水厂构筑物抗渗混凝土的施工分析

贲 贝

中铁上海工程局集团南京水务环保发展有限公司 江苏 南京 210036

1 项目概况

芜湖市湾沚区自来水厂取水口迁移工程取水及厂区项目，工程规划总规模为20万m3/d，其中近期建设规模10万m3/d。项目位于安徽省芜湖市湾沚区红杨镇万村，总用地面积约9.7868hm2。厂区项目中有以下水池构筑物：机械混合、折板絮凝、平流沉淀、气浮池，V型砂滤池，清水池，送水泵房与吸水井，反冲洗泵房与吸水井，排水池，排泥池，污泥浓缩池，储泥池。项目中要求C30、C35混凝土的抗渗等级为P6，其他带有腐蚀性的构筑物防渗等级提高为P8。因此，在施工过程中，如何解决水池构筑物混凝土的抗裂、减渗问题是最为关键的环节。

2 抗渗混凝土配合比的设计

2.1 水泥

在水泥的选择方面，硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥被认为是适合抗渗混凝土使用的理想选项，在本项目中所采用的水泥为42.5R转窑普通硅酸盐水泥，并且不使用氯盐作为防冻。同时，粉煤灰也是抗渗混凝土中的重要组成部分之一。根据规定，粉煤灰的种类应满足以下准则：I级粉煤灰的总灰量不得超过20%；Ⅱ级粉煤灰的总灰量不得超过15%，这是为了确保混凝土的性能和稳定性。另外，在选择沙子和石子时，应优先选用优质天然砂，禁止使用人工制备的砂子，这是因为优质天然砂，具有较好的颗粒形状和粒度分布，能够提供更好的力学性能和抗渗性能。石子最大粒径不得超过40mm，并且砂率应根据混凝土的强度等级来确定[1]。

2.2 骨料

表面较光滑的碎石不适用于抗渗混凝土，因为光滑的表面容易导致水化反应中产生较大的热量，进而引起温度裂缝的发生。为了改善混凝土的流动性和可泵性，可以使用卵石作为粗骨料。卵石具有圆润的形状和光滑的表面，使其能够更好地填充混凝土的空隙，并提高混凝土的流动性。

2.3 掺合料

抗渗混凝土的掺合料除了水泥外，还包括水和外加剂。在水泥的掺合料中，粉煤灰和矿渣粉被广泛使用。粉煤灰的添加量不得超过水泥重量的5%，可以选择一级、二级或经过试验符合要求的Ⅱ级粉煤灰。

混凝土的配制应采用二次投料、二次搅拌、二次覆盖的方法，并且要严格控制水灰比。这种配制方法可以确保混凝土的均匀性和一致性，从而提高抗渗性能。在具体施工过程中，首先投入部分骨料和水泥进行初次搅拌，然后再加入剩余骨料、掺合料、水和外加剂进行第二次搅拌，以获得更好的混合效果。在搅拌完成后，混凝土需要及时覆盖保湿，以防止水分流失和早期干燥引起的开裂问题[2]。

2.4 混合材料

添加减水剂是一种常见的混凝土调节方法。减水剂能够在混凝土中降低水分含量，从而减少水泥与水的反应数量，进而降低混凝土的水化热。这不仅有助于防止混凝土在早期阶段出现温度应力问题，还能提高混凝土的强度和耐久性。

粉煤灰同样也是一种常用的添加剂，可以替代部分水泥来制备混凝土。粉煤灰在混凝土中起到填充空隙的作用，从而改善混凝土的紧密性和稳定性。此外，由于粉煤灰是废弃物的再利用，使用粉煤灰，还能减少对自然资源的开采和环境的影响。类似地，矿渣粉也是一种常见的混合材料，是从冶金工业中产生的副产品中提取出来的，具有良好的活性，能够与水泥发生反应，形成坚固的胶凝体[3]。

总之，在选择混合材料时，需要考虑不同的外加剂对混凝土性能的要求，并确保除了水泥以外的其他材料，与外加剂没有发生反应，以避免降低其性能。项目部仔细研讨通过各种方案比选，综合考虑决定采用在混凝土中添加聚丙烯纤维、无机纳米抗裂减渗剂来提高混凝土的抗裂和减渗性能。

2.5 配合比设计

抗渗混凝土的配合比需要根据不同工程和不同部位，以及所使用的材料等因素来确定。在制备抗渗混凝土时，需要考虑以下因素。第一，施工现场条件。施工现场的环境条件，会对抗渗混凝土的配合比产生影响。例如，高温、低温或潮湿的气候条件可能要求采用不同的配合比，以确保混凝土的性能稳定；第二，施工进度。施工进度的紧迫程度也会影响抗渗混凝土的配合比，如果需要快速硬化的混凝土，需要选择具有快速硬化特性的水泥或外加剂；第三，工程质量要求。不同工程对抗渗混凝土的质量要求可能不同。例如，一些关键结构需要更高的抗渗性能，因此需要调整配合比，以提供更高的密实度和抗渗性；第四，工程造价。抗渗混凝土的成本也是需要考虑的因素之一。通过合理调整配合比，可以在满足抗渗性能要求的前提下，尽量降低材料使用量，从而降低整体工程造价[4]。

