冷却塔墙壁裂缝及加固施工

关键词:冷却塔堵漏 冷却塔施工冷却塔 池壁 裂缝 微膨胀混凝土

摘要:阳泉河坡电厂冷却塔池壁施工过程中,通过采用微膨胀混凝土改进施工方法,达到裂缝防渗目的,取得了宝贵经验,混凝土连续浇筑使混凝土池壁的整体性得以改善,缩短了施工工期。利用补偿性混凝土与控制各个施工环节,可以有效地克服混凝土池壁裂缝。实践表明,利用微膨胀混凝土的收缩补偿性来控制混凝土结构裂缝的发生,比设置伸缩缝更为有效,建议推广到环基混凝土施工中使用。

钢筋混凝土冷却塔池壁为环形大面积薄壁结构,如阳泉河坡电厂二期工程2 500 m2冷却塔池壁高2.2 m、厚200 mm(下部550 mm)、周长218.8m;衡水发电厂、西柏坡电厂6 000 m2水塔池壁高2.2 m、厚200 mm(下部550 mm)、周长325.91 m,其结构钢筋伸入环基下部,池壁施工一般在环基全部浇筑完后进行。池壁在施工中出现不同程度的裂缝已成为施工质量常见问题。池壁裂缝的出现造成水塔贮水池的渗漏,使冷却池结构的安全性和外观工艺都受到不同程度的影响。河北省电力建设第一工程公司在阳泉河坡电厂二期工程#4冷却塔池壁的施工中,根据文献[1]提出的“采用补偿收缩混凝土能有效解决混凝土的冷缩和干缩开裂”的思想,采取了补偿性混凝土及一系列措施,使池壁混凝土裂缝得到了有效控制。
1　裂缝出现情况
a.出现时间　池壁裂缝一般出现在混凝土龄期20~40 d。
b.出现的位置　由池壁顶部向下发展,呈竖向开裂,裂缝间距3~10 m。
c.出现状态　上边缘宽,向下逐渐变细,裂缝最宽达1 mm。
2　产生裂缝的原因分析
2.1　水化热引起温度应力
水泥水化热及混凝土的绝热温升应通过试验确定。初估时,水泥水化热可按式(1)计算:
Qt=Q0[1-exp(-mtn)] (1)
式中　Qt———龄期t时的累积水化热,kJ/kg;
Q0———最终水化热,kJ/kg;
t———龄期,d;
m、n———常数。
混凝土在龄期t时的绝热温升Tt可用式(2)计算:
Tt=QtC(1-0.75p)cρ(2)
式中　C———包括水泥及粉煤灰的胶凝材料用量,
kg/m3;
p———粉煤灰掺量的百分数。
c———混凝土的比热,可取为0.96 kJ/(kg
•℃);
ρ———混凝土的质量密度,可取为2 400 kg/
m3。
标准状态下混凝土的应力松驰系数Kr0(t,τ)
可由式(3)计算:
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———计算时刻的混凝土龄期;
τ———混凝土受荷时的龄期;
(t-τ)———持荷时间。
计算嵌固板最终温度应力的经验公式为:
σ≈0.75E0ɑTt1-μKr0(t,τ) (4)
式中　Tt———水化热引起的最大温升值;
E0———28 d龄期混凝土的弹性模量;
ɑ———混凝土线膨胀系数;
μ———泊松比;
0.75———考虑弹性模量变化的系数;
Kr0(t,τ)———混凝土的应力松驰系数。从以上计算公式可见,嵌固板温度应力的主要影响因素为Tt。由于冷却塔混凝土池壁为薄壁结构,混凝土的水化热会很快传出,Tt不会很大,由此可知,混凝土中水泥产生的水化热造成的温度应力只是产生裂缝的原因之一,而不是主要原因。
