常規(guī)島廠(chǎng)房筏基大體積混凝土施工過(guò)程控制分析

李永鵬，郝亞輝，王棟，吳澤坤，胡琦

（中國(guó)建筑第二工程局有限公司核電建設(shè)分公司，廣東 深圳 518034）

安全運(yùn)行是核電站建設(shè)的首要問(wèn)題，核電站基礎(chǔ)為筏基大體積混凝土結(jié)構(gòu)，屬于大體積混凝土工程，且無(wú)論澆筑直徑、厚度均大于建筑工程，混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生水化熱反應(yīng)積累導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度升高，造成混凝土內(nèi)外溫差較大，進(jìn)而產(chǎn)生較大的溫度變形應(yīng)力和收縮應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，危害核電站運(yùn)行安全。本文結(jié)合三澳核電站工程，深入分析核電站廠(chǎng)房筏基大體積混凝土施工技術(shù)要點(diǎn)，以期為核電站工程建設(shè)提供有益參考。

1 工程概況

三澳核電站規(guī)劃建設(shè)6臺(tái)百萬(wàn)千瓦壓水堆核電機(jī)組，一期建設(shè)2臺(tái)機(jī)組。該工程2#機(jī)組反應(yīng)堆廠(chǎng)房基礎(chǔ)為圓柱體筏式基礎(chǔ)，直徑39.5m，整體澆筑厚度為3.8m，混凝土澆筑體積為450mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為PS40（等同標(biāo)準(zhǔn)立方體試件C50）。核電站使用年限60年。

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50476-2008），明確使用BTS高性能外加劑。通過(guò)使用高性能外加劑和降低混凝土用水量，降低了膠凝材料用量，從而降低了水化熱，提高了混凝土7d抗壓強(qiáng)度比（125%）和28d抗壓強(qiáng)度比（120%）。且提高了摻和料摻量（≤40%），根據(jù)規(guī)范要求，本工程重點(diǎn)加強(qiáng)大體積混凝土配制和大體積施工、養(yǎng)護(hù)控制，確保該工程大體積混凝土施工質(zhì)量。

2 大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)大體積混凝土裂縫成因研究，混凝土水化熱是造成混凝土裂縫的主要原因，混凝土配合比設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)混凝土原材料質(zhì)量控制和配合比設(shè)計(jì)。

2.1 原材料質(zhì)量控制

為降低大體積混凝土水化熱反應(yīng)，該工程加強(qiáng)原材料選擇與質(zhì)量控制。

①水泥。水泥是混凝土水化熱反應(yīng)的主要來(lái)源，應(yīng)根據(jù)配合比設(shè)計(jì)要求選擇水化熱低、強(qiáng)度高的優(yōu)質(zhì)中熱水泥。該工程中選擇P·Ⅱ42.5水泥，3d平均水化熱為245kJ/kg，7d平均水化熱284 kJ/kg，28d平均抗壓強(qiáng)度60MPa。

②骨料。細(xì)骨料選用0.16mm～5mmⅡ級(jí)中砂，細(xì)度模數(shù) 2.6～2.9，含泥量≤2.0，泥塊含量≤1.0%，有害物質(zhì)含量≤1.0%，非活性骨料。粗骨料選用5mm～31.5mm連續(xù)級(jí)配碎石，針片狀顆粒含量≤10%，含泥量≤1.0%，泥塊含量≤0.5%，空隙率≤40%，壓碎值≤10%，且不含風(fēng)化石或堿性骨料。

③摻和料。選用Ⅰ級(jí)粉煤灰，粉煤灰密度為 1.77g/cm～2.43g/cm，與外加劑相容性良好。

④外加劑。選用與水泥相容性良好的聚羧酸外加劑，減水率為20%～25%，氯離子含量≤0.03%，堿含量≤0.5%，壓力沁水比≤50%。

2.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)1#機(jī)組筏板基礎(chǔ)混凝土配合比，經(jīng)試配優(yōu)化用水量、水膠比、摻和料摻量、砂率和外加劑摻量，綜合運(yùn)用正交試驗(yàn)法確定設(shè)計(jì)配合比（如表1所示）。

