浅析地下水池池壁施工中裂缝成因

2010-08-15吴建雄

科技传播 2010年13期

关键词：池壁墙板水化

吴建雄

南京南化建设有限公司，江苏南京 210044

浅析地下水池池壁施工中裂缝成因

吴建雄

南京南化建设有限公司，江苏南京 210044

地下水池池壁裂缝在工程实践中是一个较为普通的现象，而其裂缝渗水情况严重影响工程施工质量。本文在分析地下水池池壁混凝土与大体积混凝土的异同点的基础上，重点对于地下水池池壁裂缝产生原因进行分析，有助于今后控制地下水池池壁裂缝结构设计优化。

地下水池；池壁施工；裂缝成因；裂缝控制

0 引言

在化工建设工程中，有比较多的地下水池工程。钢筋混凝土地下水池的池壁由于混凝土结构裂缝的出现，常拌有渗漏水的情况，已成为一个较为普遍的质量问题，在裂缝出现后的修复工作难度大，确实是工程施工中需要重视的问题。本文主要分析了地下水池池壁施工中裂缝成因相关问题，并结合扬子-巴斯夫二期扩建项目中4#冷却循环水工程地下冷却水池分部工程采取的一些对应的防裂措施。

1 地下水池池壁混凝土与大体积混凝土的异同点

地下水池池壁混凝土的浇筑是一种大体积混凝土的施工，因此，地下水池墙板施工中裂缝产生的机理与大体积混凝土是一致的。由于水泥水化热、混凝上强度发展过程中的收缩变形，当变形受到内部或外部的约束产生的内应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就产生了裂缝。与大体积混凝土不同的是，地下水池池壁的结构断面尺寸具有其特殊性。一般情况下，地下水池池壁板的厚度相对比较小，高度比较高，而长度却相当长。由于平面尺寸的影响，使墙板受到的约束作用远大于一般大体积混凝土结构物，因而产生的收缩应力也很大，这是地下水池池壁比一般大体积混凝土构件更容易产生裂缝的重要因素之一。

尽管地下水池池壁的尺寸与一般大体积结构物相比，厚度要小很多，但在混凝土浇筑过程的温度应力却不容忽视。首先，由于地下水池墙体的结构位置及受力特点，决定了地下水池池壁所用的混凝土一般是高标号、高抗渗性能的泵送混凝土，因此，施工中的水泥水化热还是比较大的；其次，地下水池池壁的竖向平面养护极为困难：地下水池池壁的表面积与其他的大体积混凝土结构相比较而言是较大的，因而表面散热也较快，同时由于地下水池墙体所处的位置使池壁外侧面直接敞露在日光下容易引起混凝土内外较大的温差：这些因素都将导致裂缝的出现。

2 地下水池池壁裂缝产生原因分析

在地下水池工程施工中，池壁裂缝是一个较为普遍的质量问题，现已引起工程界的重视。结合实际工作分析裂缝形成的原因，主要有以下几点。

2.1 温度应力

由于水泥水化热而导致的温度应力是地下水池墙板这种大体积混凝土产生裂缝的主要原因。在实例中，大多数墙板开裂都是在拆模后的两天到一周内发现的，而开裂的具体时间应该更早，随着脱模后构件表面的干燥，裂缝会明显并随时间的增长而逐步发展：裂缝的位置一般在墙体的中部，呈竖向近似直线形，基本等间距；另一方面，混凝土的干缩所产生的裂缝在许多情况下也其有相同的形式，但通常此种裂缝是在混凝土浇筑2～3个月后才产生，干缩虽然不是混凝土墙体开裂的主要原因，但也是混凝土墙体裂缝发展的一个重要因素。

2.2 约束作用和收缩变形

收缩变形是混凝士的一种物理现象。当混凝土在发生变形变化时，会受到一定的约束。地下水池池壁板厚度若比较厚时（大于500mm），除了收缩以外，它还要承受厚壁墙板水化热和不均匀收缩而出现的自约束应力。墙板的结构特性（水池是一个封闭的结构,这是结构产生自我约束的外部可能），包括墙板的结构几何特性和竖向配筋率、水平配筋率及间距等，是产生约束的主要原因。地下水池池壁的厚度越厚，其自约束应力也就越大。而且因为当地下水池池壁比较厚大时，相应的水化热和温度应力也较大，但更重要的是收缩变形也相应增大。