2.6 抗裂性能评估与优化

通过实验室测试来评估混凝土的抗拉强度、抗裂性能和韧性等指标。这些实验可以帮助了解混凝土在受力时的性能表现，并找到优化方法。第一，进行混凝土减渗性能的实验室测试，测定其渗透系数和吸水性能等参数。第二，通过添加纳米材料来改善混凝土的孔隙结构，减少孔隙之间的连接性，从而降低渗透性和吸水性。

3 混凝土搅拌

为了保证混凝土的质量和稳定性，在选择原材料时必须严格遵循一些规范和要求。第一，根据工程实际情况和质量要求，应该选择合适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，可以提供混凝土的强度和硬化特性。因此，在选择水泥时，要确保其符合国家标准，并且具有合适的品种和牌号。而粉煤灰是一种常用的掺和料，可以改善混凝土的工作性能和耐久性。在选择粉煤灰时，要考虑其细度、含量和活性，以及与水泥的配合比例。

第二，在混凝土搅拌过程中，必须按照规范要求进行操作，以确保混凝土的质量和性能。搅拌过程中，应根据混凝土的设计要求，控制水灰比、搅拌时间和搅拌速度等参数。同时，还需要注意搅拌设备的选择和使用，以确保搅拌均匀、充分和稳定。第三，为了确保抗渗混凝土具有较高的抗渗性能，应尽量选用碱性激发剂。

4 混凝土浇筑与养护

4.1 混凝土的浇筑施工措施

在进行混凝土浇筑施工之前，需要进行混凝土强度检验以确保其质量合格。这是非常重要的，因为只有当混凝土的强度达到要求时，才能开始施工。第一，泌水是指混凝土表面因过度湿润，而出现分离和流动的现象，这会对混凝土的质量产生不良影响。通过控制浇筑速度，可以保持适度的湿度，从而避免泌水现象的发生[5]。第二，需要确保振捣时间的合适性，以实现混凝土的密实效果。振捣是指用振动设备将混凝土振动，以使其排除空隙并变得更加紧实。正确的振捣时间，可以确保混凝土内部没有气泡和空隙，从而提高其密实度和强度。

4.2 混凝土的养护措施

在施工过程中，一旦浇筑完抗渗混凝土，就必须立即考虑覆盖、保湿和保温的养护措施。第一，覆盖混凝土表面，可以防止外界因素对混凝土的侵害。覆盖材料通常使用塑料薄膜，能有效隔离空气和水分，保持混凝土表面的湿润环境。第二，在浇筑完混凝土后，及时进行保湿，可以防止水分过早蒸发，保持混凝土内部的湿度和温度稳定。特别是在干燥和炎热的气候条件下，保湿措施尤为重要。通过喷水或设置洒水系统，可以使混凝土表面持续湿润，有效地降低水分流失速度。第三，当混凝土表面温度低于5℃时，必须采取保温措施来避免冻害风险。常用的方法包括使用保温剂或覆盖塑料薄膜等。这些措施可以有效提高混凝土内部的温度，防止冻结引起的裂缝问题。第四，定期检查和测试混凝土表面也是不可忽视的一项任务。通过观察表面是否出现裂缝或变形，可以及时发现并解决潜在问题。而进行强度测试，也有助于确保混凝土达到设计要求的强度水平[6]。

5 混凝土温度裂缝的控制

5.1 改善混凝土浇筑温度

改善混凝土浇筑温度的方法有多种。比如可以通过添加微膨胀剂或具有减水、增塑作用的外加剂，来有效降低混凝土收缩并减少温度应力。这些添加剂能够控制水泥浆体的黏性，使其更易于流动和均匀分布，在浇筑过程中减少内部摩擦和阻力。而为了减少用水量并提高混凝土的密实性，可以添加粉煤灰或其他掺合料。粉煤灰是一种常用的掺合料，其细小颗粒可以填充水泥颗粒之间的空隙，减少孔隙率并提高混凝土的致密度。

另外，在混凝土配制过程中，应适量添加高效减水剂。减水剂可以降低混凝土的黏性，改善流动性，并且能够在不增加水泥用量的情况下，降低水灰比。通过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动性，从而减少温度应力。最后，为了降低混凝土浇筑温度，还可以尽量减少水泥的使用量。水泥是混凝土中产生热反应的主要成分之一，过多的水泥用量，会导致混凝土发热过多，温度升高较快。因此，在混凝土配制过程中，应根据工程需要合理控制水泥用量，并尽量将水灰比控制在0.5以下，以减少混凝土的温度升高。

