水廠構(gòu)筑物抗?jié)B混凝土的施工分析

賁 貝

中鐵上海工程局集團南京水務環(huán)保發(fā)展有限公司 江蘇 南京 210036

1 項目概況

蕪湖市灣沚區(qū)自來水廠取水口遷移工程取水及廠區(qū)項目，工程規(guī)劃總規(guī)模為20萬m3/d，其中近期建設(shè)規(guī)模10萬m3/d。項目位于安徽省蕪湖市灣沚區(qū)紅楊鎮(zhèn)萬村，總用地面積約9.7868hm2。廠區(qū)項目中有以下水池構(gòu)筑物：機械混合、折板絮凝、平流沉淀、氣浮池，V型砂濾池，清水池，送水泵房與吸水井，反沖洗泵房與吸水井，排水池，排泥池，污泥濃縮池，儲泥池。項目中要求C30、C35混凝土的抗?jié)B等級為P6，其他帶有腐蝕性的構(gòu)筑物防滲等級提高為P8。因此，在施工過程中，如何解決水池構(gòu)筑物混凝土的抗裂、減滲問題是最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

2 抗?jié)B混凝土配合比的設(shè)計

2.1 水泥

在水泥的選擇方面，硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥和礦渣硅酸鹽水泥被認為是適合抗?jié)B混凝土使用的理想選項，在本項目中所采用的水泥為42.5R轉(zhuǎn)窯普通硅酸鹽水泥，并且不使用氯鹽作為防凍。同時，粉煤灰也是抗?jié)B混凝土中的重要組成部分之一。根據(jù)規(guī)定，粉煤灰的種類應滿足以下準則：I級粉煤灰的總灰量不得超過20%；Ⅱ級粉煤灰的總灰量不得超過15%，這是為了確保混凝土的性能和穩(wěn)定性。另外，在選擇沙子和石子時，應優(yōu)先選用優(yōu)質(zhì)天然砂，禁止使用人工制備的砂子，這是因為優(yōu)質(zhì)天然砂，具有較好的顆粒形狀和粒度分布，能夠提供更好的力學性能和抗?jié)B性能。石子最大粒徑不得超過40mm，并且砂率應根據(jù)混凝土的強度等級來確定[1]。

2.2 骨料

表面較光滑的碎石不適用于抗?jié)B混凝土，因為光滑的表面容易導致水化反應中產(chǎn)生較大的熱量，進而引起溫度裂縫的發(fā)生。為了改善混凝土的流動性和可泵性，可以使用卵石作為粗骨料。卵石具有圓潤的形狀和光滑的表面，使其能夠更好地填充混凝土的空隙，并提高混凝土的流動性。

2.3 摻合料

抗?jié)B混凝土的摻合料除了水泥外，還包括水和外加劑。在水泥的摻合料中，粉煤灰和礦渣粉被廣泛使用。粉煤灰的添加量不得超過水泥重量的5%，可以選擇一級、二級或經(jīng)過試驗符合要求的Ⅱ級粉煤灰。

混凝土的配制應采用二次投料、二次攪拌、二次覆蓋的方法，并且要嚴格控制水灰比。這種配制方法可以確保混凝土的均勻性和一致性，從而提高抗?jié)B性能。在具體施工過程中，首先投入部分骨料和水泥進行初次攪拌，然后再加入剩余骨料、摻合料、水和外加劑進行第二次攪拌，以獲得更好的混合效果。在攪拌完成后，混凝土需要及時覆蓋保濕，以防止水分流失和早期干燥引起的開裂問題[2]。

2.4 混合材料

添加減水劑是一種常見的混凝土調(diào)節(jié)方法。減水劑能夠在混凝土中降低水分含量，從而減少水泥與水的反應數(shù)量，進而降低混凝土的水化熱。這不僅有助于防止混凝土在早期階段出現(xiàn)溫度應力問題，還能提高混凝土的強度和耐久性。

粉煤灰同樣也是一種常用的添加劑，可以替代部分水泥來制備混凝土。粉煤灰在混凝土中起到填充空隙的作用，從而改善混凝土的緊密性和穩(wěn)定性。此外，由于粉煤灰是廢棄物的再利用，使用粉煤灰，還能減少對自然資源的開采和環(huán)境的影響。類似地，礦渣粉也是一種常見的混合材料，是從冶金工業(yè)中產(chǎn)生的副產(chǎn)品中提取出來的，具有良好的活性，能夠與水泥發(fā)生反應，形成堅固的膠凝體[3]。

