关于垃圾焚烧电厂垃圾坑混凝土裂缝控制及抗渗性能研究

尚伟坤

（广州环投增城环保能源有限公司，广东 广州）

1 生活垃圾焚烧发电厂垃圾坑简介

垃圾坑是指生活垃圾焚烧发电厂储存生活垃圾的坑池，结构形式通常为长方形钢筋混凝土池体结构；垃圾坑是一个密闭且具有抗渗防腐能力的钢筋混凝土池体，主要作用是接收和储存生活垃圾，收集生活垃圾在存储发酵过程中产生的渗沥液。

2 垃圾坑钢筋混凝土结构的裂缝控制

2.1 项目介绍

本文以广州市第六资源热力电厂二期工程项目（以下简称：本项目）详细介绍垃圾坑钢筋混凝土结构施工裂缝控制及防水工程施工要点，如何有效提高混凝土结构自身抗渗能力，防止垃圾坑内渗沥液外溢污染地下水土壤环境。本项目配置两个垃圾坑内宽度28.95 m，长分别为54.4 m 和60.4 m；垃圾坑外形尺寸，长131.5 m 宽41.3 m，包含垃圾坑渗沥液坑和污泥池，均为钢筋混凝土结构，设置三道宽度2 m 的膨胀加强带。根据大体积混凝土施工规范，垃圾坑底板混凝土施工属于大体积混凝土，按大体积混凝土规范要求组织施工。图1 为垃圾坑底板及墙体模型示意。

图1 垃圾坑底板及墙体模型示意

2.2 大体积混凝土裂缝原因

2.2.1 温度裂缝

混凝土中水泥的矿物与水发生反应释放大量水化热，混凝土凝结过程中温度上升；由于大体积混凝土结构不易散发热量，混凝土内部与混凝土表面产生温差，混凝土内部产生温度应力，混凝土温度应力超出混凝土抗拉强度会产生温度裂缝[1]。

2.2.2 收缩裂缝

沉降收缩裂缝，混凝土是由不同密度的原材料组成，混凝土浇筑过程中在振捣棒和自身重力的作用下，大密度原材料（例如：碎石）下沉，水泥浆上浮，排出混凝土中的水分和气体；混凝土表面会产生沉降收缩裂缝。塑性收缩裂缝，混凝土在养护过程中混凝土表面受太阳光、风速等影响加快混凝土表面水分丢失，混凝土体积会快速收缩产生的裂缝[2]。

2.2.3 施工冷缝

分层浇筑混凝土时，第一层混凝土已经处凝，在已处凝的混凝土表面浇筑第二层混凝土，上下层混凝土之间衔接处的缝隙叫施工冷缝。

2.3 大体积混凝土裂缝控制措施

2.3.1 温度裂缝的控制

2.3.1.1 原材料控制

混凝土设计：垃圾坑底板及墙壁设计采用补偿收缩防水混凝土强度等级为C40，抗渗等级为P10。水泥、粗骨料、砂、矿粉、外加剂、塌落度的选用满足相关要求。

2.3.1.2 混凝土浇筑

（1）混凝土浇筑应匀速进行，根据混凝土自然流动形成坡度的情况，在浇筑位置前后布置两台振捣器，通过混凝土的流动及振动作用，达到均匀铺摊的效果。浇筑中混凝土应分层浇捣，全面振捣，严格控制振捣时间、移动间距和插入深度，以确保混凝土振捣密实[3]。图2、图3 分别为混凝土浇筑布料示意和振捣示意。

图2 混凝土浇筑布料示意

图3 混凝土振捣示意

（2）混凝土表面的处理：混凝土浇筑完成后，刮杠找平，再用抹子反复搓压3～4 遍，直到混凝土表面密实，最后一遍用铁抹子抹平，抹平后及时用塑料薄膜覆盖。

2.3.1.3 混凝土养护

根据《大体积混凝土施工标准》GB50496-2018 和《建筑施工计算手册》计算混凝土保温层厚度；本项目为大体积混凝土，对温度要求严格，在混凝土养护期间应做好保温保湿工作。混凝土终凝以后及时在混凝土表面浇水，覆盖两层塑料薄膜（纵横交错布置）并加盖麻袋片保湿、在其上盖两层棉被保温，根据测温情况，如有温度变化增减养护材料。

