水廠構筑物抗裂防滲施工技術的應用研究

1 引言

在水廠的生產建設中涉及多種構筑物，如水池、水箱、泵站等。 確保這些構筑物的結構穩定，是保障水廠生產安全與綜合效益的前提和基礎。 結合國內外研究現狀來看，受到工作環境、材料特性等因素的限制，水廠構筑物裂縫滲水問題長期存在，且尚未得到有效的規避與控制。 基于此，本文對水廠構筑物抗裂防滲施工技術的應用進行研究， 并提出降低構筑物裂縫風險、提高構筑物防滲能力的可行策略。

2 水廠構筑物抗裂防滲施工技術的應用背景

以某水廠為例，對水廠構筑物抗裂防滲施工技術的應用問題進行研究。在原水處理、污水處理、清水儲存等工藝環節的需求導向下，該水廠配置了多種水池構筑物，如原水池、調節池、二沉池、再生水池、清水池等。這些構筑物均以鋼筋混凝土為主要材質，并存在嚴格的抗裂縫、防滲漏要求。若水廠構筑物發生裂縫故障，將形成水池內水體向外滲漏的風險，繼而導致水廠資源大量流失，生產效益大幅損耗。同時，若外滲水體中含有污染性、腐蝕性等有害物質，還將引發嚴重的次生問題，如廠外環境污染、社會安全事故等。所以，為了保障水廠生產運行的綜合效益，必須做好水廠構筑物抗裂防滲技術的有效應用[1]。

結合行業經驗來看，導致水廠構筑物裂縫、滲漏的原因有很多。 例如，若構筑物本身存在構筑材料不達標的問題，將從根本上降低構筑物的成型質量與應力抗性， 進而容易發生開裂滲水的風險。 再如，若構筑物施工期間并未做好施工裂縫、澆筑裂縫的防控與修補， 也會導致水廠構筑物存在滲水點或滲水隱患。 所以，在應用抗裂防滲施工技術時，必須盡量做到全面化、精細化。

3 水廠構筑物抗裂防滲施工技術的應用思路

3.1 提升混凝土材料的抗裂防滲性能

作為水廠構筑物的主體材料， 混凝土的質量與構筑物抗裂能力、防滲能力存在直接關聯。 所以，實現混凝土材料本身抗裂防滲性能的保障與提升， 是防控構筑物滲漏風險的關鍵環節，具體應注意以下方面。

3.1.1 混凝土原料的選擇

混凝土由水泥、骨料、粉煤灰、外加劑、水等原料構成，各原料的尺寸規格、 性能質量均會對拌和后混凝土的整體性能產生影響。

水泥方面，由于水廠構筑物的體積較大，所以，不宜使用R 型水泥（早強型水泥）。 同時，不同品種、不同類型的水泥材料，在硬化塑形后的孔隙率、孔隙尺寸也存在明顯差異。 水泥的孔隙率越低、孔隙尺寸越小，其硬化結構的強度與密度也越高，即更易滿足抗裂、防滲的構筑需求。 此外需要注意的是，應盡量避免使用礦渣水泥， 以免水泥在混凝土澆筑過程中產生泌水效應， 對混凝土構筑物的結構強度與抗滲性能造成弱化。

骨料方面，混凝土原料可細分為細骨料、粗骨料兩部分。以水廠構筑物防裂抗滲為導向選擇粗骨料時， 應保證骨料級配的均勻性， 且骨料粒徑的最大值不應超過40 mm， 具體以5～31.5 mm 為宜， 含泥量不應超過1%， 泥塊含量不應超過0.5%。選擇細骨料時，含泥量不應超過3%，泥塊含量不應超過1%。 在此基礎上，為了有效降低混凝土在澆筑成型后期的收縮應力， 細骨料應以中粗砂為首選， 并將其細度模數控制在2.5～3.0。

粉煤灰方面，所選粉煤灰的等級應在Ⅱ級以上，且不可使用高鈣粉煤灰，以免導致混凝土出現含氣量超標的問題，對水廠構筑物的防滲性產生負面影響。

外加劑方面， 抗裂防滲混凝土所使用的常規外加劑應具備低堿性、低水化熱、高減水性的特點。

3.1.2 混凝土原料的配比

在實現混凝土原料質量的有效把控后，還需要對各原料的配比進行科學設計。首先，結合現階段的行業研究成果來看，水灰比是影響混凝土抗裂防滲性能的關鍵配比指標。 水灰比越大，混凝土結構中的細小孔隙越多，其結構強度與防滲效果也越低。 在此基礎上，水灰比0.6 這一數值具有混凝土防滲性的分界意義。若水灰比小于0.6，則混凝土結構中的毛細孔通常趨近于封閉狀態。 而在水灰比超過0.6 后，混凝土毛細孔的數量、尺寸將顯著增大。 所以，應將水廠構筑物的混凝土水灰比嚴控在0.6 以下，并適當進一步下調。 其次，粗骨料、細骨料的用量應通過多次混凝土拌和試驗進行調整，并滿足特定防滲等級下的水廠構筑物性能要求。最后，在配制混凝土時，需要對外加劑的摻量進行嚴格控制，確保其總量不超過水泥的5%[2]。