總之，在選擇混合材料時，需要考慮不同的外加劑對混凝土性能的要求，并確保除了水泥以外的其他材料，與外加劑沒有發(fā)生反應，以避免降低其性能。項目部仔細研討通過各種方案比選，綜合考慮決定采用在混凝土中添加聚丙烯纖維、無機納米抗裂減滲劑來提高混凝土的抗裂和減滲性能。

2.5 配合比設(shè)計

抗?jié)B混凝土的配合比需要根據(jù)不同工程和不同部位，以及所使用的材料等因素來確定。在制備抗?jié)B混凝土時，需要考慮以下因素。第一，施工現(xiàn)場條件。施工現(xiàn)場的環(huán)境條件，會對抗?jié)B混凝土的配合比產(chǎn)生影響。例如，高溫、低溫或潮濕的氣候條件可能要求采用不同的配合比，以確保混凝土的性能穩(wěn)定；第二，施工進度。施工進度的緊迫程度也會影響抗?jié)B混凝土的配合比，如果需要快速硬化的混凝土，需要選擇具有快速硬化特性的水泥或外加劑；第三，工程質(zhì)量要求。不同工程對抗?jié)B混凝土的質(zhì)量要求可能不同。例如，一些關(guān)鍵結(jié)構(gòu)需要更高的抗?jié)B性能，因此需要調(diào)整配合比，以提供更高的密實度和抗?jié)B性；第四，工程造價。抗?jié)B混凝土的成本也是需要考慮的因素之一。通過合理調(diào)整配合比，可以在滿足抗?jié)B性能要求的前提下，盡量降低材料使用量，從而降低整體工程造價[4]。

2.6 抗裂性能評估與優(yōu)化

通過實驗室測試來評估混凝土的抗拉強度、抗裂性能和韌性等指標。這些實驗可以幫助了解混凝土在受力時的性能表現(xiàn)，并找到優(yōu)化方法。第一，進行混凝土減滲性能的實驗室測試，測定其滲透系數(shù)和吸水性能等參數(shù)。第二，通過添加納米材料來改善混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，減少孔隙之間的連接性，從而降低滲透性和吸水性。

3 混凝土攪拌

為了保證混凝土的質(zhì)量和穩(wěn)定性，在選擇原材料時必須嚴格遵循一些規(guī)范和要求。第一，根據(jù)工程實際情況和質(zhì)量要求，應該選擇合適的水泥和粉煤灰等原材料。水泥是混凝土中最重要的成分之一，可以提供混凝土的強度和硬化特性。因此，在選擇水泥時，要確保其符合國家標準，并且具有合適的品種和牌號。而粉煤灰是一種常用的摻和料，可以改善混凝土的工作性能和耐久性。在選擇粉煤灰時，要考慮其細度、含量和活性，以及與水泥的配合比例。

第二，在混凝土攪拌過程中，必須按照規(guī)范要求進行操作，以確保混凝土的質(zhì)量和性能。攪拌過程中，應根據(jù)混凝土的設(shè)計要求，控制水灰比、攪拌時間和攪拌速度等參數(shù)。同時，還需要注意攪拌設(shè)備的選擇和使用，以確保攪拌均勻、充分和穩(wěn)定。第三，為了確保抗?jié)B混凝土具有較高的抗?jié)B性能，應盡量選用堿性激發(fā)劑。

4 混凝土澆筑與養(yǎng)護

4.1 混凝土的澆筑施工措施

在進行混凝土澆筑施工之前，需要進行混凝土強度檢驗以確保其質(zhì)量合格。這是非常重要的，因為只有當混凝土的強度達到要求時，才能開始施工。第一，泌水是指混凝土表面因過度濕潤，而出現(xiàn)分離和流動的現(xiàn)象，這會對混凝土的質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。通過控制澆筑速度，可以保持適度的濕度，從而避免泌水現(xiàn)象的發(fā)生[5]。第二，需要確保振搗時間的合適性，以實現(xiàn)混凝土的密實效果。振搗是指用振動設(shè)備將混凝土振動，以使其排除空隙并變得更加緊實。正確的振搗時間，可以確保混凝土內(nèi)部沒有氣泡和空隙，從而提高其密實度和強度。

