核電站混凝土結(jié)構(gòu)抗裂施工措施研究與應(yīng)用*

文 哲，李 燕，李 強

(中國建筑第二工程局有限公司，北京 100160)

1 工程概況

廣東太平嶺核電站核島廠房主要包括反應(yīng)堆廠房、燃料廠房、安全廠房、反應(yīng)堆龍門架廠房、核輔助廠房、放射性廢物處理廠房、進出廠房、額外冷卻水與核島消防水廠房、柴油發(fā)電機廠房等(見圖1)。根據(jù)設(shè)計文件要求，除反應(yīng)堆龍門架廠房外，其余各廠房主體結(jié)構(gòu)均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其中，筏基混凝土強度等級一般為C40，上部結(jié)構(gòu)混凝土強度等級一般為C50，內(nèi)殼筒壁及穹頂混凝土強度等級為C60。

圖1 主廠房分布

2 研究內(nèi)容

2.1 混凝土拌合

通過對拌合混凝土降溫措施的研究，如添加冰屑代替拌合水、降低骨料溫度等措施，最終降低混凝土入模溫度，有利于降低混凝土養(yǎng)護過程中最高溫度及絕熱溫升，入模溫度較低的混凝土致裂溫度(Tcr)相對較低，混凝土耐裂性能良好，更有助于提高混凝土防裂性能。

2.2 混凝土澆筑

研究混凝土分層分段劃分和澆筑振搗工藝對混凝土裂縫開裂的影響，如澆筑結(jié)構(gòu)分段尺寸對混凝土應(yīng)力裂縫的影響，振搗機具(行星式插入振搗棒、附著式外部振搗器、平板振搗器等)、振搗時間及振搗間距等對混凝土密實性的影響。同時，研究不同澆筑工藝與現(xiàn)場施工條件的匹配性，如混凝土不同長度下的可泵性、不同天氣條件下的耐振搗性(即振動界限)等。同時，考慮沿海高溫天氣下，混凝土運輸機械和澆筑設(shè)備等采取保溫隔離措施、澆筑部位噴水噴霧降溫潤濕后對后續(xù)抗裂的影響。

2.3 混凝土養(yǎng)護

通過研究不同養(yǎng)護方法，如搭設(shè)保溫防風(fēng)棚、埋置溫水管，選取合理的拆模時機，選用合適的模板類型、養(yǎng)護液涂刷等，觀察對混凝土溫降收縮和自收縮裂縫的控制效果，從而抑制混凝土結(jié)構(gòu)開裂。

大量研究顯示，混凝土澆筑成型后，既要保持混凝土表面潮濕，防止水分外散，又要保持混凝土溫度變化適宜，使其能符合強度發(fā)展需要并力求減小內(nèi)外溫差。

3 混凝土施工要點

3.1 分段施工控制

3.1.1樓板(梁同樓板)

根據(jù)廠房結(jié)構(gòu)特征，嚴格控制分段長度，避免不規(guī)則分段。劃分樓板施工段時減小樓板分段跨度，澆筑長邊按≤30m的原則進行控制，區(qū)域宜劃分為規(guī)則板塊。

樓板厚度差≥300mm時，需單獨分段；同一分段內(nèi)有不同厚度樓板時，需先澆筑厚度較大樓板，再澆筑厚度較小樓板；施工分段時，要考慮下部結(jié)構(gòu)的影響。

3.1.2墻體(柱同墻體)

墻體垂直施工縫應(yīng)依據(jù)墻體直段長度宜≤20m(墻體厚度≥800mm)和宜≤25m(墻體厚度<800mm)的原則進行設(shè)置。

周邊廠房相鄰墻體厚度差≥300mm時，需單獨分段澆筑。

3.2 生產(chǎn)、運輸

1)生產(chǎn) 混凝土攪拌站有4條生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線實際產(chǎn)能45～55m3/h，4條生產(chǎn)線同時生產(chǎn)時，總產(chǎn)量為180～220m3/h，滿足澆筑時混凝土的供應(yīng)。