混凝土配合比設(shè)計(jì) 表1

經(jīng)試驗(yàn)研究，制作2組12塊150mm立方體混凝土試件，標(biāo)養(yǎng)28d，根據(jù)《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50107-2010）規(guī)定要求檢測(cè)混凝土強(qiáng)度，該配合比3d抗壓強(qiáng)度為35.8MPa，28d抗壓強(qiáng)度為60.1MPa，28d抗拉強(qiáng)度為5.3MPa，符合配合比設(shè)計(jì)目標(biāo)要求。

3 核電站筏板基礎(chǔ)大體積混凝土施工技術(shù)要點(diǎn)

筏板基礎(chǔ)大體積混凝土施工中，混凝土攪拌后產(chǎn)生大量水化熱，并隨混凝土澆筑而形成溫度梯度，混凝土中心處于熱脹階段，混凝土表面溫度較低，處于受拉階段，在混凝土內(nèi)外溫差作用下，內(nèi)部與外部形成溫差，當(dāng)混凝土膨脹產(chǎn)生的抗拉強(qiáng)度大于混凝土冷縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力時(shí)即產(chǎn)生表面裂縫，甚至產(chǎn)生貫穿裂縫。混凝土溫度梯度越大，產(chǎn)生的拉應(yīng)力越大，形成混凝土裂縫的可能性越大。為合理控制核電站筏基大體積混凝土裂縫，應(yīng)當(dāng)從控制混凝土入模溫度、澆筑施工、養(yǎng)護(hù)管理和溫度監(jiān)測(cè)等方面入手。

3.1 混凝土拌和溫度控制

入模溫度是混凝土攪拌初始溫度，合理控制入模溫度能夠控制混凝土拌和出料溫度，避免因入模溫度過(guò)高而加劇出料溫度，導(dǎo)致入模溫度過(guò)高而加劇混凝土中心溫度與表面溫差。該工程為控制入模溫度，重點(diǎn)控制水泥、骨料溫度和用水溫度。水泥和骨料提前14d進(jìn)場(chǎng)，并加強(qiáng)水泥防潮處理，確保水泥入模溫度≤50℃。骨料入模溫度控制時(shí)，由于浙江地區(qū)降雨較多，濕度較大，導(dǎo)致骨料含水率波動(dòng)較大，骨料表層含水率與中心含水率差異顯著。針對(duì)該問(wèn)題，施工單位加強(qiáng)骨料存儲(chǔ)管理，落實(shí)防風(fēng)、防潮、防雨措施，并定時(shí)翻轉(zhuǎn)粗骨料，降低入模溫度，并保持骨料含水率穩(wěn)定。水入模溫度控制時(shí)，由于該工程施工處于夏季，為合理控制混凝土出料問(wèn)題，施工單位選用冰水入模，提前準(zhǔn)備冰庫(kù)及冷水。通過(guò)合理控制混凝土原料入模溫度，混凝土出模溫度控制在25℃～28℃。混凝土攪拌時(shí)，嚴(yán)格控制混凝土拌和時(shí)間和投料量，拌和時(shí)間60s，每次投料均按配合比精確稱(chēng)重計(jì)量投料。混凝土出模后，使用罐車(chē)運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，為降低運(yùn)輸環(huán)境溫升對(duì)大體積混凝土溫度的影響，運(yùn)輸過(guò)程中采取罐車(chē)帆布遮蓋保溫和灑水降溫措施，確?；炷翝仓囟确洗篌w積混凝土裂縫控制要求。

3.2 混凝土澆筑施工

大體積混凝土澆筑前，施工單位組織鋼筋籠和預(yù)埋件聯(lián)合驗(yàn)收，經(jīng)驗(yàn)收通過(guò)后方可攪拌和澆筑混凝土。由于該工程混凝土澆筑量大，采用斜面分層澆筑方法（如圖1所示），分層厚度40cm。為避免出現(xiàn)層間冷縫，該工程加強(qiáng)混凝土振搗，采用行列式振搗方法，每點(diǎn)振搗40s，以振搗點(diǎn)泛漿、無(wú)氣泡和下沉現(xiàn)象為止。相鄰振搗點(diǎn)距離20cm，振搗點(diǎn)伸入下層混凝土長(zhǎng)度≥5cm，確保大體積混凝土振搗密實(shí)?；炷翝仓g隔30min進(jìn)行二次振搗，消除混凝土中粗骨料和鋼筋空隙，提高混凝土與鋼筋粘結(jié)性能和握裹力，提高大體積混凝土密實(shí)度?；炷翝仓猎O(shè)計(jì)標(biāo)高后，使用木抹子抹平壓實(shí)，達(dá)到閉合收縮裂縫的作用。

