電站設備基礎大體積混凝土質量控制技術研究

孫玉祥

【摘 要】燃煤燃氣電站設備如發電機、汽輪機、燃氣輪機、送引風機、鍋爐承重基礎等工程中存在大量的大體積混凝土基礎，項目建設涉及到建筑、電氣、鍋爐、燃機、汽機及熱控等多項專業。特別是基礎大體積混凝土的成型及溫度收縮應力裂縫控制是大體積混凝土基礎施工是最基礎的工作，它在項目建設過程中出了問題都將影響后續項目及整個項目建設進程。其建設質量直接關乎整個項目最終的交付使用。在這些重難點項目上我們采用常規的質量控制措施之外，在管理上狠抓“人”（ man）的核心因素、在技術上側重創新、注重將學科前沿的研究成果應用到工程實踐中去；突出“方法（method）”這一重要因素，燃氣電站建筑工程項目中重點和難點技術上采取了強有力技術創新措施。

【關鍵詞】電站 混凝土 質量控制技術

1 大體積混凝土結構特點及應力裂縫機理

（1）大體積混凝土結構斷面尺寸比較大，混凝土澆筑以后，由于水泥的水化熱使內部溫度急劇上升，此時混凝土彈性橫量很小，徐變較大，升溫引起的壓應力并不大；但在日后溫度逐漸降低時，彈性模量比較大，徐變較小，在一定的約束條件下會產生相當大的拉應力。（2）混凝土是脆性材料，抗拉強度只有抗壓強度的l/10 左右；拉伸變形能力也很小，短期加載時的極限拉伸變形只有（6～1.0）×10-1，約相當于溫度降低 6～10℃的變形；長期加載時的極限拉伸變形也只有（1.2～2.0）×10-1。在施工過程中和運行期間，大體積混凝土結構中往往會由于溫度的變化而產生很大的拉應力，要把這種溫度變化所引起的拉應力限制在允許范圍以內是頗不容易的。大體積混凝土裂縫的形成機理，總體上可分為兩類：一是混凝土收縮變形約束裂縫，如混凝土溫縮和干縮變形因為受到約束所引起的約束拉伸裂縫；二是混凝土結構的荷載裂縫，指結構在設計荷載或其它外力作用下所引起的裂縫。溫度收縮是混凝土因隨周圍環境溫度下降而產生的溫度變形。對于大體積混凝土而言，溫度收縮是引起混凝土開裂的主要因素之一。大體積混凝土結構澆筑后，由于水泥凝結過程散發大量水化熱，導致混凝土體積膨脹，達到最高溫度后，隨著熱量的散失，溫度將降低到一個穩定溫度場或準穩定溫度場，產生溫降，導致體積收縮。

2 原材料控制

（1）要求商品混凝土供應站選用低水化熱的礦渣硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。（2）用粒徑較大，級配良好的粗骨料，嚴格控制其含泥量（砂<3%，碎石<1%）。

3 進行配合比優化

當前在工程實踐當中，配合比并未有隨著材料的實際情況（如含水率、含泥量等）而及時改變，導致配合比并不具有施工指導意義，鑒于此種情況，我們仍然以“人”為中心，強化組織的有效性，采取如下措施對配合比進行優化控制：

（1）與商品混凝土供貨商共同協商，采用加粉煤灰等摻合料或減水劑、改善和易性、降低水灰比，以達到減少水泥用量、降低水化熱和收縮量的目的。（2）據混凝土配合比和澆筑塊大小進行收縮應力計算，控制收縮應力小于混凝土抗拉應力。混凝土中的非均勻濕度分布會引起差異干縮變形，使結構的表面產生拉應力并可能導致裂縫。

混凝土中濕度場的確定是干縮應力計算的前提，由于影響濕度的因素較多，試驗測試困難較大。為了很好控制濕度變化而引起的收縮應力，我們燃氣電站TQC小組對該領域當前的最新研究成果進行了研究和吸收，根據河海大學王建博士后擬合得出混凝土收縮應變最終值可采用公式：

（1）

式（1）中： 為單位體積灰泥（水加水泥）量，單位 ，ε的單位為μm。

再據混凝土材料的本構方程 （2）

便可算出混凝土的收縮應力。根據我們TQC小組部分專家成員研究結論，要求商品混凝土公司研制出對混凝土干縮應力有明顯控制成效的配合比。

4 溫度應力控制

4.1 溫度應力裂縫形成

（1）混凝土澆筑初期，水泥水化產生大量水化熱，使混凝土的溫度很快上升。但由于混凝土表面散熱條件較好，熱量可以向大氣中散發，因而溫度上升較少；而混凝土內部由于散熱條件較差，熱量散發少，因而溫度上升較多，內外形成溫度梯度，形成內外約束。結果混凝土內部產生壓應力，面層產生拉應力，當該拉應力超過混凝土的抗拉強度時，混凝土表面就產生裂縫。（2）混凝土澆筑后數日，水泥水化熱基本上已釋放，混凝土從最高溫逐漸降溫，降溫的結果引起混凝土收縮，再加上由于混凝土中多余水份蒸發、碳化等引起的體積收縮變形，受到地基和結構邊界條件的約束（外約束），不能自由變形，導致產生溫度應力（拉應力），當該溫度應力超過混凝土抗拉強度時，則從約束面開始向上開裂形成溫度裂縫。