2)攪拌運輸 混凝土出機與澆筑時間間隔必須<90min(不受環(huán)境溫度限制)。運輸罐車卸料前應(yīng)采用快擋旋轉(zhuǎn)攪拌≥20s。同時，嚴禁在運輸過程或現(xiàn)場對混凝土加水。

3.3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.3.1溫控措施

1)混凝土入模溫度控制在≤28℃。

2)水泥控溫 提前進行存儲，保證使用溫度≤30℃。

3)混凝土攪拌時，攪拌用水使用≤5℃冷水和適量冰屑混合成的冰水混合物。

4)根據(jù)現(xiàn)場實際情況對攪拌運輸車滾筒加設(shè)隔熱材料，防止環(huán)境溫度過高導(dǎo)致混凝土溫度升高?，F(xiàn)場安裝人員對到場的新拌混凝土進行適當(dāng)調(diào)度，在盡短時間內(nèi)用完到場新拌混凝土，減少混凝土停留時間，避免受環(huán)境影響造成溫度升高。

5)澆筑混凝土?xí)r，為確保混凝土入模溫度滿足要求，需定時對混凝土入模溫度進行跟蹤檢測并記錄，每2h測量1次出機溫度。

3.3.2抗裂控制措施

3.3.2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計

整個筏基基礎(chǔ)下設(shè)有防水層的筏板與基巖間形成滑動層，能有效減小筏板與基巖之間的約束，有利于裂縫控制。

3.3.2.2原材料控制

水泥、砂石骨料、外加劑、水按設(shè)計要求進行原材料選用控制，現(xiàn)場攪拌用水可根據(jù)溫度選用冷水或加入冰屑，降低入模溫度。

3.3.2.3養(yǎng)護控制

1)搭設(shè)養(yǎng)護棚，通過養(yǎng)護棚溫度的調(diào)節(jié)動態(tài)控制混凝土內(nèi)外溫差，從而控制混凝土裂縫。

2)通過土工布+水來保持混凝土表面濕潤，防止混凝土表面干縮；后期降溫階段增加塑料薄膜和土工布對混凝土進行保溫，防止由于溫度應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。

3)通過溫控設(shè)備等其他溫控措施，保證混凝土內(nèi)外溫差及表面與環(huán)境溫差，防止混凝土裂縫產(chǎn)生。

3.3.2.4施工措施

1)在混凝土失去工作性能前，采用平板振搗器進行二次振搗，增加混凝土密實度，減少表面龜裂。

2)由于澆筑混凝土較厚，面層浮漿較厚，隨時觀察混凝土表面情況，發(fā)現(xiàn)明顯裂縫，要及時進行再次壓面。

3)通過二次振搗及二次壓面，盡量降低混凝土產(chǎn)生表面裂縫的風(fēng)險。

3.4 混凝土澆筑及振搗

3.4.1墻、柱結(jié)構(gòu)混凝土

1)墻體分層布料，每層厚度一般≤500mm，布料要均勻且不可一次下料過厚。

2)墻、柱結(jié)構(gòu)混凝土采用插入式振搗棒分層澆筑振搗，振搗上層時，振搗棒應(yīng)插入下層混凝土≥50mm，防止相鄰層混凝土結(jié)合面不密實，振搗棒不得觸動鋼筋和預(yù)埋件。

3)墻、柱高度<1.5m時，可在墻、柱頂直接澆筑；高度>1.5m時，在墻、柱頂面預(yù)留下料管，型號為φ160 PVC管，長度根據(jù)墻、柱高度確定。當(dāng)混凝土澆筑至管口下100mm時，即可撤出下料管，應(yīng)始終保證混凝土下料高度≤1.5m。為配合下料，在布料機泵管上需配置1段φ150軟管。

4)當(dāng)墻體洞口寬度≥500mm時，在洞口豎直方向加設(shè)φ100～φ200振搗孔，振搗孔孔徑根據(jù)現(xiàn)場鋼筋密集程度確定，間距≤500mm；當(dāng)墻體厚度>800mm時，墻厚方向每400mm增設(shè)1個振搗孔，設(shè)置振搗孔時要避開木方,不足400mm按400mm計算。如遇到鋼筋密集部位，振搗孔間距可適當(dāng)減小，選擇小型振搗棒輔助振搗，并適當(dāng)延長振搗時間。

