關于垃圾焚燒電廠垃圾坑混凝土裂縫控制及抗滲性能研究

尚偉坤

（廣州環投增城環保能源有限公司，廣東 廣州）

1 生活垃圾焚燒發電廠垃圾坑簡介

垃圾坑是指生活垃圾焚燒發電廠儲存生活垃圾的坑池，結構形式通常為長方形鋼筋混凝土池體結構；垃圾坑是一個密閉且具有抗滲防腐能力的鋼筋混凝土池體，主要作用是接收和儲存生活垃圾，收集生活垃圾在存儲發酵過程中產生的滲瀝液。

2 垃圾坑鋼筋混凝土結構的裂縫控制

2.1 項目介紹

本文以廣州市第六資源熱力電廠二期工程項目（以下簡稱：本項目）詳細介紹垃圾坑鋼筋混凝土結構施工裂縫控制及防水工程施工要點，如何有效提高混凝土結構自身抗滲能力，防止垃圾坑內滲瀝液外溢污染地下水土壤環境。本項目配置兩個垃圾坑內寬度28.95 m，長分別為54.4 m 和60.4 m；垃圾坑外形尺寸，長131.5 m 寬41.3 m，包含垃圾坑滲瀝液坑和污泥池，均為鋼筋混凝土結構，設置三道寬度2 m 的膨脹加強帶。根據大體積混凝土施工規范，垃圾坑底板混凝土施工屬于大體積混凝土，按大體積混凝土規范要求組織施工。圖1 為垃圾坑底板及墻體模型示意。

圖1 垃圾坑底板及墻體模型示意

2.2 大體積混凝土裂縫原因

2.2.1 溫度裂縫

混凝土中水泥的礦物與水發生反應釋放大量水化熱，混凝土凝結過程中溫度上升；由于大體積混凝土結構不易散發熱量，混凝土內部與混凝土表面產生溫差，混凝土內部產生溫度應力，混凝土溫度應力超出混凝土抗拉強度會產生溫度裂縫[1]。

2.2.2 收縮裂縫

沉降收縮裂縫，混凝土是由不同密度的原材料組成，混凝土澆筑過程中在振搗棒和自身重力的作用下，大密度原材料（例如：碎石）下沉，水泥漿上浮，排出混凝土中的水分和氣體；混凝土表面會產生沉降收縮裂縫。塑性收縮裂縫，混凝土在養護過程中混凝土表面受太陽光、風速等影響加快混凝土表面水分丟失，混凝土體積會快速收縮產生的裂縫[2]。

2.2.3 施工冷縫

分層澆筑混凝土時，第一層混凝土已經處凝，在已處凝的混凝土表面澆筑第二層混凝土，上下層混凝土之間銜接處的縫隙叫施工冷縫。

2.3 大體積混凝土裂縫控制措施

2.3.1 溫度裂縫的控制

2.3.1.1 原材料控制

混凝土設計：垃圾坑底板及墻壁設計采用補償收縮防水混凝土強度等級為C40，抗滲等級為P10。水泥、粗骨料、砂、礦粉、外加劑、塌落度的選用滿足相關要求。

2.3.1.2 混凝土澆筑

（1）混凝土澆筑應勻速進行，根據混凝土自然流動形成坡度的情況，在澆筑位置前后布置兩臺振搗器，通過混凝土的流動及振動作用，達到均勻鋪攤的效果。澆筑中混凝土應分層澆搗，全面振搗，嚴格控制振搗時間、移動間距和插入深度，以確保混凝土振搗密實[3]。圖2、圖3 分別為混凝土澆筑布料示意和振搗示意。

圖2 混凝土澆筑布料示意

圖3 混凝土振搗示意

（2）混凝土表面的處理：混凝土澆筑完成后，刮杠找平，再用抹子反復搓壓3～4 遍，直到混凝土表面密實，最后一遍用鐵抹子抹平，抹平后及時用塑料薄膜覆蓋。

2.3.1.3 混凝土養護

根據《大體積混凝土施工標準》GB50496-2018 和《建筑施工計算手冊》計算混凝土保溫層厚度；本項目為大體積混凝土，對溫度要求嚴格，在混凝土養護期間應做好保溫保濕工作。混凝土終凝以后及時在混凝土表面澆水，覆蓋兩層塑料薄膜（縱橫交錯布置）并加蓋麻袋片保濕、在其上蓋兩層棉被保溫，根據測溫情況，如有溫度變化增減養護材料。

