污水處理廠水池混凝土施工技術及裂縫控制措施

文／鄒輝 深圳市特區建工能源建設集團有限公司 廣東深圳 518040

1.項目概述

本項目主要服務于深圳國家生物醫藥產業基地，總占地面積約為22563.79 平方米，建（構）筑物總面積為21734.46 平方米。其中新建全地下式污水處理廠1 座（含污水處理設備）建筑面積17197.26 平方米，污水處理規模為1 萬噸/天（其中醫藥廢水0.5 萬噸/天），污水處理廠出水水質執行《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）IV 類執行（其中 COD≤30mg/L,TN≤10mg/L）。

2.產生裂縫的原因分析

在應對大體積砼的裂縫問題時，我們需要深入分析其產生的原因。一方面，由于大體積砼的結構厚度與體積均較大，內部的溫度差異較大，導致砼不同部位的溫度變化不均勻。另一方面，砼的導熱性能相對較差，使得外部水化熱能夠快速散發，而內部熱量便難以及時散發出去。這樣就會導致砼不同部位間產生較大的溫差，并積累一定的溫度應力的積累，若是表部拉應力大于砼抗拉強度，此時便會形成裂縫。為了解決這方面問題，需要采取一系列措施來控制溫度變形的發生和開展。首先，在混凝土澆筑前，需要對技術和材料進行充分準備，確保混凝土滿足強度、剛度、整體性和耐久性等要求。其次，在施工過程中，可以采取表面保溫保濕養護的措施，例如使用塑料薄膜加麻袋進行全封閉養護，以保持混凝土內部一定的濕度[1]。

3.混凝土施工技術及裂縫控制措施

3.1 砼澆筑施工順序

本工程地下箱體頂板長約131 米，寬約68 米，厚度為0.3 米，頂板面積9150 平方米，結構厚實，混凝土澆筑量大，屬于大體積混凝土施工，為防止因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導致有害裂縫產生，按施工縫位置將地下箱體頂板分為一、二、三、四、五、六區域板塊進行流水施工，其中一區混凝土量約為573.42立方米；二區混凝土量約為291.53 立方米；三區混凝土量約為475.57 立方米；四區混凝土量約為498.08立方米；五區混凝土量約為305.33 立方米；六區混凝土量約為600.56 立方米；地下箱體頂板混凝土總量約為2744.49 立方米，均采用C40 抗滲P10 補償收縮混凝土。

3.2 原材料準備

在粗骨料的選擇上，采用了5 毫米～25 毫米連續級配石子且要求含泥量不超過1%，泥塊含量不超過1/200，針、片狀顆粒含量不超過1/10 等。此外，還要求粗骨料的空隙率不超過2/5；對于細骨料的選用，使用的是中粗砂，要求含泥量不超過1%等。低含泥量的細骨料能夠縮小砼的收縮，從而有效地避免裂縫的形成[2]。

3.3 摻和料準備

有一定活性的礦物摻和料，包括Ⅰ級磨細粉煤灰、磨細礦粉和礦渣粉等。這些摻和料可以替代一部分水泥，從而減小水泥的水化熱。通過摻加摻和料，可以有效地避免混凝土因溫度裂縫而受損，并優化砼的整體性能和密實度，使其具有更強的耐久性。摻和料的使用還能夠減小拌合物中C3A（三鈣鋁酸鹽）與堿的濃度，控制泌水和坍落度損失。

3.4 和易性

將大體積砼入泵坍落度控制在140 毫米±20 毫米以內，且嚴格禁止在工地現場對混凝土進行加水，嚴格把控好砼的用水比例，在天氣出現變化的情況下，需要按照砂石含水量的變動、氣溫的變動第一時間調節混凝土的配比。確保混凝土拌合物初凝時間大于8 小時，坍落度每小時損失不超過20 毫米，不會發生離析、泌水等問題。

3.5 配合比設計

在進行混凝土的配合比設計時，需要全面考慮混凝土的特征以確保其性能和質量。其中，降低收縮、保障強度以及減小水化反應所形成的熱量是非常重要的考慮因素。為了降低水化反應所釋放出的熱量，一種可行的方法是添加大量的粉煤灰來減少水泥的用量。粉煤灰既可以減少混凝土中水泥的含量，又可以減小砼內堿性物質，從而充分防范堿-集料反應的發生。

3.6 入模溫度

控制混凝土的入模溫度也是十分重要的一環，這樣可以有效地避免溫度裂縫的產生。為此，在施工過程中，需要注意防止陽光直照到砂石等原料上。此外，減小原料的溫度也是一個有效的手段，尤其是減小石子的溫度對于控制混凝土的入模溫度具有關鍵作用。在高氣溫條件下，還需要采取一些必要的措施來降低混凝土的出機溫度和澆筑溫度。其中，對于攪拌運輸車罐體和泵送管道的冷卻是非常關鍵的步驟之一。通過及時的冷卻處理，可以有效地減少混凝土的溫度，從而避免溫度過高引發的問題，并確保混凝土的性能和品質符合設計要求[3]。

