用成品高強(qiáng)度混凝土墊塊。  5實(shí)施效果  由于采取了有效的技術(shù)預(yù)防措施和過程控制措施,水池混凝土施工取得了良好的效果。特別是與不采取降溫措施相比,采取噴淋能將最高溫度降低10～15℃。根據(jù)混凝土測溫記錄,在炎熱夏天澆筑厚500mm的池壁,混凝土的溫度峰值僅為35℃,極限溫升值為12℃,由于混凝土最高溫度得到了控制,避免了出現(xiàn)混凝土溫度裂紋。由于混凝土溫度峰值控制措施得到嚴(yán)格的執(zhí)行, 連云港市該水廠深度處理工程未發(fā)現(xiàn)任何貫通裂縫,閉水試驗(yàn)一次成功通過。  6效益分析  對比其他水處理構(gòu)筑物,若不采用噴淋降溫養(yǎng)護(hù)施工工藝,且采用常規(guī)的木模板,混凝土澆筑完畢后7天開始拆模,拆模后即發(fā)生貫通裂縫,均為豎向通裂。按照池體表面積與裂縫產(chǎn)生的比例計算, 連云港市該水廠建設(shè)中所采取的各項控制措施為工程節(jié)省費(fèi)用達(dá)50萬元。  7結(jié)論  在連云港市該水廠建設(shè)過程中,項目部整體策劃、提前謀劃,結(jié)構(gòu)施工前積極調(diào)查,并根據(jù)調(diào)查結(jié)果確定混凝土滲裂的主要因素,對主控因素重點(diǎn)管理,采取針對性措施。對混凝土裂紋出現(xiàn)的機(jī)理進(jìn)行理論分析,并在技術(shù)層面制定正確的施工方法,尤其是制定混凝土布硬管噴淋施工工藝,使混凝土水化過程中構(gòu)件內(nèi)外溫差控制在10℃左右,極限溫升值僅為12℃,有效控制了混凝土裂紋,對類似水處理構(gòu)筑物的施工具有借鑒意義。