4.2 混凝土的養(yǎng)護措施

在施工過程中，一旦澆筑完抗?jié)B混凝土，就必須立即考慮覆蓋、保濕和保溫的養(yǎng)護措施。第一，覆蓋混凝土表面，可以防止外界因素對混凝土的侵害。覆蓋材料通常使用塑料薄膜，能有效隔離空氣和水分，保持混凝土表面的濕潤環(huán)境。第二，在澆筑完混凝土后，及時進行保濕，可以防止水分過早蒸發(fā)，保持混凝土內(nèi)部的濕度和溫度穩(wěn)定。特別是在干燥和炎熱的氣候條件下，保濕措施尤為重要。通過噴水或設(shè)置灑水系統(tǒng)，可以使混凝土表面持續(xù)濕潤，有效地降低水分流失速度。第三，當混凝土表面溫度低于5℃時，必須采取保溫措施來避免凍害風險。常用的方法包括使用保溫劑或覆蓋塑料薄膜等。這些措施可以有效提高混凝土內(nèi)部的溫度，防止凍結(jié)引起的裂縫問題。第四，定期檢查和測試混凝土表面也是不可忽視的一項任務。通過觀察表面是否出現(xiàn)裂縫或變形，可以及時發(fā)現(xiàn)并解決潛在問題。而進行強度測試，也有助于確保混凝土達到設(shè)計要求的強度水平[6]。

5 混凝土溫度裂縫的控制

5.1 改善混凝土澆筑溫度

改善混凝土澆筑溫度的方法有多種。比如可以通過添加微膨脹劑或具有減水、增塑作用的外加劑，來有效降低混凝土收縮并減少溫度應力。這些添加劑能夠控制水泥漿體的黏性，使其更易于流動和均勻分布，在澆筑過程中減少內(nèi)部摩擦和阻力。而為了減少用水量并提高混凝土的密實性，可以添加粉煤灰或其他摻合料。粉煤灰是一種常用的摻合料，其細小顆粒可以填充水泥顆粒之間的空隙，減少孔隙率并提高混凝土的致密度。

另外，在混凝土配制過程中，應適量添加高效減水劑。減水劑可以降低混凝土的黏性，改善流動性，并且能夠在不增加水泥用量的情況下，降低水灰比。通過控制水泥和水的比例，可以更好地控制混凝土的坍落度和流動性，從而減少溫度應力。最后，為了降低混凝土澆筑溫度，還可以盡量減少水泥的使用量。水泥是混凝土中產(chǎn)生熱反應的主要成分之一，過多的水泥用量，會導致混凝土發(fā)熱過多，溫度升高較快。因此，在混凝土配制過程中，應根據(jù)工程需要合理控制水泥用量，并盡量將水灰比控制在0.5以下，以減少混凝土的溫度升高。

5.2 減少約束

使用伸縮縫來分割結(jié)構(gòu)，在某種程度上允許結(jié)構(gòu)的自由變形。伸縮縫的設(shè)置，可以幫助減小溫度和收縮引起的應力集中，從而降低結(jié)構(gòu)的損傷風險。根據(jù)結(jié)構(gòu)的類型和特點，來合理設(shè)置伸縮縫的位置和尺寸，以確保結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。此外，還有一些其他的結(jié)構(gòu)性措施，可以用來預防或減少溫度和收縮應力對結(jié)構(gòu)造成的影響。例如，在混凝土結(jié)構(gòu)中添加膨脹劑，可以增加其抗溫度變形的能力；在鋼結(jié)構(gòu)中采用彈性支座，可以吸收由于溫度變化和收縮引起的變形等等。這些措施旨在通過改善結(jié)構(gòu)的整體性能和適應能力，提高結(jié)構(gòu)的耐久性和穩(wěn)定性。

