補(bǔ)償收縮混凝土在環(huán)保電站垃圾池中的應(yīng)用與研究

(中電投電力工程有限公司，上海 200233)

垃圾池是環(huán)保電站的主體結(jié)構(gòu)，承載著環(huán)保電站垃圾收納、發(fā)酵、滲濾液過濾、收集的重要功能，其抗裂、防滲性能要求較高。補(bǔ)償收縮混凝土是具有抗裂、防滲功能的高性能新型材料。補(bǔ)償收縮混凝土能否在垃圾池施工中成功運(yùn)用，對(duì)促進(jìn)電站建設(shè)，提高混凝土的耐久性、抗裂防滲功能，增加綠色施工技術(shù)含量具有重要的研究?jī)r(jià)值。

本文結(jié)合環(huán)保電站垃圾池混凝土施工，并借鑒其他已投產(chǎn)或在建項(xiàng)目中補(bǔ)償收縮混凝土施工應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)反饋，簡(jiǎn)要總結(jié)補(bǔ)償收縮混凝土在環(huán)保電站施工中的應(yīng)用結(jié)果，以期為同類電站垃圾池混凝土配合比選擇、施工質(zhì)量控制提供參考。

1 工程設(shè)計(jì)

貴州仁懷城市生活垃圾焚燒電站(又稱環(huán)保電站)項(xiàng)目設(shè)計(jì)為2條日處理能力為600t的城市生活垃圾焚燒線+2臺(tái)12MW中溫中壓抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組。

垃圾池長(zhǎng)66m、寬24m、高34.5m，其中地下高7.5m，地上高27m；底板厚0.8～1.2m，池壁厚350～550mm。

垃圾池采用摻加高性能膨脹劑的C40P8補(bǔ)償收縮混凝土，摻加聚丙烯纖維0.9kg/m3。設(shè)置后澆式膨脹加強(qiáng)帶，寬度2m，采用C50補(bǔ)償收縮混凝土，添加纖維，鋼筋貫通不切斷。

2 補(bǔ)償收縮混凝土施工及池體質(zhì)量缺陷

工程采用仁懷市商品混凝土，并委托第三方檢測(cè)有限公司進(jìn)行補(bǔ)償收縮混凝土配合比試驗(yàn)(見表1)。

表1 C40P8 池壁混凝土配合比 單位:kg/m3

第一倉(cāng)池壁在21天脫模后，混凝土外觀未見任何裂縫，但30天后，發(fā)現(xiàn)有個(gè)別裂縫；60天后，基本每跨池壁都有裂縫，部分裂縫貫穿，個(gè)別池壁有滲水現(xiàn)象。

3 垃圾池池壁混凝土出現(xiàn)裂縫原因分析

已澆混凝土出現(xiàn)裂縫后，管理單位及時(shí)組織各參建單位專業(yè)代表，查閱相關(guān)資料，召開專題會(huì)議，查找質(zhì)量缺陷發(fā)生原因，提出配合比優(yōu)化建議。

3.1 池壁配筋分析

經(jīng)查設(shè)計(jì)圖紙，垃圾池配筋率為1.2%，大于補(bǔ)償收縮混凝土規(guī)范要求的0.79%最低配筋要求；梁體與施工縫,高度3.6m，墻體水平中線部位上下500mm范圍內(nèi)，水平筋間距100mm；梁柱墻等構(gòu)件轉(zhuǎn)角均增加了附加配筋，構(gòu)件配筋情況滿足相關(guān)規(guī)范要求。

3.2 后澆帶

設(shè)計(jì)要求工程設(shè)置后澆帶，但在垃圾池墻體裂縫出現(xiàn)前，并沒有澆筑。

3.3 摻加聚丙烯纖維

按設(shè)計(jì)要求，垃圾池混凝土摻加0.9kg/m3的聚丙烯纖維。該工程摻加的聚丙烯纖維，材料性能滿足相關(guān)規(guī)范要求。

3.4 粉煤灰摻量分析

粉煤灰經(jīng)檢驗(yàn)符合F類Ⅱ級(jí)灰標(biāo)準(zhǔn)。使用前，進(jìn)場(chǎng)復(fù)驗(yàn)時(shí)，未進(jìn)行SO3、CaO指標(biāo)檢測(cè)；出廠檢驗(yàn)報(bào)告中，SO3含量為0.83%(標(biāo)準(zhǔn)為不大于3%)，CaO含量為5.7%。

3.5 減水劑摻量分析

貴州采購(gòu)的聚羧酸高效減水劑(緩凝型)，所檢項(xiàng)目均符合要求。但含堿量及收縮比率未進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。1.5%為廠家推薦摻量。