5)混凝土振搗緊跟布料，每個布料點布置≥2 臺插入式φ50 振搗棒?；炷琳駬v應(yīng)快插慢拔，插點要均勻排列，混凝土表面呈水平、出現(xiàn)均勻水泥漿、不再冒氣泡且不顯著下沉即可停止振搗。2個振搗點距離不應(yīng)大于振搗棒作用半徑的1.4倍。φ50振搗棒作用半徑約為400mm，振搗間距為560mm；φ30振搗棒作用半徑約為200mm，振搗間距為280mm。振搗棒與模板的距離不應(yīng)大于振搗棒作用半徑的0.5倍。

6)如在周邊廠房遇大直徑套管(直徑≥800mm)且周邊鋼筋密集的情況，應(yīng)注意施工縫留設(shè)位置和振搗孔布置，保證混凝土振搗效果，使其振搗密實。

7)施工縫留設(shè)時其位置高于套管底部100mm以上(見圖2)，在套管兩側(cè)300mm處設(shè)置豎向施工縫。

圖2 大直徑套管部位施工縫留設(shè)

3.4.2梁、板結(jié)構(gòu)混凝土

1)梁、板應(yīng)同時澆筑，梁高度、樓板厚度均在300～500mm 時，混凝土以整體推進方式一次澆筑至樓板頂面；梁高度、樓板厚度均>500mm時，混凝土澆筑時采用分層布料，每次分層厚度≤500mm。

2)下料時應(yīng)保證混凝土下料高度<1.5m，當(dāng)樓板厚度>1 500mm時，設(shè)置φ160 PVC管布料點，布料點間距1.5～2.5m。每個布料點配置≥4臺插入式φ50振搗棒。應(yīng)垂直插入混凝土，禁止用振搗棒推趕混凝土?；炷琳駬v應(yīng)快插慢拔，插點要均勻排列，混凝土表面呈水平、出現(xiàn)均勻水泥漿、不再冒氣泡且不顯著下沉即可停止振搗。對于邊緣混凝土要小心振搗，將貼在模板上的氣泡趕盡。混凝土初凝前進行二次振搗。結(jié)構(gòu)頂面混凝土開始收倉時，抹壓混凝土面層，并進行二次壓面，可有效避免板面混凝土收縮裂縫出現(xiàn)。

3.5 混凝土抗裂控制專項及養(yǎng)護措施

3.5.1樓板裂縫控制專項措施

1)測溫要求 首層樓板施工時，埋設(shè)測溫探頭，根據(jù)測溫數(shù)據(jù)進行實時動態(tài)養(yǎng)護；并根據(jù)測溫數(shù)據(jù)進行溫度應(yīng)力計算，掌握混凝土變形規(guī)律，為后續(xù)養(yǎng)護提供技術(shù)支持。

2)測溫方法 需在混凝土澆筑前布置測溫點，測溫點布置間距宜為10～15m，如圖3所示；測溫傳感器在樓板中埋設(shè)剖面如圖4所示。

圖3 樓板中測溫點布置

圖4 測溫傳感器在樓板中埋設(shè)剖面

3)測溫頻率 首層樓板澆筑完成后，需進行測溫。第1～2天測溫頻率≥1次/2h，第3～4天測溫頻率≥1次/4h，第5～7天測溫頻率≥1次/8h。當(dāng)混凝土內(nèi)部最高溫度與環(huán)境溫度之差連續(xù)3d<25℃，降溫速率<2℃/d，且表里溫差小于控制值，可停止測溫。表里溫差控制值規(guī)定如下 ：混凝土厚度<1.5m 時，表里溫差為20℃；厚度為1.5～2.5m時，表里溫差為25℃；厚度>2.5m時，表里溫差為28℃。

4)測溫注意事項 測溫探頭使用前24h需進行浸水試驗，埋設(shè)前檢查測溫探頭有無損壞；測溫探頭須避讓鋼筋，不可與鋼筋接觸；現(xiàn)場實測時，需注意測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；測溫傳感器做好編號或標(biāo)記，不可混淆；做好埋設(shè)和測溫過程的照片、記錄留存。