3.7 生產運輸

（1）在混凝土生產過程中，攪拌站必須嚴格實行同樣的配比。另外，在正式開展生產活動前，應當完成攪拌樓計量設備的校驗工作，從而確保其誤差處于可接受范圍之內。

（2）針對不同的氣溫、運輸時間、道路距離以及砂石含水率等因素，必須及時調整原始的配合比（水膠比），從而保證砼澆筑環節的坍落度可以達到施工的要求。

（3）在天氣炎熱的情況下，需要有效的降溫方案，以控制混凝土的入模溫度，從而有效地預防溫度裂縫的產生。

（4）對于混凝土攪拌運輸車，在每一次清洗完畢后都必須徹底排除料筒中的余水，而且還要控制混凝土的運輸時間在1h 內，以避免坍落度過大損失。

（5）必須保證混凝土做到連續供應，以避免間隔時間太長而形成冷縫。

3.8 澆筑措施

（1）為了順利進行大體積混凝土的施工，必須準備充足的混凝土攪拌車、泵車與溜槽，避免因為設備不足而導致澆筑中斷或澆筑質量下降的情況發生。

（2）在進行混凝土澆筑前，必須與混凝土攪拌站進行聯系，確保混凝土的配合比、水泥標號、外加劑和摻合料等參數符合設計要求。

（3）設立指揮調度班組，負責協調和管理施工過程中涉及的車輛調度，盡可能縮短預拌砼的運輸和等待時間，確保輸送車之間做到順暢銜接。

（4）為了提高混凝土的施工效率，可以使用地泵、溜槽、塔吊等設備來增快澆筑速度。

（5）在混凝土振搗環節，可能會出現一定的泌水現象。對此，需在模板底側與上側留設一定的預留孔，通過這些孔隙將砼表部泌水排除，避免泌水在表面聚集，進而防止裂縫的形成。

（6）當混凝土澆筑至設計標高時，需要由抹灰工使用長刮尺來刮除多余的浮漿，并使用木抹子將表面打平。這個步驟對于防控表面裂縫的形成非常重要，能夠確保砼表面的平整度和光滑度，提高整體施工質量。

（7）管理人員、木工、鋼筋班組以及專職電工等相關人員都應該按照24 小時的值班制度進行輪班，及時調整施工方案、處理突發情況，保證施工的順利進行和質量的控制。

3.9 混凝土測溫及養護

3.9.1 混凝土測溫方式

該項目使用大體積砼電腦測溫系統聯合預埋測溫管實行測溫工作，主要操作步驟包括：先對各測溫探頭的初始溫度值進行測量，并記錄大氣溫度和入模混凝土溫度，為后續測溫提供基礎數據。在混凝土入模至澆搗完畢的4 天內，由于混凝土的水泥水化反應最為活躍，因此需要每隔6 小時測溫一次，以獲取混凝土溫度的詳細變化情況。之后，隨著水化反應逐漸降低，測溫間隔可改為每間隔8 小時進行一次溫度的測量。

3.9.2 測溫點布置

對每處監控點分別設置上中下三項測點，位置分別為：上部測點處于混凝土上表面50 至100 毫升的位置；中部測點處于承臺砼豎向中心部位；下部測點處于混凝土下表面50 至100 毫升的位置。且三處測點間隔距離均不得超過六百毫米。

3.9.3 用料測溫時間周期及數據記錄的要求

（1）測溫應從砼入模時開始，包括測量混凝土入模時的溫度和同時測量環境大氣溫度。

（2）對每一測溫組（批次）的砼入模日期、時間以及砼拌合物的溫度進行記錄。

（3）針對每一組測溫點，應記錄砼表面溫度和內部各處測點的溫度數值。

（4）測溫結果需要認真填寫并穩妥保管，防止遺失。

（5）測溫人員在工作上一定要做到細心、耐心、認真、負責，仔細記錄每組測溫點的溫度數據，確保數據的準確性和有效性。

（6）在測溫結束后，需要采取措施封閉測溫管，常見的做法是使用高標號無收縮防水砂漿實行注漿封閉。

3.9.4 混凝土養護措施

（1）對混凝土進行養護的主要目的是確保混凝土在硬化過程中能夠達到預期的強度和性能。其中，保溫保濕是非常重要的措施。通過保溫養護，能夠降低混凝土表部熱量的發散，降低溫度差，有效防范表面裂縫和貫穿裂縫的形成。

（2）混凝土養護需要采取覆蓋塑料薄膜和麻袋的方法。這樣的覆蓋層能夠有效地減少水分的蒸發，避免砼表面產生干縮裂縫。塑料薄膜能夠形成一個封閉的環境，使混凝土內部濕潤，并且防止外界水分的滲透。而麻袋則具有較好的保濕性能，能夠吸收并保持一定量的水分，有利于混凝土的水泥水化反應順利進行。

