冷卻塔墻壁裂縫及加固施工

關(guān)鍵詞:冷卻塔堵漏 冷卻塔施工冷卻塔 池壁 裂縫 微膨脹混凝土

摘要:陽泉河坡電廠冷卻塔池壁施工過程中,通過采用微膨脹混凝土改進施工方法,達到裂縫防滲目的,取得了寶貴經(jīng)驗,混凝土連續(xù)澆筑使混凝土池壁的整體性得以改善,縮短了施工工期。利用補償性混凝土與控制各個施工環(huán)節(jié),可以有效地克服混凝土池壁裂縫。實踐表明,利用微膨脹混凝土的收縮補償性來控制混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)生,比設(shè)置伸縮縫更為有效,建議推廣到環(huán)基混凝土施工中使用。

鋼筋混凝土冷卻塔池壁為環(huán)形大面積薄壁結(jié)構(gòu),如陽泉河坡電廠二期工程2 500 m2冷卻塔池壁高2.2 m、厚200 mm(下部550 mm)、周長218.8m;衡水發(fā)電廠、西柏坡電廠6 000 m2水塔池壁高2.2 m、厚200 mm(下部550 mm)、周長325.91 m,其結(jié)構(gòu)鋼筋伸入環(huán)基下部,池壁施工一般在環(huán)基全部澆筑完后進行。池壁在施工中出現(xiàn)不同程度的裂縫已成為施工質(zhì)量常見問題。池壁裂縫的出現(xiàn)造成水塔貯水池的滲漏,使冷卻池結(jié)構(gòu)的安全性和外觀工藝都受到不同程度的影響。河北省電力建設(shè)第一工程公司在陽泉河坡電廠二期工程#4冷卻塔池壁的施工中,根據(jù)文獻[1]提出的“采用補償收縮混凝土能有效解決混凝土的冷縮和干縮開裂”的思想,采取了補償性混凝土及一系列措施,使池壁混凝土裂縫得到了有效控制。
1　裂縫出現(xiàn)情況
a.出現(xiàn)時間　池壁裂縫一般出現(xiàn)在混凝土齡期20~40 d。
b.出現(xiàn)的位置　由池壁頂部向下發(fā)展,呈豎向開裂,裂縫間距3~10 m。
c.出現(xiàn)狀態(tài)　上邊緣寬,向下逐漸變細,裂縫最寬達1 mm。
2　產(chǎn)生裂縫的原因分析
2.1　水化熱引起溫度應(yīng)力
水泥水化熱及混凝土的絕熱溫升應(yīng)通過試驗確定。初估時,水泥水化熱可按式(1)計算:
Qt=Q0[1-exp(-mtn)] (1)
式中　Qt———齡期t時的累積水化熱,kJ/kg;
Q0———最終水化熱,kJ/kg;
t———齡期,d;
m、n———常數(shù)。
混凝土在齡期t時的絕熱溫升Tt可用式(2)計算:
Tt=QtC(1-0.75p)cρ(2)
式中　C———包括水泥及粉煤灰的膠凝材料用量,
kg/m3;
p———粉煤灰摻量的百分數(shù)。
c———混凝土的比熱,可取為0.96 kJ/(kg
•℃);
ρ———混凝土的質(zhì)量密度,可取為2 400 kg/
m3。
標準狀態(tài)下混凝土的應(yīng)力松馳系數(shù)Kr0(t,τ)
可由式(3)計算:
Kr0(t,τ)=1-(0.212 5+0.378 6τ0.415 8)×
{1-exp[-0.546 4(1-t-τ)]}
-(0.049 5+0.255 8τ0.072 7)
×{1-exp[-0.015 6(t-τ)]}
(3)式中　t———計算時刻的混凝土齡期;
τ———混凝土受荷時的齡期;
(t-τ)———持荷時間。
計算嵌固板最終溫度應(yīng)力的經(jīng)驗公式為:
σ≈0.75E0ɑTt1-μKr0(t,τ) (4)
式中　Tt———水化熱引起的最大溫升值;
E0———28 d齡期混凝土的彈性模量;
ɑ———混凝土線膨脹系數(shù);
μ———泊松比;
0.75———考慮彈性模量變化的系數(shù);
Kr0(t,τ)———混凝土的應(yīng)力松馳系數(shù)。從以上計算公式可見,嵌固板溫度應(yīng)力的主要影響因素為Tt。由于冷卻塔混凝土池壁為薄壁結(jié)構(gòu),混凝土的水化熱會很快傳出,Tt不會很大,由此可知,混凝土中水泥產(chǎn)生的水化熱造成的溫度應(yīng)力只是產(chǎn)生裂縫的原因之一,而不是主要原因。
