混凝土抗裂技术在某水厂蓄水池施工中的应用

  【摘 要】本文介绍了混凝土抗裂技术在某水厂的蓄水池施工中的应用情况，在膨胀剂补偿收缩能力有限、混凝土的限制膨胀率不高的情况下，通过调整混凝土的配合比来达到减少混凝土开裂的目的，并且取得了良好的效果。

  【关键词】膨胀剂；补偿收缩混凝土；限制膨胀率；裂缝

  1 工程概况

  某水厂设计日供水能力达45万立方米，工程共有构建筑物10座，其中蓄水池占地200m×50m，由两个对称的1#池和2#池组成，间隔3m，池顶高出设计地面约1.2m，为全地下式钢筋混凝土水池。由于蓄水池属于超长混凝土结构，并且用于蓄水使用，对混凝土的抗裂防渗性能提出很高的技术要求。

  蓄水池的结构型式为超长墙体结构，对抗裂防渗要求很高，故采用补偿收缩混凝土进行施工。补偿收缩混凝土具有补偿混凝土干缩和密实混凝土、提高混凝土抗渗性的作用，在土木工程中主要用于防水和抗裂两个方面。与普通混凝土相比，补偿收缩混凝土更需要充分的水养护，因为水分是其产生膨胀的必要因素，长期在水中养护的混凝土能够获得最大的膨胀。膨胀混凝土转入干空（RH=60%±5%）中养护时，也发生收缩，但是再回水养护，又能大致恢复以前的膨胀。养护温度高时，膨胀快，但总膨胀量会降低。补偿收缩混凝土在空气中同样会发生干燥收缩，影响其干燥收缩的因素也与普通混凝土大致相同，除了相对湿度这个外部因素，水胶比是比较重要的内在因素。相同条件下，补偿收缩混凝土与普通混凝土的干燥收缩落差大致相同^[1~4]。

  在蓄水池正式浇筑之前，施工单位按照搅拌站提供的配合比进行了临时构筑物的浇筑，该临时构筑物为长30m，宽8m，墙厚0.6m的矩形，配比见表1。浇筑后12h拆模，并且在墙体上布置花管进行明水喷淋养护，拆模后第3天，墙体出现大量贯通裂缝，间距约0.7m。图1为墙体中出现的裂缝。

  使用上述配合比浇筑超长墙体结构的蓄水池开裂风险很大，如何减免蓄水池的开裂是本工程的难点。在综合考虑气候、水化热、施工、养护等因素的基础上，如何优化配合比设计，从而有效的控制裂缝的出现就成为需要解决的问题。

  2 技术方案

  (1) 由于临时构筑物所用混凝土的补偿收缩能力有限，依据JGJ/T 178-2009《补偿收缩混凝土应用技术规程》，不同部位的补偿收缩混凝土应选择不同的限制膨胀率^[5]，结合本工程实际情况，提出蓄水池用混凝土中底板的水中14d限制膨胀率大于0.020%，外墙和顶板的水中14d限制膨胀率大于0.025%，后浇带和膨胀加强带的水中14d限制膨胀率大于0.040%，以此目标对表1所示配合比进行优化，形成抗裂施工混凝土配合比。

  (2) 蓄水池墙体沿周长方向分三次浇筑，预留三个后浇带，其限制膨胀率大于0.040%，并且其强度提高一个等级。

  (3) 控制底板、外墙的混凝土入模坍落度。为保证混凝土的抗裂性及抗渗性，在满足混凝土正常浇筑的情况下，混凝土坍落度尽可能要小。

  (4) 严格控制混凝土搅拌时间，确保混凝土拌合物搅拌均匀。

  (5) 控制混凝土初凝时间。

  (6) 制定严格的养护制度，并安排专人负责，确定养护到位。

  3 混凝土配合比

  3.1原材料

  水泥采用北京金隅生产的42.5普通硅酸盐水泥，比表面积为440m2/kg；砂为中砂，含泥量为2.7%，细度模数为2.7；石子为连续级配碎卵石，含泥量应0.4%，最大粒径25mm；混凝土膨胀剂，水中7d限制膨胀率为0.026%，水中7d，空气中21d限制膨胀率为-0.015%，膨胀能力偏低；粉煤灰为Ⅱ级灰，需水量比为92%；减水剂的性能符合国家及行业标准。

  3.2混凝土配合比优化

  在临时构筑物所用的混凝土配合比中，膨胀剂掺量为7%，经试验室验证，水中14d限制膨胀率为0.013%，达不到JGJ/T 178-2009《补偿收缩混凝土应用技术规程》及2.1的技术要求。由于膨胀剂的膨胀能力有限，配制的补偿收缩混凝土的膨胀量偏低，所以在原有配合比的基础上，将膨胀剂的掺量由原来的内掺7%，提高到底板内掺10%，顶板、外墙内掺12%，后浇带、膨胀加强带内掺14%；总胶材大致不变，膨胀剂掺量增大势必会降低混凝土的强度，所以需要降低水胶比，由原来的水胶比0.42降低到底板、顶板、外墙的水胶比0.39，后浇带、膨胀加强带的水胶比0.38；矿粉在超过一定细度和一定掺量后对混凝土的收缩有不利的影响^[5~6]，所以在优化配合比设计时取消矿粉，从而最大限度的减少不利因素；考虑到水泥水化产生大量的热容易造成温度裂缝，并且施工中用到的粉煤灰质量比较好，需水量比较低，所以适当的提高粉煤灰的比例，降低水泥的比例。