（3）在進行養護覆蓋工作時，要確保貼實且細致。特別需要注意的是，搭接寬度不應小于10 厘米。

（4）墻柱插筋間的空隙較小，在保溫措施上需要格外注意。一種常見的方法是使用條形薄膜進行覆蓋，保證墻柱插筋位置的保溫工作得以實施。此外，還可以添加額外的保溫材料，如保溫棉等。

（5）養護期間可能會出現天氣突變或其他溫度變化的狀況，因此要及時監測混凝土的溫度變化，并根據熱工計算進行相應的調整。

（6）在養護期間，若是存在覆蓋不完整、表面發生泛白、形成干縮裂縫的情況，需要立即采取解決對策，同時要提高養護力度。例如，重新調整覆蓋物的位置和貼合度，增加濕潤程度，確保充分的保溫保濕效果。

（7）混凝土澆筑結束之后，要在12 小時內進行覆蓋養護。這是因為混凝土在早期的干縮過程中容易產生裂縫，及時的覆蓋養護可以有效地減緩干縮速度，降低裂縫的產生概率。另外，混凝土的養護時間不可少于14 天，這是為了確保混凝土的充分硬化和強度發展，使其具備正常使用所需的性能和穩定性。

3.9.5 混凝土溫度計算

（1）砼澆筑內外溫差估算

①混凝土水化熱溫度計算

絕熱溫升值可以由以下的式子算出：

式中各符號分別代表：

Wa—絕熱溫升，單位為℃；

K1——每一立方米砼需要用到的水泥總量，取值為407 千克/立方米；

R——每使用一千克水泥在28 天內所能產生的水化熱，取值為375 千焦/千克；

B——砼比熱，取值為0.97[千焦/（千克·開爾文）]；

ρ——砼密度，取值為2.4＊103（千克/立方米）；

c——代表的是常數，取值為2.718；

h——砼齡期，單位為天；

n——代表的是系數，其會隨著澆筑時的溫度而有所不同，取值為0.406；

根據以上式子可以計算得出如下結果（見表1）。

表1 砼絕熱溫升值

（2）混凝土內部中心溫度計算

式中各符號分別代表：

W1（h）——砼在h 齡期時的中心溫度，為砼內部溫度的最高點

Wj——砼澆筑溫度，取值為30℃

ξ（h）——h 齡期降溫系數，取值見表2。

表2 h 齡期的ξ 值

砼中心溫度計算結果見表3。

表3 h 齡期的W1 值

根據表3 中的相關數據可以了解到，在第六日，混凝土的中心溫度達到最高，因此后續實驗針對混凝土澆筑后的第六日溫差予以計算分析。

（3）混凝土養護溫度計算

①保溫材料厚度

式中各符號分別代表：

D——代表保溫材料的具體厚度，單位為米；

Zi——不同保溫材料對應的導熱系數，單位為[瓦/米·度]，取值按照麻袋取0.14；

Z——砼導熱系數，取值為2.33[瓦/米·度]；

W2——砼表部溫度，取值為33.3℃；

Wq——施工過程中的大氣平均溫度，取值為30℃；

W2-Wq—-取值為3.3℃；

Wmax-W2—取值為21℃；

Xb——傳熱系數修正值，取值為2；

D=0.5s·Zi(W2-Wq)Xb/Z·（Wmax-W2）＊100=1.5 厘米。

因此可使用一層麻袋，同時在其上下方分別鋪上一層塑料膜實行養護。

②混凝土保溫層的傳熱系數計算

β=1/[ΣDi/Zi+1/βq]

式中各符號分別代表：

β——砼保溫層的傳熱系數，單位為[瓦/平方米·度]

Di——不同保溫材料對應的厚度，單位為[瓦/米·度]

βq——空氣層傳熱系數，取值為23[瓦/平方米·度]將各數據代入式子中，計算得出β=6.65。

③混凝土虛厚度計算

Sˊ=l·Z/β

式中各符號分別代表：

Sˊ——砼虛厚度，單位為米；

l——折減系數，取值為2/3；

Z——砼傳熱系數，取值為2.33[瓦/米·度]；

Sˊ=l·Z/β=0.2335。

④混凝土計算厚度

S=s+2Sˊ=2.07 米

⑤混凝土表面溫度

W2（h）=Wq+4·Sˊ（S-s）[W1（h）-Wq]/S2

各齡期砼中心計算溫度（W1（h））與表面溫度（W2（h））見表4。

表4 混凝土溫度計算結果表

由表4 便可得知，砼內外溫差小于25℃，滿足要求。

結語：

由上可知，在進行水廠矩形水池混凝土施工作業時，因為采用了一定的預防裂縫形成的措施，在此水池混凝土施工結束之后，經過檢查沒有發現存在裂縫。所以，只要采取可靠的施工技術，便可實現對施工質量的有效把控，防范裂縫的形成，進而保障水廠水池混凝土施工效果。