3.5.2墻體裂縫控制專項措施

1)測溫要求 首次施工厚度≥1 000mm的大體積混凝土墻體時必須進行測溫，并根據(jù)測溫結(jié)果完善混凝土施工控制措施(如在墻體模板外側(cè)覆蓋土工布等)，后續(xù)墻體混凝土無須繼續(xù)測溫，但需按完善后的控制措施進行墻體養(yǎng)護。

2)測溫方法 需在混凝土澆筑前布置測溫點，測溫點分別在距離墻體澆筑頂標(biāo)高40～100mm范圍和距離底標(biāo)高約100mm位置及墻體澆筑中間高度埋設(shè)(見圖5)，間距應(yīng)≤1m。沿墻體長度方向測溫點布置間距宜為5～10m。

圖5 墻體圖中測溫點布置

3)墻體長度≤10m時，沿墻體長度方向居中布置1組測溫點；10m<墻體長度≤25m時，沿墻體長度方向1/3，2/3處分別布置1組測溫點；測溫傳感器在同一測溫點位置豎向均勻布置(見圖6)。

圖6 測溫傳感器在墻體中埋設(shè)剖面

4)測溫頻率 第1～4天測溫頻率≥1次/4h；第5～7天測溫頻率≥1次/8h，第7天至測溫結(jié)束測溫頻率≥1次/12h。當(dāng)混凝土內(nèi)部最高溫度與環(huán)境溫度之差連續(xù)3d <25℃，降溫速率<2℃/d且表里溫差小于控制值，可停止測溫。

3.5.3墻體養(yǎng)護措施(柱體養(yǎng)護要求同墻體)

1)厚度<1 000mm的外墻養(yǎng)護要求 帶模養(yǎng)護≥7d， 拆模后墻面涂刷養(yǎng)護液或覆蓋1層濕土工布進行保濕養(yǎng)護，養(yǎng)護時間≥14d(含帶模養(yǎng)護時間)。

2)厚度<1 000mm的內(nèi)墻養(yǎng)護要求 帶模養(yǎng)護≥3d， 拆模后墻面涂刷養(yǎng)護液或覆蓋1層濕土工布進行保濕養(yǎng)護，養(yǎng)護時間≥7d(含帶模養(yǎng)護時間)。

3)厚度≥1 000mm的墻體養(yǎng)護要求 需保證養(yǎng)護時間≥14d，其中帶模養(yǎng)護≥7d。對于1 600mm< 厚度≤1 800mm的墻體，在模板外側(cè)增加1層土工布進行保溫養(yǎng)護；對于厚度>1 800mm的墻體在模板外側(cè)增加2層土工布進行保溫養(yǎng)護。

4)當(dāng)混凝土降溫速率<1℃/d時，可適當(dāng)減少保溫層厚度或局部掀開土工布散熱。應(yīng)分層逐步拆除保溫覆蓋層，當(dāng)混凝土表面溫度與環(huán)境溫度最大溫差<20℃時，可全部拆除。拆除模板時，應(yīng)避開大風(fēng)或氣溫驟變等特殊天氣。拆模后應(yīng)及時灑水或涂噴養(yǎng)護液進行養(yǎng)護，養(yǎng)護期間應(yīng)保持混凝土表面濕潤，并檢查養(yǎng)護劑涂層的完整情況，且保留保溫層。另外，拆除模板前需提交拆模申請，滿足條件后即可拆除相應(yīng)模板。

3.5.4樓板養(yǎng)護措施(梁養(yǎng)護要求同樓板)

1)樓板混凝土澆筑后，應(yīng)及時進行保溫保濕養(yǎng)護。對于厚度≤1m的樓板，覆蓋1層土工布+1層塑料薄膜+1層土工布(按需增加土工布，冬季應(yīng)在頂層多增加1層土工布)；對于厚度>1m的樓板，覆蓋1層土工布+1層塑料薄膜+2層土工布(按需增加土工布)。養(yǎng)護過程中應(yīng)記錄覆蓋、灑水等養(yǎng)護數(shù)據(jù)，保證灑水養(yǎng)護持續(xù)有效，每2h進行巡視和補充養(yǎng)護。