2.2　混凝土硬化过程中的化学收缩和干缩混凝土在凝结过程中,产生化学收缩和干缩是正常现象。混凝土的各种骨料加水搅拌后,进行混凝土浇筑,由无水熟料加水后,转化为水化生成物,反应后体积小于水化前的各物质的体积总和,产生化学收缩,这种收缩在混凝土浇筑后20~40 d内收缩值较大,以后逐渐稳定。同时由于环境改变和水分蒸发,混凝土还要产生干缩。早期所处的环境湿度比较大,凝胶体中胶体粒子吸附水膜较厚,胶体粒子间距较大,当取消养护条件后,胶体粒子吸附的水分开始蒸发,引起胶体失水产生紧缩;同时游离水分蒸发使间隙负压增大,也产生收缩。因此,在混凝土干缩前期表现比较明显。
2.3　冷却塔池壁结构因素
冷却塔池壁环向长度长、壁薄,下部与环基混凝土浇成一体,上部为自由端且较下部薄,上部无竖向约束,竖向收缩是自由的,所以在高度方向产生的横向化学收缩和干缩后的裂缝并不明显。而环向情况则不同,受到约束后,当收缩产生的应力大于混凝土的抗拉应力后,就在相对薄弱的部位产生了裂缝,由于周长很大,所以每隔一定距离就会产生一条裂缝。从现象中看到,裂缝一般是上宽下窄逐渐变细,因为上部结构薄,抗拉能力小,而下部与基础混凝土浇成一体,旧环基混凝土对其形成强有力的约束,所以收缩产生的应力从上部打开突破口,在开端产生应力集中现象,沿尖端向下发展,直到与混凝土抗拉应力相等时消失。
3　采取的措施
以往曾在不同季节进行过施工,如阳泉河坡电厂#3水塔池壁和西柏坡电厂二期#3冷却塔池壁在春季进行施工,#4水塔池壁中的一段在冬季施工,均采取了分段跳仓、控制水灰比、加强养护的措施,但是效果都不理想。分析裂缝成因,利用文献[1]提出的“采用水化热低、又有一定膨胀性的补偿收缩混凝土,加以适当的温度控制,可以做到既经济合理,又能有效地解决混凝土冷缩和干缩开裂问题”,并根据冷缩和干缩的联合补偿模式原理(见图1),兼顾其它因素,采取如下措施:
a.收缩混凝土由膨胀水泥(或低温微膨胀水
泥)、砂、石料和水组成,或由普通水泥、砂、石料、水及膨胀剂组成。它的特性是体积不收缩,或有适当的膨胀量,所以可以用于防水结构抗裂结构、或其他需要大面积浇筑且不能设收缩缝的结构。工程中选用SEA 4型复合微膨胀混凝土外加剂,依靠外加剂与水泥中某些组分的反应,在水化过程中产生有制约的膨胀,利用混凝土的膨胀补偿混凝土的收缩,采用内掺法,同时可以节约水泥用量的10%,其经济效益也是可取的,其配合比见表1。试块共3组强度值,分别为31.3 MPa、33.5 MPa、29.8 MPa,均能满足设计要求。
b.改变钢筋品种　将池壁横向水平筋由原来的肋圆钢改为带肋钢筋,变小直径,利用钢筋的抗拉能力增强混凝土早期抗拉能力。
c.利用低热水泥　采用矿渣硅酸盐#425水泥,以降低水化热产生的温度应力。
d.严格控制水灰比为0.55,降低用水量,以减少干缩量。
e.加强养护,提高早期强度,加快混凝土的水化过程,避免后期水化过程无养护条件时产生的化学收缩。
f.在混凝土浇筑方法上采用连续浇筑的施工方法,改变以往分段跳仓的施工方法。
4　治理效果
阳泉河坡电厂二期工程中,通过分析产生混凝土裂缝的各种原因,利用微膨胀混凝土的补偿性并采取了系列措施,取得了良好的效果,未出现一条贯穿裂缝。在池壁施工中节约水泥用量8 t,减少止水带19.2 m,提前工期20 d,降低了工程成本。