污水处理厂工程中混凝土防渗抗裂技术的应用

　　摘要：随着国家对环保的越来越重视，各地新建污水处理厂也越来越多。污水厂的设计和规范要求表明，污水厂当中的池类结构不允许有裂缝、不允许渗水。如何解决池类结构的防渗抗裂，是面临污水处理厂工程建设中最为关键的问题。为了解决这个问题，从结构形式到施工工艺以及细部处理，始终围绕解决防渗和抗裂问题开展施工技术，多种措施并重，多项防渗抗裂技术的采用，较好的解决了污水处理厂工程中的防渗抗裂问题，保证了工程的正常投产。
　　关键词：污水处理厂，池类混凝土，防渗，抗裂，技术措施
　　苏州市吴中区城南（城区）污水处理厂工程处在苏州市田上江路的东面，占地面积约10.27公顷，日处理污水15万吨，新建的池类工程主要为进水粗格栅及提升泵房、细格栅及曝气沉砂池、初沉池及污泥泵房、A2O生化反应池、二沉池及配水井、紫外线消毒池、污泥投配池等。本工程池类构筑物混凝土抗渗等级均为P8，强度等级有C30、C35、C40三种。
　　按照业主的要求，混凝土外表面为清水混凝土，不做任何装饰处理。为达到这一效果，最根本的问题就是彻底解决混凝土的开裂和渗漏问题。因此，在设计和施工过程中针对不同池体采取各不相同的防渗、抗裂技术措施。
　　1、 高性能膨胀抗裂剂的应用
　　根据设计和规范要求，本工程混凝土防水等级为2级，混凝土结构表面裂缝不应大于0.2mm，并不能贯通，防渗等级为P8。经过对各种防渗剂的技术参数的比较，综合选用了武汉某某厂生产的SY-G型高性能膨胀抗裂剂，
　　○1SY-G抗裂剂的机理：本产品采用回转窑生产的特种膨胀熟料——硫铝酸钙（CAS）及铝酸钙（CA）为主要成分，配入适量硬石膏及混凝土活化剂，经过特殊工艺处理而成。本膨胀抗裂剂掺入到水泥混凝土后发生水化作用，生成大量膨胀性结晶水化物即水化硫铝酸和铝酸钙，使混凝土产生适度膨胀，在一定的钢筋和临位的约束条件下，使混凝土内部建立0.2~0.7MPa预压应力，可以抵消由于混凝土干缩、渐变等引起的拉应力，从而防止或减小混凝土收缩，并使混凝土密实化，提高了混凝土的抗裂防渗性能。
　　○2产品技术性能：
　　 掺量：防水混凝土掺量胶凝材料6~8%，补偿收缩混凝土掺胶凝材料8~10%；
　　 细度：<12%，比表面积250~350m2/kg；
　　 限制膨胀率：水中7d≥0.025%,水中28天≤0.10%，空气中21d≥-0.02%；
　　 抗压强度：不低于基准混凝土，凝结时间与混凝土相同，对坍落度无影响；
　　 耐久性能：抗渗等级>P30，抗冻等级>F150，不含氯离子，对钢筋无锈蚀作用，抗化学侵蚀、耐磨性、抗碳化能力优于普通混凝土，无毒、无味，对水质无影响；
　　 与化学外加剂适应性好，碱含量低，并能降低混凝土水化热10~15%以上。
　　○3配合比设计：根据防水混凝土的配合比要求，膨胀抗裂剂按掺入量6%、8%、10%三种由搅拌站实验室试配，28天后进行试压及抗渗试验，综合比较后采用如下配合比：
　　材料名称 水泥 黄砂 石子 水 外加剂 防裂剂 混合材
　　规格 P.O42.5级 中砂 5-25mm  NF-15 SY-G Ⅰ级粉煤灰
　　每m3材料用量（kg） 298 751 1037 179 5.97 28 72
　　○4使用方法：根据实验室配合比，考虑现场砂的含水率，转换成施工配合比。所掺入的SY-G用量随混凝土细骨料一同加入搅拌，运至现场进行浇筑，使用方便。
　　○5使用效果：结构完工后进行满水试验，在试验过程中，局部存在毛细渗水现象，但3天后，渗漏部位毛细孔全部自行封闭，不再渗水。
　　2、 大型池体结构混凝土采用跳仓浇筑技术