2.3.1.4 混凝土测温

本项目采用JDC-2 型便携式电子测温仪进行混凝土温升情况的测定。优点是：用途广、精度高、直观、操作简单、便于携带。

方法是每一测温点位传感器由距离板底100 m，板中1 个，距板表面100 mm 各测温点构成，各传感器分别附着于φ16 圆钢支架上。在混凝土有代表性的部位布设测温点，每个测温点设上、中、下共3 个（局部布置5 个点）测探头，混凝上浇筑完成后对混凝土进行温升监控。图4、图5 为测温导线布置及探头大样。

图4 测温导线布置

图5 测温导线探头大样

测温频率：测温延续时间自混凝土浇筑始至拆除保温为止，同时不少于20 d；测温时间间隔，混凝土浇筑后1～3 d 为每隔2 h 一次，3 d 以后每隔4 h 一次。遇到温度变化情况及时反馈，混凝土内部（中心与表面下100 mm 处）温差不超过20 ℃，混凝土表面温度（表面以下100 mm）与混凝土表面外50 mm 处的温差不大于25 ℃；混凝土降温速度不大于2 ℃/d；撤除保温时混凝土表面与大气温差不大于20 ℃。当各种温差达到18 ℃时应预警，22 ℃时应报告指挥部[4]。按既定方案措施执行。

2.3.1.5 大体积混凝土裂缝控制计算

大体积混凝土结构出现贯穿裂缝，主要是由于平均降温差和收缩差引起的收缩应力大于混凝土此时的抗拉应力而产生裂缝。

应力计算公式为：σ=-E(t)·а·ΔT·H(t)R/(1-ν)

式中，σ-混凝土的温度（包括收缩）应力（N/mm2）；E(t)-混凝土的弹性模量（N/mm2），一般取平均值；а-混凝土的线性膨胀系数，取10×10-6(1/℃)；H(t)-考虑徐变影响的松弛系数，按表1 取用;R-混凝土的外约束系数,当为岩石地基时,R=1，当为可滑动的垫层时,R=0,一般土地基取0.25～0.5, 本工程根据地质情况取R=0.5;ν-混凝土的泊松比，取0.15。

表1 考虑徐变影响的松弛系数

根据《混凝土结构计算手册》第1 页可知：3 天混凝土抗拉强度0.9 N/mm2（7 天混凝土抗拉强度1.2 N/mm2，15 天混凝土抗拉强度1.2 N/mm2）小于降温温差收缩应力，混凝土表面会产生裂缝。因此，我们通过在基础表面覆盖塑料布和棉被，提高混凝土表面的温度，即Th 提高，通过保温养护，混凝土表面实际温度可达38.5 ℃；

此时的温差为：

3 天：ΔT=T0+2/3·T (5)+Ty (5)-Th=15+2/3×39.5-1.97-30=9.36℃

7 天：ΔT=T0+（2/3）·T (7)+Ty (7)-Th＝15+(2/3)×44.65-2.73-30=12.04℃

15 天：ΔT=T0+(2/3)·T (15)+Ty (15)-Th＝15+(2/3)×50.26-5.59-30＝12.92℃

产生应力为：

3 天：σ=[-E (t)·α·ΔT/(1-ν)]·H (t)·R＝（1.08×104×10×10-6）×9.36×0.536×0.5/(1-0.15)=0.32 N/mm2≤0.9 N/mm2

7 天：σ=[-（E (t)·α·ΔT）/(1-ν)]·H (t)·R＝（1.402×104×10×10-6×12.04）×0.536×0.5/（1-0.15）=0.532 N/mm2≤1.2 N/mm2