2.2　混凝土硬化過程中的化學(xué)收縮和干縮混凝土在凝結(jié)過程中,產(chǎn)生化學(xué)收縮和干縮是正?，F(xiàn)象。混凝土的各種骨料加水攪拌后,進行混凝土澆筑,由無水熟料加水后,轉(zhuǎn)化為水化生成物,反應(yīng)后體積小于水化前的各物質(zhì)的體積總和,產(chǎn)生化學(xué)收縮,這種收縮在混凝土澆筑后20~40 d內(nèi)收縮值較大,以后逐漸穩(wěn)定。同時由于環(huán)境改變和水分蒸發(fā),混凝土還要產(chǎn)生干縮。早期所處的環(huán)境濕度比較大,凝膠體中膠體粒子吸附水膜較厚,膠體粒子間距較大,當取消養(yǎng)護條件后,膠體粒子吸附的水分開始蒸發(fā),引起膠體失水產(chǎn)生緊縮;同時游離水分蒸發(fā)使間隙負壓增大,也產(chǎn)生收縮。因此,在混凝土干縮前期表現(xiàn)比較明顯。
2.3　冷卻塔池壁結(jié)構(gòu)因素
冷卻塔池壁環(huán)向長度長、壁薄,下部與環(huán)基混凝土澆成一體,上部為自由端且較下部薄,上部無豎向約束,豎向收縮是自由的,所以在高度方向產(chǎn)生的橫向化學(xué)收縮和干縮后的裂縫并不明顯。而環(huán)向情況則不同,受到約束后,當收縮產(chǎn)生的應(yīng)力大于混凝土的抗拉應(yīng)力后,就在相對薄弱的部位產(chǎn)生了裂縫,由于周長很大,所以每隔一定距離就會產(chǎn)生一條裂縫。從現(xiàn)象中看到,裂縫一般是上寬下窄逐漸變細,因為上部結(jié)構(gòu)薄,抗拉能力小,而下部與基礎(chǔ)混凝土澆成一體,舊環(huán)基混凝土對其形成強有力的約束,所以收縮產(chǎn)生的應(yīng)力從上部打開突破口,在開端產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象,沿尖端向下發(fā)展,直到與混凝土抗拉應(yīng)力相等時消失。
3　采取的措施
以往曾在不同季節(jié)進行過施工,如陽泉河坡電廠#3水塔池壁和西柏坡電廠二期#3冷卻塔池壁在春季進行施工,#4水塔池壁中的一段在冬季施工,均采取了分段跳倉、控制水灰比、加強養(yǎng)護的措施,但是效果都不理想。分析裂縫成因,利用文獻[1]提出的“采用水化熱低、又有一定膨脹性的補償收縮混凝土,加以適當?shù)臏囟瓤刂?可以做到既經(jīng)濟合理,又能有效地解決混凝土冷縮和干縮開裂問題”,并根據(jù)冷縮和干縮的聯(lián)合補償模式原理(見圖1),兼顧其它因素,采取如下措施:
a.收縮混凝土由膨脹水泥(或低溫微膨脹水
泥)、砂、石料和水組成,或由普通水泥、砂、石料、水及膨脹劑組成。它的特性是體積不收縮,或有適當?shù)呐蛎浟?所以可以用于防水結(jié)構(gòu)抗裂結(jié)構(gòu)、或其他需要大面積澆筑且不能設(shè)收縮縫的結(jié)構(gòu)。工程中選用SEA 4型復(fù)合微膨脹混凝土外加劑,依靠外加劑與水泥中某些組分的反應(yīng),在水化過程中產(chǎn)生有制約的膨脹,利用混凝土的膨脹補償混凝土的收縮,采用內(nèi)摻法,同時可以節(jié)約水泥用量的10%,其經(jīng)濟效益也是可取的,其配合比見表1。試塊共3組強度值,分別為31.3 MPa、33.5 MPa、29.8 MPa,均能滿足設(shè)計要求。
b.改變鋼筋品種　將池壁橫向水平筋由原來的肋圓鋼改為帶肋鋼筋,變小直徑,利用鋼筋的抗拉能力增強混凝土早期抗拉能力。
c.利用低熱水泥　采用礦渣硅酸鹽#425水泥,以降低水化熱產(chǎn)生的溫度應(yīng)力。
d.嚴格控制水灰比為0.55,降低用水量,以減少干縮量。
e.加強養(yǎng)護,提高早期強度,加快混凝土的水化過程,避免后期水化過程無養(yǎng)護條件時產(chǎn)生的化學(xué)收縮。
f.在混凝土澆筑方法上采用連續(xù)澆筑的施工方法,改變以往分段跳倉的施工方法。
4　治理效果
陽泉河坡電廠二期工程中,通過分析產(chǎn)生混凝土裂縫的各種原因,利用微膨脹混凝土的補償性并采取了系列措施,取得了良好的效果,未出現(xiàn)一條貫穿裂縫。在池壁施工中節(jié)約水泥用量8 t,減少止水帶19.2 m,提前工期20 d,降低了工程成本。