5.3 控制原材料的溫度和濕度

選用低水化熱的水泥，也控制混凝土溫度的關(guān)鍵。水泥的水化過程會釋放熱量，高水化熱的水泥，會導致混凝土溫度升高。因此，在生產(chǎn)過程中，應盡量選擇低水化熱的水泥，以降低混凝土溫度的升高。在澆筑時，則需要根據(jù)混凝土的體積、形狀和環(huán)境條件等因素，合理安排澆筑的順序和層次。這樣可以避免混凝土部分過早干燥，或過早受到外界溫度的影響，從而保持混凝土的均勻溫度和濕度。

6 提高混凝土抗?jié)B性的具體措施

6.1 做好施工準備工作

在進行混凝土施工時，為了提高其抗?jié)B性，需要做好以下幾點準備工作：第一，檢驗混凝土拌合物的性能。除了原材料的檢驗，還需要對混凝土拌合物的性能進行檢驗，以確保混凝土的質(zhì)量。第二，準備施工機具設(shè)備和模板。為了保證施工的順利進行，需要提前準備好必要的施工機具設(shè)備和模板。同時，還需根據(jù)實際情況選擇合適的模板，確保混凝土澆筑的形狀和尺寸準確。第三，對施工人員進行培訓。為了保證施工質(zhì)量，需要對施工人員進行培訓，使其了解混凝土施工的要求和操作方法。

6.2 對混凝土進行振搗

混凝土振搗是一項關(guān)鍵措施，用來提高混凝土的抗?jié)B性能。通過振搗器的振動作用，可以有效地提高混凝土的密實度和工作性能。在使用振搗器時，應確保按照正確的操作步驟進行，并合理控制振搗時間，以充分發(fā)揮振搗器的作用。根據(jù)經(jīng)驗，振搗時間應控制在15到20秒之間，通常不應超過30秒。這樣的時間范圍可以確保混凝土得到充分的振動，使其變得更加均勻致密。控制振搗時間的合理性對于混凝土的物理性能和抗?jié)B性能有著重要影響。

在進行振搗時，需要遵循"快插慢拔"的原則。具體來說，在剛開始振搗時，應采取較快的速度，將振搗器插入混凝土中，并以較慢的速度將其拔出。隨著振動的進行，當混凝土達到一定程度時，應改為快速拔出，并緩慢插入的方式進行振搗[7]。

6.3 施工質(zhì)量控制

在抗裂減滲混凝土工程中，項目部將采取現(xiàn)場質(zhì)量控制和監(jiān)測工作來確保施工質(zhì)量達到預期目標。這項工作將從施工階段開始，并持續(xù)到使用階段，包括監(jiān)測、評估和必要時的調(diào)整。具體來說，為了確保混凝土的抗裂性能和減水透水性能達到標準要求，項目部將采取以下措施。第一，監(jiān)測混凝土施工過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如原材料配比、攪拌過程、坍落度和振搗密實等。通過嚴格的監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)并糾正施工中可能存在的問題，以確保混凝土的質(zhì)量。第二，利用合適的儀器設(shè)備對混凝土進行抗裂性能檢測。例如，通過使用伸縮計、應變計等儀器，來監(jiān)測混凝土的收縮、膨脹和應變情況，以評估混凝土的抗裂性能是否符合設(shè)計要求。第三，通過進行減水劑試驗和透水試驗，評估混凝土的減水效果和透水性能。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，可以調(diào)整混凝土配比和施工工藝，以確保混凝土具有良好的減水透水性能。第四，在使用階段，項目部將定期對已施工完成的混凝土進行評估，并根據(jù)需要采取相應的調(diào)整措施。這樣可以及時解決可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題，并確保混凝土性能的穩(wěn)定和持久。

7 結(jié)束語

在水廠構(gòu)筑物抗?jié)B混凝土的施工分析中，深入探討了關(guān)鍵要素和實施策略。發(fā)現(xiàn)通過合理設(shè)計配方、選擇優(yōu)質(zhì)材料和科學施工工藝，能夠確保混凝土的抗?jié)B性能達到預期目標。而嚴格的質(zhì)量控制和監(jiān)測手段，則可以有效地提高施工質(zhì)量與可靠性。未來，相關(guān)人員及企業(yè)應繼續(xù)關(guān)注新技術(shù)與創(chuàng)新材料，不斷提升抗?jié)B混凝土施工水平，并加強與相關(guān)領(lǐng)域的合作與交流，共同推動水廠建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。