2)板底房間封堵 對走廊等狹長部位及通風(fēng)較好的板底房間，用防雨篷布對板底房間門洞、二次澆筑區(qū)及較大洞口進行封堵。對于長走廊房間，搭棚養(yǎng)護時除了在端頭封堵外，還應(yīng)在中間再增加1道封堵措施。

3)養(yǎng)護時間及拆除養(yǎng)護棚條件 厚度≤500mm的樓板，養(yǎng)護時間≥7d， 養(yǎng)護4d后可將養(yǎng)護棚拆除；500mm<厚度<1 000mm的樓板，養(yǎng)護時間≥7d，養(yǎng)護7d后可將養(yǎng)護棚拆除；厚度≥1 000mm的樓板，養(yǎng)護時間≥14d，混凝土表面溫度與環(huán)境最大溫差<20℃時，可將養(yǎng)護棚拆除。

4)大體積混凝土溫控措施(見表1) 對于大體積混凝土，后期溫度下降相對較快，通過溫度預(yù)警值調(diào)整養(yǎng)護措施。

表1 大體積混凝土溫控措施

3.6 荷載要求

板面澆筑后3d內(nèi)嚴禁上部堆載，以保證混凝土初期處于穩(wěn)定狀態(tài)；后續(xù)板面堆載應(yīng)滿足相關(guān)設(shè)計要求及相關(guān)規(guī)范中規(guī)定的施工荷載要求。

3.7 支撐體系隔層拆除

底板支撐采用隔層拆除的成熟方法(見圖7)，現(xiàn)澆樓層混凝土7d后方可拆除隔層支撐，同時拆除條件需滿足GB 50666—2011《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》及相關(guān)設(shè)計要求，有特殊支撐要求的區(qū)域按設(shè)計要求進行支撐。

圖7 隔層拆除示意

3.8 管理措施

3.8.1澆筑掛牌制度

1)梳理混凝土施工重、難點區(qū)域，實現(xiàn)分區(qū)分級管控制度，加強過程管控，動態(tài)跟蹤。

2)混凝土澆筑作業(yè)前，施工區(qū)域掛牌，明確區(qū)域負責(zé)人、施工活動負責(zé)人、旁站監(jiān)管人員、巡查人員、作業(yè)人員、澆筑分區(qū)等信息。

3.8.2澆筑前振搗控制

針對施工重點部位(如地坑電梯井模板邊、套管密集區(qū)、大尺寸套管部位等)、鋼筋密集部位，加設(shè)信息提示牌，提醒混凝土澆筑人員在施工過程中重點關(guān)注，明確關(guān)鍵振搗點，確?；炷翝仓軐崱?/p>

3.8.3實施混凝土澆筑令制度

混凝土澆筑開始前，執(zhí)行混凝土澆筑令打勾放行制度，打勾放行后才能進行混凝土澆筑。制度主要包括：①技術(shù)準(zhǔn)備檢查 技術(shù)文件生效、技術(shù)交底已落實；②施工準(zhǔn)備檢查 澆筑設(shè)備調(diào)試就緒、振搗設(shè)備等充足且狀態(tài)良好、養(yǎng)護及應(yīng)急材料準(zhǔn)備充分。

4 結(jié)語

針對實體工程具體結(jié)構(gòu)形式與工況特點，通過實踐驗證核島廠房結(jié)構(gòu)混凝土入模溫度、澆筑方式、分段長度、模板類型、拆模時間、外部保溫保濕養(yǎng)護措施等施工工藝對結(jié)構(gòu)約束度及開裂性能的影響，提出合理的核島廠房結(jié)構(gòu)混凝土施工工藝?？刂茖嶓w結(jié)構(gòu)收縮應(yīng)力及其引起的開裂風(fēng)險，形成核島工程廠房結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)防開裂施工技術(shù)，從施工工藝方面解決其早期開裂難題，節(jié)約后期修補維護費用，保障工程建設(shè)質(zhì)量與延長服役期。