淺談C4機組核輔助廠房混凝土裂縫控制方法的分析與應用

文/李路遙 中國中原對外工程有限公司 北京 100000

鄧少慧 中核工程咨詢有限公司 北京 100000

1、概況

恰希瑪核電廠三、四號機組（以下簡稱C3機組/C4機組）核輔助廠房（NX）東西長度87.8m，南北寬度86.8m，地下15.3m，地上31m，為框架剪力墻結構，共9層。其中-11.45～-6.05m層外墻厚800mm，內墻厚300～600mm，-6.05m板厚350mm，局部板厚400mm、800mm；混凝土強度等級為C30（90天強度），抗滲等級為S6。在C3機組NX廠房-6.05m以下結構混凝土施工后，-11.45～-6.05m墻體及-6.05m板的裂縫問題較為突出。

2、理論分析

2.1 裂縫產生的原因

當混凝土自身的收縮變形所產生的拉應力σ（t）大于其極限抗拉強度ft時，即σ（t）〉ft時，混凝土就會產生裂縫。

而

式中，σN（t）——中心溫度與表面溫度之差ΔTmax產生的收縮受內部約束產生的拉應力；

σz（t） ——總降溫差ΔTmax受約束產生的應力；

σs（t）——收縮受約束產生的應力；

σo（t）——其他次要因素產生的應力；

σx（t）——徐變釋放的應力。

從式①可以看出，要控制混凝土裂縫的產生可以從兩個方面著手。一方面控制混凝土的水泥水化熱，降低溫度應力和收縮變形，以達到小于混凝土的極限抗拉強度；另一方面可以通過提高混凝土自身的極限抗拉強度，使之足以抵抗溫度應力。

2.2 裂縫寬度的影響因素

混凝土結構設計規范中，最大裂縫寬度計算公式為：

式中，αcr——構件受力特征系數；

ψ——裂縫間縱向受拉鋼筋應變不均勻系數；

σs——按荷載準永久組合計算的鋼筋混凝土構件縱向受拉普通鋼筋應力或按標準組合計算的預應力混凝土構件縱向受拉鋼筋等效應力；

Es——鋼筋的彈性模量；

cs——最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區底邊的距離；

ρte——按有效受拉混凝土截面面積計算的縱向受拉鋼筋配筋率；

deq——受拉區縱向鋼筋的等效直徑；

通過運用式②對某框架——剪力墻結構現澆板的裂縫進行計算，得出在考慮溫度及收縮作用的情況下比在不考慮溫度及收縮作用的情況下，裂縫增加了1.5倍左右。由此可見溫度應力作用以及混凝土的收縮變形對裂縫的寬度有很大影響。

3、C3機組NX廠房-6.05m以下裂縫成因分析

3.1 C3機組NX廠房裂縫分布

通過對C3機組NX廠房裂縫情況的觀測，發現裂縫主要集中出現在NX廠房-6.05m板及-11.45m～-6.05m之間的墻體區域。經統計，C3機組NX廠房-6.05m板大于0.2mm的裂縫共54條裂縫，其中貫穿性裂縫18條。-11.45m～-6.05m墻體大于0.2mm的裂縫共12條，無貫穿性裂縫。

3.2 原因分析

3.2.1 造成混凝土溫度應力變大和收縮變形的外部因素

①混凝土施工段劃分不合理，局部板厚度不同。-6.05m層樓板混凝土分塊不合理，C區分塊較大，不利于混凝土應力釋放，混凝土澆筑后由于溫度應力、收縮變形不均勻產生裂縫。

②結構約束作用大。由于-6.05m樓板下部墻體布置復雜且不規則，對樓板約束作用較大。若墻體厚度大于樓板厚度，剛度也較大，相對于樓板就是固定支座，限制了樓板的混凝土自由收縮，所以樓板較墻體更容易出現裂縫。

③施工方案未完全落實。未按施工方案要求進行二次振搗和二次抹面。未進行二次振搗，使混凝土產生的泌水不能擠出，水分蒸發產生沿鋼筋的縱向和垂直于鋼筋的橫向裂縫；未進行二次抹面，使混凝土早期出現的表層收縮裂縫未得到處理。

3.2.2 造成混凝土抗拉強度降低的外部因素

①巴工操作技能不足導致混凝土漏振；對混凝土分層厚度、振搗棒間距、下灰高度以及振搗時間控制不到位，造成混凝土不密實。

②施工工序不合理，過早加載。在混凝土施工完成后由于下道工序的需要，過早的在樓板上加載，使處在強度上升期的混凝土產生擾動，容易產生裂縫。

③頂撐沒有頂到樓板模板木楞正中間。主龍骨未擺放在頂撐中心、主龍骨與頂撐接觸不實，在樓板混凝土澆筑時存在龍骨的瞬間相對位移、沉降，可能產生裂縫。

4、應用于C4機組NX廠房的改進措施

4.1 材料方面

改進骨料級配，混凝土中連續級配的骨料可以使其擁有很好的和易性，更加的密實。選用級配較好的砂石料，降低骨料的含泥量，從而來提高混凝土的強度和抗裂性能。

4.2 施工方面

4.2.1 施工前

①優化施工安排，對C4機組NX廠房-6.05m板C區的混凝土澆筑面積進行了優化，將C區分為兩個施工段NXB1C01和NXB1C02，并將NXB1A01施工段面積減小。②加強對巴工的崗前培訓和施工前技術交底，要求振搗嚴格按操作規程進行，避免過振和漏振。

4.2.2 施工過程中

①嚴格控制混凝土坍落度。在保證能夠泵送的情況下，盡量調整混凝土坍落度在允許范圍的下限，現場最好控制在160mm以下。②嚴格落實施工方案，在澆注過程中認真執行二次振搗，不能過振，也不能欠振；二次收面一般在混凝土終凝前1～2小時進行。③控制樓板底模的變形，優化樓板模板支撐方案樓板的底部支撐，主次龍骨間距嚴格按照方案執行，并確保主龍骨處于頂撐的中部，防止受壓后模板出現變形。

4.2.3 施工后

①根據驗收規范應在澆筑完畢后的12h以內對混凝土加以覆蓋并保濕養護。混凝土的養護工作要及時，前期的養護不允許失水。②在混凝土到達設計強度后再開始下道工序施工。不允許提前在墻體和樓板上加載。

4.3 環境方面

選擇溫度較低的天氣，盡量在晚上對混凝土進行澆注，避免陽光直射及溫差變化過大導致混凝土收縮量增加。

結論：

裂縫的產生是有其根本原因的，通過理論分析找出裂縫產生的內在因素，聯系工程實際情況歸納出導致內在因素變化的外部因素，進而在工程實施過程中對外部因素給予正確控制，這是解決裂縫問題最直接有效的方法。