  综合上述考虑，根据施工部位的不同，对混凝土配合比进行了优化，优化后的配合比及限制膨胀率的试验室测试结果见表2。

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  4 工程质量跟踪及评定

  严格按照JGJ/T 178-2009《补偿收缩混凝土应用技术规程》和国家相关的施工标准组织施工。在浇筑混凝土前，清理模板及钢筋间的所有杂物。采取分块一次性整体浇筑的施工方式，根据后浇带、施工缝分为数个施工段，施工段浇筑方向采取“一个坡度，循序推进，一次到位”的浇筑方法，使混凝土暴露面最小，浇筑强度最大，浇筑时间最短。混凝土依次振捣密实，振捣时，快插慢拨，振点布置均匀，振捣时间以混凝土不泛浆，不出气泡为止。在施工缝、预埋件及穿墙管道处加强振捣。振捣时尽量不触及模板和钢筋，以防止其移位、变形。

  严格控制混凝土接茬时间不超过混凝土的初凝时间，避免出现施工冷缝，造成渗水隐患，并且混凝土接茬时间不超过3小时。底板、外墙的混凝土入模坍落度控制在(160±20)mm。顶板混凝土的入模坍落度控制在(180±20)mm。为保证混凝土的抗裂性及抗渗性，在满足混凝土正常浇筑的情况下，混凝土入模坍落度应控制在低限。严格控制混凝土搅拌时间，确保混凝土拌合物搅拌均匀。标准状态下，混凝土初凝时间控制在12h~15h。

  为防止温度应力和失水干缩引起混凝土开裂，底板混凝土覆盖塑料薄膜和洒水进行保温保湿养护。墙体的混凝土终凝后松动固定模板的螺栓，在模板顶部浇水对墙体混凝土进行养护，带模养护3d~5d，模板拆除后，确保墙体不直接暴露在阳光下，并在墙体顶部布花管喷淋养护。上述养护制度由专人负责，并保证混凝土的养护期不小于14天。

  表3~表6为各部位各次浇筑时现场留置的混凝土试件的检测结果，试验方法参考相关标准^[7~10]，通过表中数据可以看出：28d抗压强度大部分在40MPa左右，60d抗压强度基本在50MPa左右，而水中14d限制膨胀率的测试结果大部分都不能满足技术方案中2.1条的技术要求，只有外墙中的两个批次和后浇带的测试结果满足要求。图2、图3为现场施工情况。

  蓄水池采用补偿收缩混凝土整体补偿的技术方案，主体浇筑养护完成后，裂缝间距由原来的约0.7m一条降低为约10m一条，整个蓄水池墙体共出现5条裂缝，防治裂缝出现的效果明显。

  5 总结

  由于膨胀剂的膨胀能力有限，配制的混凝土补偿收缩能力偏低，所以在原有配合比的基础上，将膨胀剂的掺量根据不同的部位分别提高，底板提高到内掺10%，顶板、外墙提高到内掺12%，后浇带、膨胀加强带提高到内掺14%，提高掺量后混凝土的限制膨胀能力仍然偏低，这就需要通过优化混凝土的配合比来减少裂缝出现的几率。由于膨胀剂的提高，在总胶材大致不变的情况下，混凝土的强度会有所下降，所以需要降低水胶比来提高强度，根据施工部位的不同将原来的水胶比0.42降低到底板、顶板、外墙的水胶比0.39，后浇带、膨胀加强带的水胶比0.38。矿粉在有些情况下会对混凝土的收缩产生不利的影响，使混凝土易于出现收缩裂缝，所以在优化配合比设计时取消矿粉，从而最大限度的减少不利因素。在混凝土硬化的过程中，水泥水化会产生大量的热，从而容易使混凝土出现温度裂缝，并且该工程中用到的粉煤灰质量比较好，需水量比较低，所以适当的提高粉煤灰的比例，降低水泥的比例，降低温度裂缝出现的几率。综合膨胀剂掺量、配合比优化、施工质量控制、养护等各方面因素，蓄水池的施工取得了良好的效果。

  【参考文献】

  [1] 赵顺增, 刘立, 游宝坤. 补偿收缩混凝土的基本性能 [J]. 膨胀剂与膨胀混凝土, 2009, No.1:52-64.

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  [4] 赵顺增, 刘立. HCSA高性能混凝土膨胀剂性能研究[J]. 膨胀剂与膨胀混凝土, 2005, 3.

  [5] 郑兴民.磨细矿粉对混凝土性能的影响和使用中的注意事项[J]. 商品混凝土, 2007, 3:55-56.

  [6] 肖佳, 陈雷, 邢昊. 粉煤灰和矿粉对水泥胶砂自收缩的影响[J]. 建筑材料学报, 2011.10:604-609.

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  [8] RISN-TG002-2006《补偿收缩混凝土应用技术导则》[S]. 北京：中国建筑工业出版社, 2006.

  [9] GB 23439-2009《混凝土膨胀剂》[S]. 中国标准出版社, 2009.

  [10] GB50119-2003《混凝土外加剂应用技术规范》[S]. 北京：中国建筑工业出版社, 2003.