　　本工程中A2O生化反应池共两座，各长95米、宽87米，底板最厚处为900，外墙断面为梯形，墙根最厚为900，顶部最薄为400，墙高为7.9米，混凝土强度等级为C30，抗渗等级为P8。
　　对这类大容积池类结构进行施工中，控制好混凝土裂缝的产生是保证施工质量的关键。由于水泥的水化反应释放出的水化热，会引起混凝土混凝土内外温度的变化，而这种温度的变化会产生较大的温度应力和收缩应力，进而使混凝土出现裂缝，引起池体结构的渗漏，对池的使用功能产生不良影响。而在钢筋混凝土结构施工中，通常采用设置后浇带，利用后浇带的施工方法来释放温度应力和收缩应力，控制裂缝的产生。而根据防水混凝土规范要求，后浇带混凝土的浇筑应在其两侧混凝土龄期达42天后进行，这样会耽误大量的时间，会严重影响工期，同时后浇带中清理垃圾困难，对混凝土工程质量产生一定的影响。
　　因此，按国家规范把整个池体结构划分成12块，块与块之间通过伸缩缝分开，伸缩缝中设中埋式橡胶止水带避免渗漏，再块与块之间采用φ25@300的圆钢做传立杆，保持池体的整体性，伸缩缝上面再嵌防水油膏。池体结构施工采用混凝土跳仓浇筑技术，即块体之间浇筑时间间隔不少于7~10d，使浇筑后的块体混凝土能在较短距离范围内释放温度应力，极大减少混凝土产生裂缝的机理，解决超长结构混凝土的有害裂缝，从而有效的保证了施工质量。墙体按底板施工的先后顺序组织流水施工。具体划块见右图：
　　满水试验一次性成功的实践证明，在超长结构混凝土中采用调仓浇筑技术，能极大减少混凝土产生有害裂缝，提高了施工质量。
　　3、 无缝施工法的在大型池底板中的应用
　　本工程中的初沉池，底板直径31.3米，二沉池底板直径46.3米，厚度为450mm，混凝土强度等级为C30，池壁为圆形的整体池壁，采用了无粘结预应力技术。
　　这两类池在污水处理工艺中是最为关键的环节，刮泥机（或吸泥机）伸臂与池底板的吻合程度要求相当高，任何稍微的沉降不均都会造成刮泥机使用满足不了效果，就会影响水质达标。因此，这两类池的底板混凝土必须整浇，为加快结构施工的进度，同时也减少混凝土渗漏的概率，采用在底板结构收缩应力较为集中的部位设置了加强带。如右图：
　　根据有关资料文献：加强带就是在结构收缩应力最大的地方高比例掺加具有膨胀性的外加剂，使加强带处相应产生较大的膨胀来补偿结构的收缩。
　　按前所述，池类混凝土中均添加8%的高性能膨胀抗裂剂，具有一定的补偿功能，而在加强带处的混凝土采取完全补偿混凝土，混凝土膨胀抗裂剂的添加比例提高到10%，混凝土并提高一个等级为C35。
　　加强带的混凝土在普通混凝土浇筑完毕后立即进行，极大的减少了后浇带施工需等待的时间，一次成型。加强带混凝土与普通混凝土之间只要在绑扎钢筋时用多层钢丝网片隔开就可，施工简单方便。
　　初沉池、二沉池是污水处理系统中主要的构筑物，个数多（共8个）、混凝土面积大（约为10000m2），在施工过程中占有很大的比重，全部采用无缝施工法施工，凸显了经济和社会效益。
　　4、 无粘结预应力混凝土施工技术的应用
　　初沉池墙壁周长95米，高4米，二沉池的墙壁周长141米，高5.1米，墙厚均为350，整个墙壁不允许设伸缩缝和施工缝，一次成型。按规范要求池壁在满荷载（水压力）作用时不产生大于0.2mm的裂缝，因此在结构设计中采用了无粘结预应力技术。
　　预应力混凝土施工技术就是预先给钢筋混凝土构件（混凝土墙）施加压应力，使之建立一种人为的应力状态，这种应力的大小和规律，能有利于抵消施工荷载作用下产生的拉应力，因而使混凝土构件（混凝土墙）在使用荷载(水压力)作用下不开裂，或推迟开裂，或者减小裂缝开展的宽度。不允许构件产生裂缝或者裂缝很小（一般肉眼很难看到）的预应力混凝土叫全预应力混凝土。墙壁无裂缝产生，只要混凝土浇捣密实，因而从根本上可避免混凝土渗水的情况。
