张家口龙泉广场蓄水池防渗施工技术分析

李国良

张家口市桥东建设局工程项目开发部

蓄水池是人工修建的具有防渗的蓄水设施,曾经在农业生产中广泛运用,而如今的文化广场建设,为了突出文化特色,也较多的用在景观水系中.无论何种水池,在施工中除达到设计要求,施工中防渗漏的技术措施是难点、重点.

1 工程概况

2007年张家口市龙泉广场开工建设,施工时间从9月18日至11月10日,该工程中的循环水系是广场主要的景色风格,450立方米的地下蓄水池是循环水系的核心.池壁、池底及池顶全部采用现浇钢筋防水砼,平面程扇形,中间设置一排钢筋砼承重柱,顶板为主次梁结构.砼设计强度等级为C30,抗渗标号P8,抗冻标号 D50.

2 技术分析

根据我国现行砼结构设计规范规定,地下或半地下的现浇钢筋砼水池,每隔25m～30m要设置伸缩缝,此长度范围内如果不设置伸缩缝,就会因温度变化或砼收缩变形导致水池开裂而引起渗漏,即便在其外部设置柔性防水也不能补救其渗水的危害.但在钢筋砼结构中,由温度变形引起的裂缝可以采用配置适当的温度分部钢筋来控制,而收缩变形引发的裂缝产生有其特殊的机理,单靠改变钢筋的布置是无法完全消除的.但是如果设置伸缩缝,不仅施工麻烦,而且一旦施工不当则极易引起渗漏,影响水池的正常使用.

在施工过程中,我与设计单位沟通,用极限变形来计算设置伸缩缝的间距L,如果结构物的长度(含宽度)小于L,则钢筋砼结构就可以不设置伸缩缝从而也不产生裂缝:

式中:E为弹性模量;H为板(或墙)的计算厚度,C为地基对砼的约束系数:α为砼的线性膨胀(一般取1×10-5),T为综合温差,εp为砼的基线拉伸,arcch为双曲线合余弦的反函数.

由上式知道,地基对底板的阻力系数在C趋于0时,即底板几乎不产生阻力,底板接近自由变形时,伸缩缝的间距可任意长,即可取消底板上的伸缩缝,因为本水池在结构底板下设置了土工布做为滑动层来解决对底板的约束;通过上式还可以看出,温差和收缩相对变形与结构材料的极限拉伸之间的关系(即α T 与εp的关系)很重要,一般总是｜α T｜＞εp,故分母总是正的,它们的差值越大,伸缩缝间距越小;差值越小,伸缩缝间距越大,当计算伸缩缝间距大于结构尺寸时,则无需设置缝.在降低温差或收缩与提高砼的极限拉伸值的方法中,提高砼极限拉伸值是十分困难的,而降低砼的水化热和减少砼的收缩变形倒是具有可行性.在综合温差T=T1+T2,其中T1为砼水化热最高温度与环境平均气温之差,规范中要求T1＜25℃,这个温差在施工中可以通过采取围护和养护措施实现;T2为砼收缩当量温差,T2=εy(t)/a式中的εy为砼收缩值.对于普通砼来说,εy(180)=(4～6)×10-4.而砼的早期(10～15天)极限拉伸值很低,一般εp=(1～2)×10-4(考虑徐变),因而很容易出现裂缝.

通过本水池工程实践证明,往砼中添加膨胀剂,不但可以弥补砼的收缩,在砼中建立预压应力,而且能降低砼的综合温差.以添加的氧化钙膨胀剂为例,产生的膨胀温差T2=1×10-4/(1×10-5)=10℃,即降低温差10℃,这是一种潜在的温差补偿效应,对于普通砼来说,由于产生收缩,T2为正值,对于加了膨胀剂的砼来说,由于产生膨胀,T2为负值,综合温差 T=T1– T2,使｜α T｜≤｜εp｜,便可控制裂缝的产生了.

3 施工控制原材料及配合比

(1)试验原料为:

黄洋山水泥42.5普硅(C),其安定性、初凝时间终凝时间等性能相当稳定,3天抗压强度达31.0MP,28天抗压强度最低达48.0MP以上.

建筑用中砂,产于大清河上游,细度2.6,含泥量0.2%,含水率1%.

石子,产于当地刘坪寺,10～20连续级配,含泥量0.02%,针片状含量3.2%.

无水硫酸钙型膨胀剂(CSA),CaO型膨胀剂(CEA).

河北沙电一级粉煤灰(FA),细度6%,需水量92%,失烧量1.40%.

FD-1型复合防冻剂.

试验配比的确定:用水量根据试配强度计算:

W/C=0.46×48÷(43.23+0.46×0.07×48)=0.49

大战在即，豆腐坊的生意却比往日更繁忙。假如不是四周枪炮林立，不是当街口一堆堆叠得小山似的沙包，还有沙包后伸出来的轻重机枪，光看豆腐坊的生意还真和平日里没啥两样：几大口铁锅一溜排开，火头正旺，入了锅的豆腐水滋滋冒着泡；几个伙计光着膀子，系着围裙，正抬着一大桶豆腐水往木格子里倒，只消一会，点了卤的豆腐就结得硬硬邦邦。

水灰比0.49,考虑历年经验数据和泵送剂的减水率确定用水量为175kg/m3.