3.1.3 混凝土性能的強化

為了進一步提升混凝土材料的整體質量， 滿足水廠構筑物抗裂防滲的實際需求， 還可適當在混凝土中摻入特制強化劑，如補強劑、膨脹劑等。 例如，將原料為硫化鈣、鋁酸鈣的膨脹裂解劑應用到混凝土配制中， 其反應生成的鈣礬石物質能夠有效填堵混凝土的結構孔隙，從而實現混凝土密度的提升，達到阻斷水分滲透路徑的效果。

在案例水廠中，二沉池、清水池、再生池等構筑物的混凝土配制方案全面遵循上述要求， 從根本上保證了構筑物抗裂能力、防滲能力處于較高水平。 在此前提下，基于抗滲混凝土最大水灰比的標準要求（見表1），將水廠構筑物的抗滲等級定為P8，并以普通硅酸鹽水泥為原料配制C30 混凝土，由此將水灰比從0.6 下調至0.50。此外，案例水廠在選擇粗骨料時，就近采集粒徑小于40 mm 的卵石作為粗骨料， 進而在保證混凝土抗滲能力的同時，實現了材料成本的有效控制。

表1 抗滲混凝土的最大水灰比要求

3.2 優化水廠構筑物的施工工藝

除了材料性能以外， 施工工藝也是影響水廠構筑物抗裂防滲質量的重要因素。 在分析水廠構筑物的工藝結構時，需要對鋼混構件的裂縫寬度進行計算，具體公式為：

式中，W 為構筑物在偏心受力狀態下的裂縫寬度，mm；ψ 為構筑物鋼混結構中鋼筋在裂縫張力作用下的不均勻應變系數；σ為裂縫截面的拉應力，MPa；E 為鋼筋的彈性模量，MPa；c 為鋼筋外部保護層的厚度，mm；d 為鋼筋直徑，mm；ρ 為構筑物裂縫部位的配筋率，%；a 為構筑物裂縫部位的壓力系數；υ 為鋼筋的表面特征系數。

在案例水廠中， 通過有限元分析得知水池底部裂縫的最大寬度為0.18 mm，水池上部結構裂縫的最大尺寸為0.21 mm。在此背景下，若按常規施工方法進行水池的施工構建，則相鄰施工縫的間距應在24～26 m， 無法滿足伸縮縫間隔距離小于20 m 的水廠構筑物工藝規范要求。

在此背景下，為了在滿足規范要求的基礎上，最大化實現水池裂縫的控制， 需要對相關施工工藝進行優化處理。 案例中，主要采取如下方法。

1）分別在水池上部、底部結構中添加φ15 mm 構造筋，前者間距控制在200 mm，后者間距控制在100 mm，并由池壁向水池中心施加預應力。 如此能夠有效改善水池的受力結構，提高水池對溫度、壓力等應力作用的應對能力，從而有效降低水池裂縫的概率與程度。

2）分3 個方向在水池原工藝結構的基礎上設置后澆帶與加強帶，如圖1、圖2 所示。 在后澆帶與加強帶的作用下，不僅水池主體結構內的應力能夠得到有效釋放， 還能實現材料收縮應力的充分補償， 進而避免水池在混凝土澆筑成型期間出現異常形變，達到防止裂縫故障發生的目的。

圖1 后澆帶與加強帶的布置結構（單位：mm）

圖2 后澆帶、膨脹帶加強工程實圖

3）使用高強度水泥砂漿、止水鋼板等材料，在水池池壁的施工縫部位建立多層防水結構， 如圖3 所示。 通過這樣的方式，不但能使施工縫有防滲漏作用，還能促成池壁結構強度的提升，進一步降低水池出現裂縫故障的可能性[3]。

圖3 池壁多層防水結構

3.3 做好混凝土裂縫的修補處理

在水廠構筑物抗裂防滲施工技術的應用實踐中， 要堅持防治結合的故障處理原則，即在運用材料、工藝防控結構裂縫、滲漏隱患的同時，及時對已存在的混凝土裂縫實施修補處理。在案例水廠的水池設施建設中，主要采取如下修補處理手段。

1）對于水池表面的淺層裂縫，使用水泥砂漿與環氧膠泥材料進行填抹修補。 裂縫面補實填平后，使用防水涂料實施表層加護， 并在上方敷貼纖維布， 可在修復赤壁表面結構的同時，避免淺層裂縫出現縱向或深層的擴大，達到消除滲水隱患的效果。

2）對于明顯影響水池結構質量的較大、較深裂縫，使用環氧樹脂材料及水泥砂漿進行灌漿封堵處理， 并確保處理后灌漿膠結材料與原混凝土結構緊密結合、強度一致。

3）對于尺寸較大的條形裂縫，在加壓灌漿封堵的基礎上設置膨脹條。 膨脹條在遇水時可發生膨脹效應，從而對池壁縫隙實施有效封堵，進而在修補裂縫的同時，實現水池抗裂防滲能力的再次強化。

4 結語