3.6 膨脹劑摻量分析

工程所用膨脹劑，為從山西采購(gòu)的UEA-H高效膨脹劑，廠家推薦摻量為10%，實(shí)際按46kg/m3摻加，符合設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范推薦量30～50kg/m3要求。使用前，實(shí)驗(yàn)室復(fù)驗(yàn)了7天、21天限制膨脹率，14天、28天抗壓強(qiáng)度，各項(xiàng)指標(biāo)均符合相關(guān)要求。但未進(jìn)行水中28天限制膨脹率(≤0.1%)檢驗(yàn)，不符合《混凝土膨脹劑》(JC 476—2001)規(guī)定。

3.7 水泥摻量分析

水泥為42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，經(jīng)復(fù)驗(yàn)均符合要求，其中MgO含量2.67%，堿含量為0.51%。

3.8 工作性能及質(zhì)量檢驗(yàn)分析

由商用混凝土站供應(yīng)的C40P8補(bǔ)償收縮混凝土，坍落度200mm，水膠比0.35，膠凝材料用量503kg,水泥摻量379kg/m3，砂率42%，碎石為0.5～40mm，連續(xù)級(jí)配，混凝土表觀密度2420kg/m3，符合設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求。

試配混凝土7天抗壓強(qiáng)度39.6MPa、28天抗壓強(qiáng)度50.3MPa。未在澆筑現(xiàn)場(chǎng)制作限制膨脹率試驗(yàn)的試件，未做限制膨脹率試驗(yàn)，不符合《補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T 178—2009)規(guī)定。

3.9 混凝土含堿量分析

混凝土各組分堿含量指標(biāo)：水泥堿含量為379×0.51%=1.93kg/m3，粉煤灰含CaO量為78×5.7%=4.45kg/m3，總堿含量為6.38kg/m3，設(shè)計(jì)要求3kg/m3為最大限值。堿含量、游離氧化鈣，也有可能成為混凝土體積不穩(wěn)定的重要因素。

3.10 綜合分析

摻加粉煤灰、聚羧酸高效減水劑(緩凝型)，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定有利，可以部分抵抗混凝土干縮應(yīng)力，這部分作用和膨脹劑相同。補(bǔ)償收縮混凝土在水化硬化過程中能產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力。如果抵抗應(yīng)力發(fā)生于混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后，并持續(xù)增強(qiáng)，將對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)起到拉裂破壞作用。

后期限制膨脹率缺少試驗(yàn)數(shù)據(jù)，膨脹穩(wěn)定性不明，經(jīng)分析，應(yīng)是補(bǔ)償收縮混凝土發(fā)生裂縫的主要原因。膨脹劑實(shí)際摻量應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，而不能受制于相關(guān)規(guī)范、設(shè)計(jì)或廠家推薦量。膨脹劑超摻是造成混凝土開裂的關(guān)鍵因素，相關(guān)規(guī)范已明令禁止。

為提高混凝土質(zhì)量，防止墻體再次發(fā)生裂縫，要求商用混凝土站對(duì)部分原材料性能進(jìn)行復(fù)檢，對(duì)補(bǔ)償收縮混凝土配合比重新優(yōu)選。

4 配合比的重新選擇

C40P8補(bǔ)償收縮混凝土配合比設(shè)計(jì)中，設(shè)定膠凝材料總量為456kg/m3，水膠比0.36，砂率45%，粉煤灰摻量20%，聚羧酸高效減水劑(緩凝型)摻量2%，聚丙烯纖維摻量0.9kg/m3，UEA-H膨脹劑按0%、4%、6%、8%、10%摻加，分組進(jìn)行試驗(yàn)(見表2)。按不同摻量膨脹劑的試驗(yàn)配合比，拌制混凝土，分別測(cè)試混凝土的坍落度、含氣量，制作100mm×100mm×100mm抗壓強(qiáng)度、100mm×100mm×300mm帶限制骨架的限制膨脹率試件。

表2 不同摻量膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土(C40P8)試驗(yàn)配合比

5 不同摻量膨脹劑對(duì)混凝土性能影響分析

5.1 不同摻量膨脹劑對(duì)補(bǔ)償收縮混凝土性能影響

經(jīng)對(duì)比分析，隨膨脹劑摻量增加，混凝土初始坍落度逐漸減小，混凝土抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性能都滿足設(shè)計(jì)要求。抗壓強(qiáng)度呈逐漸增大又降低趨勢(shì)，4號(hào)(摻量8%)、5號(hào)(摻量10%)混凝土試件抗壓強(qiáng)度較3號(hào)(摻量6%)的低，說明膨脹劑摻量超過6%，對(duì)混凝土的工作性能及抗壓強(qiáng)度有較大影響。摻加膨脹劑，有利于提高混凝土強(qiáng)度，但摻量過高時(shí)，多余的膨脹能延遲膨脹，也能導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞作用，強(qiáng)度反而降低(見表3)。