胶结材料:水泥、粉煤灰、膨胀剂总用量计算值为357kg/m3,设粉煤灰对水泥的取代率为15%,则胶材总用量增加为373kg/m3.(CEA)膨胀剂为9.4%,由于水泥强度等级高,掺入粉煤灰,使胶材料总用量不至于太少,利于发挥膨胀剂的膨胀作用.

砂率:泵送砼坍落度控制指标为160～180mm,砂率选定42%.

(2)砼试验.

根据上述参数计算砼配合比,水灰比调整范围为±0.05,分三组试拌砼,配合比见下表1:

表1 砼配合比(kg/m3)

根据15组试验结果确定的工程实用砼配合比列于下表2.

表2 砼试验结果

根据我国现行砼外加剂实用技术规范的规定,配制补偿收缩砼水泥最低用量不得少于280kg/m3,所以将水泥用量调到300kg/m3,砂率调到43%,粉煤灰用量略有增加,新拌砼的塌落度180～200mm,和易性、可泵性良好.7天抗压强度大于85%,28天抗压强度达到120%.抗渗标号达到P10要求.14天水中限制膨胀率达0.021%.

表3 7天抗压强度MPa

表4 28天抗压强度(MPa)

养护制度一:在的冰柜里,成型后静停4h后,入冰柜,到龄期后由冰柜转标养室解冻3h后破型或测量(D养护).

养护制度二:在20标准养护室内养护,以作对比(B养护).

从低温7天可以看出,CSA膨胀剂具有早强性,单加CEA与CSA相比,前者强度较低.当试件从负温7天转为标养时,抗压强度均有较大幅度的攀升,接近于标养28天的强度,其接近程度,以CSA＞CSA+FA＞CEA.冰柜7天强度达到标准28天强度的25%以上,超过受冻临界结构强度.

4 体会及施工要点

(1)体会.

膨胀砼在负温条件下养护时,水泥的水化速度和膨胀剂的水化速度均减慢,二者的水化可基本协调进行.宏观上,强度随负温水化过程而较缓慢增加 ,限制膨胀率也有一定发展.负温转正温后强度以较快速度上升接近标养值,限制膨胀率也呈较大幅度增长.在整个养护过程中膨胀和强度发展具有协调性.掺CSA膨胀砼土负温强度大于同龄期掺CEA膨胀砼的强度,也大于复掺CSA和FA的砼的强度,表明CSA较CEA早强好,CSA复掺FA后强度下降.在进入冬季施工中,应优先选用CSA并控制粉煤灰的加入量.就养护条件而言,零下5度冰柜养护比冬季室外养护更恶劣,强度更低,膨胀砼在冬季施工时宜采用较好的保温保湿覆盖养护,可免受冻害,转正温后强度发挥正常.

(2)施工要点.

补偿收缩砼在施工时,要针对工程特点和膨胀砼的特性,砼的振捣必须密实,不得漏振、欠振和过振.在砼终凝前,要用人工或机械多次抹压,防止表面浓缩裂缝的产生,以免影响抗渗质量.后浇膨胀砼加强带中杂质必须清理干净,充分预湿,然后以用膨胀砼填充浇筑;膨胀砼要特别要加强保护,膨胀结晶体钙矾石生成需要水,补偿收缩砼浇筑后早期7～14天湿养护才能发挥补偿砼收缩而发挥膨胀砼的效应.底板等部位,易养护,可用麻袋或草席覆盖,定期浇水养护,若能蓄水更好.池体等立面结构,受外界的温度、湿度影响较大,容易发生竖向裂缝.通过这项工程,砼浇筑完3到4天内水化热温度达最高,而抗拉强度最低,如果早拆模板,墙体内外温差较大时而开裂,因此,墙体模板拆除时间宜不早于4天,如果采用木模板,墙体浇筑完后,1～2天,可松开木模板螺栓,让模板离开墙体2mm间隙,在墙体顶部布置软水管,在软水管两侧每隔200mm钻出水孔,喷淋5～7天后可拆除模板,再采用淋水或挂湿麻袋保温保湿养护14天;如采用钢模板,也需要带模板养护3～5天,拆模后宜采用涂抹养护液的方法进行养护.但在冬季施工时不能浇水,采用保温养护措施不少于14天.砼入模坍落度不宜过大,以140mm～160mm为佳,反之会引起砼离析而造成墙体砼的匀质性变差,造成其在硬化时收缩应力不均而产生裂缝.对外墙体回填土宜尽快完成并夯实,特别是在秋冬季施工时要高度注意.在负温施工时对砼出泵温度与入模温度的控制是很必要的,也是很关键的.

由于本工程属于大体积砼,针对其工程及施工时间特点,采用了补偿收缩砼技术,使用了膨胀剂与粉煤灰双掺技术,综合处理了强度、抗渗、防冻、泵送、降低中心温度与防裂等多方面相关关系,砼具有了良好的工作性能与力学性能.