　　本工程中预应力施工技术的应用，重点是在池壁上布筋的合理性和张拉的先后顺序和方法：
　　○1预应力筋采取搭设布置
　　由于池壁周长较长，预应力筋如不作分段搭接，则长度较大，转角也较大，其预应力损失必定很大，池壁抗裂性能难以满足要求。因此在施工中将环向预应力筋每周均分为3段，包角为120°；为方便张拉，在池壁上每隔60°设置锚固肋，每相邻（上、下）钢铰线束锚固端位置错位60°。这一搭接方法给施工带来方便，预应力束制作、布置简单，搭接示意见下图。
　　
　　○2预应力张拉顺序及方法
　　 从顶、底端分别向下、向上同时张拉错位60°的环向预应力筋。
　　 池壁环向每周三段预应力筋同时张拉，以防止未张拉池壁内产生受拉裂缝。
　　
　　无粘结预应力施工技术在圆周墙壁上的应用，最根本解决了墙壁产生裂缝的可能，从而有效的起到防渗抗裂的作用。
　　5、 混凝土后浇带的应用
　　当然，在混凝土结构施工时，后浇带也还是减少混凝土产生裂缝的最常规做法，本工程中细格栅与曝气沉砂池两个池连成一个整体，这两个水池的容积量相差较大，水位标高也不一致，当荷载加上去是容易造成两池产生不均匀沉降，从而让连接处混凝土产生裂缝而渗水。此处最好的方法就是在连接部位设置后浇带，后浇带宽度为1米。后浇带的施工的停滞时间除满足规范要求外，还需待两个池体各承受满设计荷载一次（进行满水试验），待其在荷载下沉降稳定后再浇筑再后浇带的混凝土。后浇带混凝土通常采用微膨胀混凝土，强度等级比两侧混凝土高一个等级。后浇带部位如右图：
　　6、 其它细部构造的防渗技术的应用
　　上述介绍的主要是从大的施工工艺和技术措施的采用，这可以从根本上解决大面的混凝土防渗抗裂问题，但如果细部不能处理好，那最终不能达到混凝土防渗抗裂的效果，因此，处理好各细部节点，也显得至关重要。
　　○1施工缝的处理：为了更有效的防止施工缝处渗水，按常规方法在施工缝处接浆外，还在施工缝处内设BW遇水膨胀止水条20×30。止水条必须是可靠材料，它的的遇水膨胀率大于150%，同时止水条具有缓账性能，即7天的膨胀率应不大于最终膨胀率的60%。安装止水条时，要求把施工缝周边浮渣清扫干净，钉设在混凝土墙板的施工缝中部，在混凝土浇筑前要保持止水条的干燥，这样才能确保止水条的正常作用，即在被混凝土包裹状态下，遇水膨胀、封堵、阻隔内、外两侧水的浸入，达到抗渗、抗漏水的效果。
　　○2预埋铁件防水做法：外墙混凝土内的预埋铁件加焊止水钢板，若预埋铁件较多较密时，可采用许多预埋铁件共用一块止水钢板的做法。施工时注意将预埋铁件及止水钢板周围的砼浇捣密实、保证质量。
　　○3穿墙管道防水做法：套管加焊止水环法：在管道穿过外墙处预埋套管，套管上需加焊止水环，止水环与套管满焊严密。安装穿墙管道时，先将管道穿过预埋套管，予以临时固定，然后一端以封口钢板将套管及穿墙管焊牢，再从另一端将套管与穿墙管之间的缝隙以防水材料（防水油膏、沥青玛蹄脂等）填满后，用封口钢板封堵严密。
　　○4群管穿墙防水做法：在群管穿墙处预留孔洞，洞口四周预埋角钢固定在砼中，封口钢板焊在角钢上，要四周满焊严密，然后将群管逐根穿过两端封口钢板上的预留孔，再将每管与封口钢板沿管周焊接严密，从封口钢板上的灌注孔洞内灌注沥青玛蹄脂，灌满后将预留的沥青灌注孔焊接封严。
　　
　　
　　
　　在吴中区城南污水处理厂工程的混凝土结构施工中，我们采用了大量的防渗、抗裂技术措施。也正是这些措施的应用，周密细致的施工，确保了整个工程不渗水，同时也加快了施工进度，为工程的早日投产奠定了基础。
　　参考文献：
　　[1].《建筑施工手册》(第4版)编写组.建筑施工手册[M].第4版缩印本;北京：中国建筑工业出版社,2003.