2.3.1.4 混凝土測溫

本項目采用JDC-2 型便攜式電子測溫儀進行混凝土溫升情況的測定。優點是：用途廣、精度高、直觀、操作簡單、便于攜帶。

方法是每一測溫點位傳感器由距離板底100 m，板中1 個，距板表面100 mm 各測溫點構成，各傳感器分別附著于φ16 圓鋼支架上。在混凝土有代表性的部位布設測溫點，每個測溫點設上、中、下共3 個（局部布置5 個點）測探頭，混凝上澆筑完成后對混凝土進行溫升監控。圖4、圖5 為測溫導線布置及探頭大樣。

圖4 測溫導線布置

圖5 測溫導線探頭大樣

測溫頻率：測溫延續時間自混凝土澆筑始至拆除保溫為止，同時不少于20 d；測溫時間間隔，混凝土澆筑后1～3 d 為每隔2 h 一次，3 d 以后每隔4 h 一次。遇到溫度變化情況及時反饋，混凝土內部（中心與表面下100 mm 處）溫差不超過20 ℃，混凝土表面溫度（表面以下100 mm）與混凝土表面外50 mm 處的溫差不大于25 ℃；混凝土降溫速度不大于2 ℃/d；撤除保溫時混凝土表面與大氣溫差不大于20 ℃。當各種溫差達到18 ℃時應預警，22 ℃時應報告指揮部[4]。按既定方案措施執行。

2.3.1.5 大體積混凝土裂縫控制計算

大體積混凝土結構出現貫穿裂縫，主要是由于平均降溫差和收縮差引起的收縮應力大于混凝土此時的抗拉應力而產生裂縫。

應力計算公式為：σ=-E(t)·а·ΔT·H(t)R/(1-ν)

式中，σ-混凝土的溫度（包括收縮）應力（N/mm2）；E(t)-混凝土的彈性模量（N/mm2），一般取平均值；а-混凝土的線性膨脹系數，取10×10-6(1/℃)；H(t)-考慮徐變影響的松弛系數，按表1 取用;R-混凝土的外約束系數,當為巖石地基時,R=1，當為可滑動的墊層時,R=0,一般土地基取0.25～0.5, 本工程根據地質情況取R=0.5;ν-混凝土的泊松比，取0.15。

表1 考慮徐變影響的松弛系數

根據《混凝土結構計算手冊》第1 頁可知：3 天混凝土抗拉強度0.9 N/mm2（7 天混凝土抗拉強度1.2 N/mm2，15 天混凝土抗拉強度1.2 N/mm2）小于降溫溫差收縮應力，混凝土表面會產生裂縫。因此，我們通過在基礎表面覆蓋塑料布和棉被，提高混凝土表面的溫度，即Th 提高，通過保溫養護，混凝土表面實際溫度可達38.5 ℃；

此時的溫差為：

3 天：ΔT=T0+2/3·T (5)+Ty (5)-Th=15+2/3×39.5-1.97-30=9.36℃

7 天：ΔT=T0+（2/3）·T (7)+Ty (7)-Th＝15+(2/3)×44.65-2.73-30=12.04℃

15 天：ΔT=T0+(2/3)·T (15)+Ty (15)-Th＝15+(2/3)×50.26-5.59-30＝12.92℃

產生應力為：

3 天：σ=[-E (t)·α·ΔT/(1-ν)]·H (t)·R＝（1.08×104×10×10-6）×9.36×0.536×0.5/(1-0.15)=0.32 N/mm2≤0.9 N/mm2

7 天：σ=[-（E (t)·α·ΔT）/(1-ν)]·H (t)·R＝（1.402×104×10×10-6×12.04）×0.536×0.5/（1-0.15）=0.532 N/mm2≤1.2 N/mm2