圖1 筏板基礎(chǔ)大體積混凝土斜面分層澆筑施工

3.3 養(yǎng)護(hù)管理

為防止大體積混凝土出現(xiàn)溫度裂縫，施工單位重點(diǎn)從日常養(yǎng)護(hù)管理、溫度監(jiān)測(cè)和降溫速率控制三個(gè)方面加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)管理，確保大體積混凝土內(nèi)外溫差≤25℃，降溫速率≤1.5℃/d。

①日常養(yǎng)護(hù)管理時(shí)，混凝土澆筑完成后及時(shí)覆蓋養(yǎng)護(hù)1層薄膜和2層土工布，并在薄膜上按“S”型鋪設(shè)水管，定期灑水保持混凝土表面濕潤(rùn)。結(jié)合該工程施工期間屬于夏季的實(shí)際情況，該工程現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)保溫棚，覆蓋帆布，保溫棚內(nèi)設(shè)碘鎢燈，保持環(huán)境溫度一致。

②溫度監(jiān)測(cè)。該工程采用自動(dòng)化溫度監(jiān)測(cè)探頭，溫度監(jiān)測(cè)探頭埋置在測(cè)溫管內(nèi)，測(cè)溫管與筏板基礎(chǔ)鋼筋綁扎固定，溫度探頭分別埋置在筏板基礎(chǔ)中心和距底部、表面0.2m處，溫度探頭通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)與環(huán)境監(jiān)測(cè)主機(jī)連接，按6min監(jiān)測(cè)頻次收集混凝土中心溫度和表面溫度數(shù)據(jù)，自動(dòng)計(jì)算并生成大體積混凝土溫差變化趨勢(shì)和溫差提醒，便于及時(shí)采取溫度控制措施。該工程中，筏基大體積混凝土溫度監(jiān)測(cè)探頭共計(jì)25處（如圖2所示），縱向、橫向布設(shè)，確保溫度監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確。

圖2 測(cè)溫點(diǎn)布設(shè)示意圖

③溫差控制。混凝土澆筑完成3d內(nèi)，該階段為升溫階段，隨水化熱反應(yīng)而出現(xiàn)中心溫度上升現(xiàn)象，該階段施工單位重點(diǎn)加強(qiáng)混凝土表面溫度控制和保溫、保濕覆蓋，降低中心溫度和表面溫度溫差。混凝土澆筑3d～10d階段為降溫階段，由于大體積混凝土內(nèi)部溫度較高、下降速率較小，易造成內(nèi)外溫差≥25℃，該階段重點(diǎn)加強(qiáng)溫差控制，保持或提高混凝土表面溫度，降低內(nèi)外溫差。混凝土澆筑10d后，混凝土強(qiáng)度增加，抗拉應(yīng)力性能增強(qiáng)，采用日常養(yǎng)護(hù)管理措施即可滿(mǎn)足要求。該工程大體積混凝土養(yǎng)護(hù)期28d，養(yǎng)護(hù)期間大體積混凝土最高溫度73.5℃，混凝土最高溫升46.5℃，最高溫度出現(xiàn)在澆筑后85h，混凝土表面溫度為55.3℃，內(nèi)外溫差≤25℃，達(dá)到大體積混凝土溫度控制要求?；炷林行臏囟冉禍厮俾蕿?.0℃/d～1.5℃/d，混凝土表面降溫速率為1.2℃/d～1.8℃/d，通過(guò)養(yǎng)護(hù)管理措施，基本實(shí)現(xiàn)了核電站筏基大體積混凝土內(nèi)外降溫速率同步。

4 結(jié)語(yǔ)

該工程自2021年6月11日開(kāi)始施工，連續(xù)澆筑48h，澆筑施工過(guò)程順利，養(yǎng)護(hù)期間混凝土各項(xiàng)指標(biāo)良好，混凝土拆模后表觀質(zhì)量良好，未發(fā)現(xiàn)表面裂縫、貫穿性裂縫等病害，達(dá)到預(yù)期混凝土澆筑施工質(zhì)量控制目標(biāo)。