15 天：σ=[-E(t)·α·ΔT/(1-ν)]·H(t)·R＝（2.22×104×10×10-6×12.92）×0.536×0.5/(1-0.15)＝0.897 N/mm2≤1.5 N/mm2

由此可见，当混凝土表面通过覆盖保温，其表面温度30 ℃以上时，混凝土表面就不会产生温度裂缝。

2.3.2 收缩裂缝的控制

（1）原材料控制在混凝土中掺加纤维。

（2）混凝土浇筑完成后养护措施到位。

（3）混凝土振捣到位，严禁使用振捣棒分摊混凝土。

（4）混凝土二次振捣；混凝土表面收光（压光收面），混凝土表面覆盖塑料薄膜养护，薄膜上层覆盖沾水的麻袋片（或者无纺布），顶上覆盖玻璃丝棉被用槽钢镇压；防止太阳直晒和大风天气加速混凝土表面水分蒸发产生裂缝。

（5）钢筋外层增加直径φ4@150 钢筋网片（混凝土保护层处），放置于保护层下1/3 处，用垫块垫起。

2.3.3 施工冷缝的控制

（1）合理布置混凝土泵车、罐车数量确保运输时间、混凝土振捣设备机人员充足。

（2）现场及时协调混凝土浇筑顺序，合理布置混凝土泵车。

（3）混凝土原材料控制，凝土中掺加缓凝剂时，施工前应试配混凝土，测试出掺加缓凝剂后混凝土初凝时间[5]。

3 垃圾焚烧发电厂垃圾坑混凝土结构设防

3.1 垃圾坑设防原因

相关人员尽力去解决各种影响因素，防止混凝土结构出现固有弊端；混凝土在浇筑成型后依然会出现多孔状、收缩开裂等缺陷，致使混凝土结构不具有完全防水功能，容易受到外界空气、水分等因素的影响，产生开裂渗漏、碳化、中性化、碱骨料反应等不良结果。因此，在施工过程中采取有效措施增强混凝土结构密实度，增强混凝土抗渗性能非常重要，后期的辅助性设防更加必要。

垃圾坑的混凝土结构暴露在特殊环境中，其不可避免地将会接触到酸碱度不一的物质，特别是具有一定腐蚀性的垃圾渗沥液，对混凝土结构会造成严重的、持续性的侵害。因此，我们必须采取有效措施来阻断这类腐蚀性物质对混凝土结构的破坏，进一步提高混凝土结构抗渗（抗渗漏）能力。

3.2 垃圾坑设防施工

本项目采用XYPEX（赛柏斯）防水涂料，该材料粘结力强，涂料中的活性成份可渗入混凝土中的毛细孔、微裂纹并产生化学反应，与混凝土内部融为一体而形成一层结晶致密的防水层；防水涂料经固化后形成的防水层具有一定的延伸性、弹塑性、抗裂性、抗渗性，能起到防水、防渗作用。

4 垃圾坑池混凝土结构抗渗试验

坑渗试件现场钻心取样，取样位置为渗沥液收集池与垃圾坑衔接处，此处墙体厚度2.7 m 高3.0 m 取样位置在距离地面2.65 m 处，经设计确认此处对结构无影响，经过试验数据，本项目采用的裂缝施工工艺浇筑的混凝土抗渗达到并超过设计值。

结束语

本项目通过市场调研（搅拌站考察）、资料参考、经验总结等多种方法对垃圾坑混凝土结构温度裂缝、收缩裂缝和施工冷缝的控制研究，提出对大体积混凝土结构的水化热控制采用内防外治措施，有效控制垃圾坑混凝土结构裂缝，提高混凝土自身抗渗性能，防止垃圾坑渗沥液渗漏对混凝土结构内钢筋腐蚀，提高混凝土结构耐久性能，延长混凝土结构使用寿命；通过实践使用情况满足混凝土抗渗等级要求目标，达到标本兼治，结构自防原则。有助于同行业（或者有抗渗等级要求混凝土结构）对大体积混凝土裂缝预防及其控制措施起到很好的借鉴作用。