3 结合实际采取的裂缝控制措施

3.1 温度应力产生的裂缝控制

这种类型的裂缝有关的因素包括混凝土材料、外界温度、混凝土浇注方式等。

1）混凝土的材料。混凝土的材料性质包括混凝土的强度等级、防渗等级、混凝土的配合比水灰比、原材料、外掺料、外加剂、坍落度等指标以及水泥的品种和用量，一般来讲混凝土的配合比水灰比和使用的水泥品种是影响温度应力大小的主要因素。而由于地下水池池壁所处的特殊位置，一般所用的混凝土强度等级高，有较高的防渗要求，防渗等级高(S6以上)，所以对于该部位使用的混凝土，混凝土的强度等级和防渗等级也是影响温度应力大小的重要因素。在冷却水池地下部分的施工中，我们对上述因素进行了控制，在该部位使用的普通硅酸盐混凝土C40，其水灰比为0.37，略小于一般混凝土水灰比（0.4～0.8），外加剂为微膨胀剂SF-A(抗渗剂)，用量为水泥用量的10%（8%～12%），这样我们在材料这个内部源头因素加以了合理的控制以减少混凝土的收缩而产生裂缝。

2）混凝土浇注方式。大体积的混凝土施工中基本采用泵送。水泥的用量、坍落度是泵送混凝土生产和施工时所需要考虑的：（1）其中与温度应力有关的是水泥的用量，如果水泥用量过少，会导致混凝土的和易性差，泵送阻力大，泵和输送管的磨损亦加剧，容易产生阻塞，因此，对泵送混凝土的水泥用量有一最小限制，我国规范规定为300kg/m3；（2）而与一般混凝土相比，泵送混凝土自身的坍落度要高。结合上述说明，那么在水泥用量不变的情况下，为了保证坍落度，必须提高用水量或是加入外加剂。如果提高用水量，水灰比增加，混凝土随着硬化过程，水分逐渐蒸发，在混凝土内部形成空隙，水分越多，空隙当然越多，从而降低了混凝土的密实度，则降低了混凝土的强度，也对水池抗渗不利。而且，在泵送混凝土中，水灰比比一般混凝土要高5%～10%，水灰比是温度裂缝产生的主要因素，在上段中已经详细说明，为了减少用水量而控制水灰比，减少温度裂缝，在冷却循环水工程地下冷却水池的施工中采取增加了外加剂的措施，增加了减水剂TMSY1-3（PC）。

3）外界环境。混凝土的温度是影响混凝土温度应力大小的重要的因素，包括混凝土施工温度、养护温度等。影响外界气温变化因素包括环境温度、湿度、风速等。由于地下水池墙板的混凝土浇筑后水泥的水化热较大，墙板的厚长，使得水化热聚积在内部较难散发；同时，地下水池池壁的表面积较大，散热较快，易产生较大的内外温差。因此，应当正确选择混凝土的浇筑方法和振捣方式；养护方法及时间；养护材料。在冷却循环水工程地下冷却水池的施工中，底板混凝土采取分段分层的浇筑方法,水池池壁采取分段不分层,从浇筑点开始沿两侧同时施工的方法,在混凝土浇筑完毕后12小时就开始进行了养护，二天后拆除了池壁模板，整体覆盖土工布(软质材料,保水性好)并浇水养护，养护时间为14天。另外，不同的混凝土龄期其水化热所引起的温度荷载是不一样的，基本上分为3个阶段，如下图所示（0～7天达到50～70%设计强度，这个百分比跟温度有关，温度越高，值越高，8～14天达到90%设计强度，15天以上），在混凝土浇筑后7天内是混凝土产生水化热的峰值期间，内外温差大，同时模板未拆除，为了保证混凝土的散热，浇水养护的频率和浇水量比正常养护时要大。当然自然环境条件变化所引起的温度荷载也是随机，也难以控制，我们所能采取的是合理的养护。综上所述，地下水池墙板混凝土施工期间外界温度的变化对其裂缝的开裂及防治都有重大的影响。

3.2 约束原因产生的裂缝控制

当混凝土凝结硬化时,在空气中体积收缩，在水中体积膨胀。通常混凝土收缩值比混凝土膨胀值大很多，混凝土的收缩值随着时间而增大，养护不好以及混凝土构件的四周受约束从而阻止混凝土收缩时，会使混凝土产生收缩应变，从而使构件表面出现收缩裂缝。对此，在冷却循环水工程地下冷却水池的施工中，使用了微膨胀外加剂，从内部机理上增加了混凝土的膨胀值，一定程度上减少了与混凝土的收缩值之间的差值，根本上减少了裂缝的产生，另外，采取了软质厚土工布进行整体进行覆盖，并保证养护时间及养护浇水量，避免风吹日晒，导致表面游离水分蒸发而产生急剧的体积收缩，也有效的减少因约束原因产生的裂缝。