15 天：σ=[-E(t)·α·ΔT/(1-ν)]·H(t)·R＝（2.22×104×10×10-6×12.92）×0.536×0.5/(1-0.15)＝0.897 N/mm2≤1.5 N/mm2

由此可見，當混凝土表面通過覆蓋保溫，其表面溫度30 ℃以上時，混凝土表面就不會產生溫度裂縫。

2.3.2 收縮裂縫的控制

（1）原材料控制在混凝土中摻加纖維。

（2）混凝土澆筑完成后養護措施到位。

（3）混凝土振搗到位，嚴禁使用振搗棒分攤混凝土。

（4）混凝土二次振搗；混凝土表面收光（壓光收面），混凝土表面覆蓋塑料薄膜養護，薄膜上層覆蓋沾水的麻袋片（或者無紡布），頂上覆蓋玻璃絲棉被用槽鋼鎮壓；防止太陽直曬和大風天氣加速混凝土表面水分蒸發產生裂縫。

（5）鋼筋外層增加直徑φ4@150 鋼筋網片（混凝土保護層處），放置于保護層下1/3 處，用墊塊墊起。

2.3.3 施工冷縫的控制

（1）合理布置混凝土泵車、罐車數量確保運輸時間、混凝土振搗設備機人員充足。

（2）現場及時協調混凝土澆筑順序，合理布置混凝土泵車。

（3）混凝土原材料控制，凝土中摻加緩凝劑時，施工前應試配混凝土，測試出摻加緩凝劑后混凝土初凝時間[5]。

3 垃圾焚燒發電廠垃圾坑混凝土結構設防

3.1 垃圾坑設防原因

相關人員盡力去解決各種影響因素，防止混凝土結構出現固有弊端；混凝土在澆筑成型后依然會出現多孔狀、收縮開裂等缺陷，致使混凝土結構不具有完全防水功能，容易受到外界空氣、水分等因素的影響，產生開裂滲漏、碳化、中性化、堿骨料反應等不良結果。因此，在施工過程中采取有效措施增強混凝土結構密實度，增強混凝土抗滲性能非常重要，后期的輔助性設防更加必要。

垃圾坑的混凝土結構暴露在特殊環境中，其不可避免地將會接觸到酸堿度不一的物質，特別是具有一定腐蝕性的垃圾滲瀝液，對混凝土結構會造成嚴重的、持續性的侵害。因此，我們必須采取有效措施來阻斷這類腐蝕性物質對混凝土結構的破壞，進一步提高混凝土結構抗滲（抗滲漏）能力。

3.2 垃圾坑設防施工

本項目采用XYPEX（賽柏斯）防水涂料，該材料粘結力強，涂料中的活性成份可滲入混凝土中的毛細孔、微裂紋并產生化學反應，與混凝土內部融為一體而形成一層結晶致密的防水層；防水涂料經固化后形成的防水層具有一定的延伸性、彈塑性、抗裂性、抗滲性，能起到防水、防滲作用。

4 垃圾坑池混凝土結構抗滲試驗

坑滲試件現場鉆心取樣，取樣位置為滲瀝液收集池與垃圾坑銜接處，此處墻體厚度2.7 m 高3.0 m 取樣位置在距離地面2.65 m 處，經設計確認此處對結構無影響，經過試驗數據，本項目采用的裂縫施工工藝澆筑的混凝土抗滲達到并超過設計值。

結束語

本項目通過市場調研（攪拌站考察）、資料參考、經驗總結等多種方法對垃圾坑混凝土結構溫度裂縫、收縮裂縫和施工冷縫的控制研究，提出對大體積混凝土結構的水化熱控制采用內防外治措施，有效控制垃圾坑混凝土結構裂縫，提高混凝土自身抗滲性能，防止垃圾坑滲瀝液滲漏對混凝土結構內鋼筋腐蝕，提高混凝土結構耐久性能，延長混凝土結構使用壽命；通過實踐使用情況滿足混凝土抗滲等級要求目標，達到標本兼治，結構自防原則。有助于同行業（或者有抗滲等級要求混凝土結構）對大體積混凝土裂縫預防及其控制措施起到很好的借鑒作用。