上述混凝土溫度應力的大小取決于水泥、水化熱、拌合澆筑溫度、大氣溫度、收縮變形及當量溫度等因素，總結過去大體積混凝土裂縫產生的情況，可知道產生裂縫的具體原因。

4.2 溫度應力影響因素

（1）水泥水化熱。水泥在水化過程中要產生一定的熱量，是大體積混凝土內部熱量的主要來源。由于大體積混凝土截面厚度大，水化熱聚集在結構內部不易散失，所以會引起急驟升溫。（2）混凝土的導熱性能。熱量在混凝土內傳遞的能力反映在其導熱性能上。混凝土的導熱系數越大，熱量傳遞率就越大，則其與外界熱交換的效率也越高，從而使混凝上內最高溫升降低，同時也減小了混凝土的內外溫差。混凝土的導熱性能較差，澆筑初期，混凝土的彈性模量和強度都很低，對水化熱急劇溫升引起的變形約束不大，溫度應力較小。（3）約束條件。結構在變形變化時，會受到一定的抑制而阻礙其自由變形，該抑制即稱“約束”。大體積混凝土由于溫度變化產生變形，這種變形受到約束才產生應力。無約束就不會產生應力，因此，改善約束對于防止混凝土開裂有重要意義。（4）外界氣溫變化。大體積混凝土結構施工期間，外界氣溫的變化對大體積混凝土開裂有重大影響。混凝土的內部溫度是澆筑溫度（既混凝土的入模溫度），可以預見，混凝土的入模溫度越高，它的熱峰值也必然越高，溫差愈大，溫度應力也愈大。（5）混凝土的收縮變形。混凝上中的水份有化學結合水、物理-化學結合水和物理力學結合水，其中80%的水份需要蒸發，只有20%的水份是水泥硬化所必須的。混凝土在水泥水化過程中多余水份的蒸發會引起混凝土產生體積變形，多數是收縮變形，少數為膨脹變形，這主要取決于所采用的膠凝材料的性質。混凝上中多余水份的蒸發是引起混凝土體積收縮的主要原因之一。（6）大體積混凝土的幾何尺寸。大體積混凝底板的長度對裂縫也有影響，底板越長，越容易產生裂縫，這是因為溫度應力與澆筑塊長度有關。

4.3 混凝土溫度控制

（1）該工程部分大體積混凝土正好在夏季進行施工，如燃機基礎等。夏季采用冰水攪拌混凝土，對骨料進行覆蓋遮陽。混凝土澆筑時應進行溫度測量，入模溫度控制在30℃以內，并盡可能的低。（2）混凝土核心溫度與混凝土表面溫度之差，混凝土表面溫度與環境間溫度之差控制在20℃以內，基面溫度和基底面溫度之差應控制在18℃以內。以防止溫度應力過大導制混凝土開裂。（3）在混凝土入模終凝后，盡早做好混凝土保溫保濕養護。為縮小混凝土中心溫度與表層溫度的溫差，多加了二層麻包和一層塑料薄膜，以免降溫梯度過大。

5 混凝土澆筑控制

（1）在規范允許或征得設計認可的前提下，盡可能采取分層或分塊降低表面系數的方法澆灌筑大體積混凝土。（2）澆筑過程中應及時排除混凝土表面泌水。可采用塑料管利用虹吸原理邊澆筑邊排水；不能采用虹吸方法時，水較少時，可在模板上打眼排水或采用海綿人工吸水等方法排除泌水。（3）根據混凝土體積大小，盡可能采用多臺泵車多點布料。水平全面分層澆筑，每層澆筑厚度控制在30cm以內。（4）混凝土分層振搗并采用二次振搗工藝，保證混凝土振搗密實，并排出孔隙水，減小混凝土收縮量。（5）混凝土終凝前用鐵磙進行二次壓實表面，再用木蟹打毛以控制混凝土表面凝縮裂紋的出現。

6 混凝土養護控制

（1）混凝土入模終凝后在基礎上表面覆蓋一層麻袋片澆水充分濕潤覆蓋塑料薄膜一層保濕，后再蓋一層或根據環境溫度加蓋多層草包，側模外表面覆蓋雙層草包（搭接），外面用塑料薄膜包裹嚴實。根據監測的溫差情況，必要時再用油布包裹一層。（2）對于大體積混凝土的養護我們一定要突破一個誤區，混凝土表面溫度增加并非是不允許的，在施工中我們特別強調溫度應力裂縫主要是由于混凝土內外溫度差引起的，所以許多基層施工人員認為升溫就澆水降溫是錯誤的。

7 混凝土測溫控制

（1）測溫點布設原則：測溫點的布設應有效地測得大體積混凝土各截面高度、核心、邊緣的溫度變化值。在大體積混凝土施工時，按測溫點布設原則進行設計并在施工中實施。（2）采用人工測溫，在當混凝土內外溫差在20℃以內和混凝土內部最高溫度與大氣溫度之差小于20℃時，即可停止測溫工作。（3）當混凝土內外溫差有超過20℃趨勢時，應及時通知調整保溫及養護措施，加蓋麻包，必要時對迎風面應加蓋油布、帆布覆蓋。

參考文獻：

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[2] 鄧曉陽.核電站反應堆廠房筏基大體積混凝土施工技術與質量管理[D].西安建筑科技大學，2013.