冷卻塔墻壁裂縫及加固施工

關鍵詞:冷卻塔堵漏、冷卻塔施工、冷卻塔防腐、池壁裂縫微膨脹混凝土

摘要: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,取得了寶貴經驗,混凝土連續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節,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構裂縫的發生,比設置伸縮縫更為有效,建議推廣到環基混凝土施工中使用。鋼筋混凝土冷卻塔池壁為環形大面積薄壁結構,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,其結構鋼筋伸入環基下部,池壁施工一般在環基全部澆筑完后進行。池壁在施工中出現不同程度的裂縫已成為施工質量常見問題。池壁裂縫的出現造成水塔貯水池的滲漏,使冷卻池結構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、裂縫出現情況
a.出現時間，池壁裂縫一般出現在混凝土齡期20~40 d。
b.出現的位置，由池壁頂部向下發展,呈豎向開裂,裂縫間距3~10 m。
c.出現狀態，上邊緣寬,向下逐漸變細,裂縫最寬達1 mm。
2、產生裂縫的原因分析
2.1、水化熱引起溫度應力
水泥水化熱及混凝土的絕熱溫升應通過試驗確定。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。
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。
c———混凝土的比熱,可取為0.96 kJ/(kg
?℃);
ρ———混凝土的質量密度,可取為2 400 kg/
m3。
標準狀態下混凝土的應力松馳系數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力的經驗公式為:
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;
μ———泊松比;
0.75———考慮彈性模量變化的系數;
Kr0(t,τ)———混凝土的應力松馳系數。從以上計算公式可見,嵌固板溫度應力的主要影響因素為Tt。由于冷卻塔混凝土池壁為薄壁結構,混凝土的水化熱會很快傳出,Tt不會很大,由此可知,混凝土中水泥產生的水化熱造成的溫度應力只是產生裂縫的原因之一,而不是主要原因。
2.2、混凝土硬化過程中的化學收縮和干縮混凝土在凝結過程中,產生化學收縮和干縮是正?，F象?；炷恋母鞣N骨料加水攪拌后,進行混凝土澆筑,由無水熟料加水后,轉化為水化生成物,反應后體積小于水化前的各物質的體積總和,產生化學收縮,這種收縮在混凝土澆筑后20~40 d內收縮值較大,以后逐漸穩定。同時由于環境改變和水分蒸發,混凝土還要產生干縮。早期所處的環境濕度比較大,凝膠體中膠體粒子吸附水膜較厚,膠體粒子間距較大,當取消養護條件后,膠體粒子吸附的水分開始蒸發,引起膠體失水產生緊縮;同時游離水分蒸發使間隙負壓增大,也產生收縮。因此,在混凝土干縮前期表現比較明顯。
2.3、冷卻塔池壁結構因素
冷卻塔池壁環向長度長、壁薄,下部與環基混凝土澆成一體,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,所以在高度方向產生的橫向化學收縮和干縮后的裂縫并不明顯。而環向情況則不同,受到約束后,當收縮產生的應力大于混凝土的抗拉應力后,就在相對薄弱的部位產生了裂縫,由于周長很大,所以每隔一定距離就會產生一條裂縫。從現象中看到,裂縫一般是上寬下窄逐漸變細,因為上部結構薄,抗拉能力小,而下部與基礎混凝土澆成一體,舊環基混凝土對其形成強有力的約束,所以收縮產生的應力從上部打開突破口,在開端產生應力集中現象,沿尖端向下發展,直到與混凝土抗拉應力相等時消失。
3、采取的措施
以往曾在不同季節進行過施工,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,加以適當的溫度控制,可以做到既經濟合理,又能有效地解決混凝土冷縮和干縮開裂問題”,并根據冷縮和干縮的聯合補償模式原理(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,或有適當的膨脹量,所以可以用于防水結構抗裂結構、或其他需要大面積澆筑且不能設收縮縫的結構。工程中選用SEA 4型復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,在水化過程中產生有制約的膨脹,利用混凝土的膨脹補償混凝土的收縮,采用內摻法,同時可以節約水泥用量的10%,其經濟效益也是可取的,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,以降低水化熱產生的溫度應力。
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護條件時產生的化學收縮。
f.在混凝土澆筑方法上采用連續澆筑的施工方法,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,未出現一條貫穿裂縫。在池壁施工中節約水泥用量8 t,減少止水帶19.2 m,提前工期20 d,降低了工程成本。