5.2 减少约束

使用伸缩缝来分割结构，在某种程度上允许结构的自由变形。伸缩缝的设置，可以帮助减小温度和收缩引起的应力集中，从而降低结构的损伤风险。根据结构的类型和特点，来合理设置伸缩缝的位置和尺寸，以确保结构的安全性和可靠性。此外，还有一些其他的结构性措施，可以用来预防或减少温度和收缩应力对结构造成的影响。例如，在混凝土结构中添加膨胀剂，可以增加其抗温度变形的能力；在钢结构中采用弹性支座，可以吸收由于温度变化和收缩引起的变形等等。这些措施旨在通过改善结构的整体性能和适应能力，提高结构的耐久性和稳定性。

5.3 控制原材料的温度和湿度

选用低水化热的水泥，也控制混凝土温度的关键。水泥的水化过程会释放热量，高水化热的水泥，会导致混凝土温度升高。因此，在生产过程中，应尽量选择低水化热的水泥，以降低混凝土温度的升高。在浇筑时，则需要根据混凝土的体积、形状和环境条件等因素，合理安排浇筑的顺序和层次。这样可以避免混凝土部分过早干燥，或过早受到外界温度的影响，从而保持混凝土的均匀温度和湿度。

6 提高混凝土抗渗性的具体措施

6.1 做好施工准备工作

在进行混凝土施工时，为了提高其抗渗性，需要做好以下几点准备工作：第一，检验混凝土拌合物的性能。除了原材料的检验，还需要对混凝土拌合物的性能进行检验，以确保混凝土的质量。第二，准备施工机具设备和模板。为了保证施工的顺利进行，需要提前准备好必要的施工机具设备和模板。同时，还需根据实际情况选择合适的模板，确保混凝土浇筑的形状和尺寸准确。第三，对施工人员进行培训。为了保证施工质量，需要对施工人员进行培训，使其了解混凝土施工的要求和操作方法。

6.2 对混凝土进行振捣

混凝土振捣是一项关键措施，用来提高混凝土的抗渗性能。通过振捣器的振动作用，可以有效地提高混凝土的密实度和工作性能。在使用振捣器时，应确保按照正确的操作步骤进行，并合理控制振捣时间，以充分发挥振捣器的作用。根据经验，振捣时间应控制在15到20秒之间，通常不应超过30秒。这样的时间范围可以确保混凝土得到充分的振动，使其变得更加均匀致密。控制振捣时间的合理性对于混凝土的物理性能和抗渗性能有着重要影响。

在进行振捣时，需要遵循"快插慢拔"的原则。具体来说，在刚开始振捣时，应采取较快的速度，将振捣器插入混凝土中，并以较慢的速度将其拔出。随着振动的进行，当混凝土达到一定程度时，应改为快速拔出，并缓慢插入的方式进行振捣[7]。

6.3 施工质量控制

在抗裂减渗混凝土工程中，项目部将采取现场质量控制和监测工作来确保施工质量达到预期目标。这项工作将从施工阶段开始，并持续到使用阶段，包括监测、评估和必要时的调整。具体来说，为了确保混凝土的抗裂性能和减水透水性能达到标准要求，项目部将采取以下措施。第一，监测混凝土施工过程中的关键环节，如原材料配比、搅拌过程、坍落度和振捣密实等。通过严格的监测，及时发现并纠正施工中可能存在的问题，以确保混凝土的质量。第二，利用合适的仪器设备对混凝土进行抗裂性能检测。例如，通过使用伸缩计、应变计等仪器，来监测混凝土的收缩、膨胀和应变情况，以评估混凝土的抗裂性能是否符合设计要求。第三，通过进行减水剂试验和透水试验，评估混凝土的减水效果和透水性能。根据监测结果，可以调整混凝土配比和施工工艺，以确保混凝土具有良好的减水透水性能。第四，在使用阶段，项目部将定期对已施工完成的混凝土进行评估，并根据需要采取相应的调整措施。这样可以及时解决可能出现的质量问题，并确保混凝土性能的稳定和持久。

7 结束语

在水厂构筑物抗渗混凝土的施工分析中，深入探讨了关键要素和实施策略。发现通过合理设计配方、选择优质材料和科学施工工艺，能够确保混凝土的抗渗性能达到预期目标。而严格的质量控制和监测手段，则可以有效地提高施工质量与可靠性。未来，相关人员及企业应继续关注新技术与创新材料，不断提升抗渗混凝土施工水平，并加强与相关领域的合作与交流，共同推动水厂建设的可持续发展。