表3 不同摻量膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土工作性能及抗壓強(qiáng)度

5.2 不同摻量膨脹劑對(duì)限制膨脹率影響分析

經(jīng)對(duì)比分析，隨膨脹劑摻量增加，混凝土限制膨脹率逐漸增大。1號(hào)試件摻加20%的粉煤灰和2%的聚羧酸高效減水劑(緩凝型)，沒摻加膨脹劑；2號(hào)試件摻加4%的膨脹劑；存在混凝土前期出現(xiàn)微膨脹、后期產(chǎn)生收縮現(xiàn)象。說明靠自身或4%膨脹劑摻量所產(chǎn)生的膨脹能較小，不足以抵抗混凝土收縮應(yīng)力。但摻量8%膨脹劑以上的補(bǔ)償收縮混凝土，28天限制膨脹率超過了0.1%，說明膨脹劑摻量較大，后期持續(xù)釋放的多余膨脹能影響混凝土的穩(wěn)定，須引起警惕。建議在膨脹劑摻量方面應(yīng)持保守思維，以低摻量為首選(見表4)。

表4 不同摻量的補(bǔ)償收縮混凝土限制膨脹率

6 后續(xù)垃圾池混凝土質(zhì)量情況

經(jīng)分析優(yōu)選，選用6%的UEA-H膨脹劑摻量為補(bǔ)償收縮混凝土配合比，以體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)節(jié)約方針。

垃圾池0～4m池體澆筑后，僅發(fā)現(xiàn)少數(shù)幾道裂縫，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察，新出現(xiàn)裂縫和下部縫相接，走向均一致。分析認(rèn)為，下部混凝土在上部墻段澆筑完成后，池體原膨脹應(yīng)力仍未釋放完畢，持續(xù)釋放的破壞應(yīng)力又對(duì)上部新澆混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了破壞作用。但第三段以上混凝土已避免了裂縫出現(xiàn)。實(shí)踐證明，該配合比符合預(yù)期效果，混凝土達(dá)到了補(bǔ)償收縮的目的，其工作性、強(qiáng)度及抗?jié)B性能均滿足設(shè)計(jì)要求。

7 結(jié)論與建議

a.配制補(bǔ)償收縮混凝土須按實(shí)際采用的原材料性能，經(jīng)配合比試配、各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)選驗(yàn)證。設(shè)計(jì)、規(guī)范及廠家推薦的膨脹劑摻量?jī)H可作為參考，不能盲目摻加，嚴(yán)禁超量摻加。

b.水泥、膨脹劑、粉煤灰、減水劑等補(bǔ)償收縮混凝土各組分原材料堿含量、氧化鈣等檢驗(yàn)項(xiàng)目，原材料復(fù)驗(yàn)時(shí)必須檢驗(yàn)。放棄檢驗(yàn)非常錯(cuò)誤。盡管各原材料的堿含量、氧化鈣含量并不超標(biāo)，但設(shè)計(jì)要求的3kg/m3限值必須滿足。補(bǔ)償收縮混凝土中，游離氧化鈣、活性堿含量在一定范圍內(nèi)，對(duì)混凝土補(bǔ)償收縮有積極作用。含量過大，則對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)有破壞作用，甚至產(chǎn)生貫穿裂縫。

c.膨脹能的釋放和強(qiáng)度上升應(yīng)保持協(xié)調(diào)，防止延遲性膨脹現(xiàn)象，否則將導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)開裂破壞。檢測(cè)補(bǔ)償收縮混凝土試樣水中28天限制膨脹率指標(biāo)，并且要求不大于0.1%，這是了解補(bǔ)償收縮混凝土后期膨脹是否穩(wěn)定、是否發(fā)生延遲性膨脹的有效途徑。

d.必須引起注意的是，當(dāng)前大多數(shù)商混凝土站或?qū)嶒?yàn)室只檢測(cè)補(bǔ)償收縮混凝土的坍落度、抗壓強(qiáng)度和抗?jié)B等級(jí)，不檢測(cè)混凝土的限制膨脹率，混凝土澆筑過程中也未按《補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》( J GJ/T 178—2009)要求，制作限制膨脹率試驗(yàn)的試件，并做相關(guān)試驗(yàn)。膨脹劑的限制膨脹率采用，也僅靠出廠合格報(bào)告結(jié)果，片面地把膨脹劑看成是抗裂防滲的靈丹妙藥，對(duì)此應(yīng)予以高度重視。