核電站混凝土結構抗裂施工措施研究與應用*

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堆廠房、燃料廠房、安全廠房、反應堆龍門架廠房、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、柴油發電機廠房等(見圖1)。根據設計文件要求，除反應堆龍門架廠房外，其余各廠房主體結構均為鋼筋混凝土結構，其中，筏基混凝土強度等級一般為C40，上部結構混凝土強度等級一般為C50，內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，如澆筑結構分段尺寸對混凝土應力裂縫的影響，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抗裂的影響。

2.3 混凝土養護

通過研究不同養護方法，如搭設保溫防風棚、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，從而抑制混凝土結構開裂。

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，使其能符合強度發展需要并力求減小內外溫差。

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)

根據廠房結構特征，嚴格控制分段長度，避免不規則分段。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，區域宜劃分為規則板塊。

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

3.1.2墻體(柱同墻體)

墻體垂直施工縫應依據墻體直段長度宜≤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、運輸

1)生產 混凝土攪拌站有4條生產線，每條生產線實際產能45～55m3/h，4條生產線同時生產時，總產量為180～220m3/h，滿足澆筑時混凝土的供應。

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

3.3 施工關鍵技術

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)根據現場實際情況對攪拌運輸車滾筒加設隔熱材料，防止環境溫度過高導致混凝土溫度升高。現場安裝人員對到場的新拌混凝土進行適當調度，在盡短時間內用完到場新拌混凝土，減少混凝土停留時間，避免受環境影響造成溫度升高。

5)澆筑混凝土時，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結構設計

整個筏基基礎下設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、水按設計要求進行原材料選用控制，現場攪拌用水可根據溫度選用冷水或加入冰屑，降低入模溫度。

3.3.2.3養護控制

1)搭設養護棚，通過養護棚溫度的調節動態控制混凝土內外溫差，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，防止由于溫度應力而產生裂縫。

3)通過溫控設備等其他溫控措施，保證混凝土內外溫差及表面與環境溫差，防止混凝土裂縫產生。

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，發現明顯裂縫，要及時進行再次壓面。

3)通過二次振搗及二次壓面，盡量降低混凝土產生表面裂縫的風險。

3.4 混凝土澆筑及振搗

3.4.1墻、柱結構混凝土

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、柱結構混凝土采用插入式振搗棒分層澆筑振搗，振搗上層時，振搗棒應插入下層混凝土≥50mm，防止相鄰層混凝土結合面不密實，振搗棒不得觸動鋼筋和預埋件。

3)墻、柱高度<1.5m時，可在墻、柱頂直接澆筑；高度>1.5m時，在墻、柱頂面預留下料管，型號為φ160 PVC管，長度根據墻、柱高度確定。當混凝土澆筑至管口下100mm時，即可撤出下料管，應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)當墻體洞口寬度≥500mm時，在洞口豎直方向加設φ100～φ200振搗孔，振搗孔孔徑根據現場鋼筋密集程度確定，間距≤500mm；當墻體厚度>800mm時，墻厚方向每400mm增設1個振搗孔，設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，振搗孔間距可適當減小，選擇小型振搗棒輔助振搗，并適當延長振搗時間。

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應快插慢拔，插點要均勻排列，混凝土表面呈水平、出現均勻水泥漿、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，應注意施工縫留設位置和振搗孔布置，保證混凝土振搗效果，使其振搗密實。

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

圖2 大直徑套管部位施工縫留設

3.4.2梁、板結構混凝土

1)梁、板應同時澆筑，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)下料時應保證混凝土下料高度<1.5m，當樓板厚度>1 500mm時，設置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。應垂直插入混凝土，禁止用振搗棒推趕混凝土。混凝土振搗應快插慢拔，插點要均勻排列，混凝土表面呈水平、出現均勻水泥漿、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?；炷脸跄斑M行二次振搗。結構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。

3.5 混凝土抗裂控制專項及養護措施

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，埋設測溫探頭，根據測溫數據進行實時動態養護；并根據測溫數據進行溫度應力計算，掌握混凝土變形規律，為后續養護提供技術支持。

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。當混凝土內部最高溫度與環境溫度之差連續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；現場實測時，需注意測量數據的準確性；測溫傳感器做好編號或標記，不可混淆；做好埋設和測溫過程的照片、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，并根據測溫結果完善混凝土施工控制措施(如在墻體模板外側覆蓋土工布等)，后續墻體混凝土無須繼續測溫，但需按完善后的控制措施進行墻體養護。

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高40～100mm范圍和距離底標高約100mm位置及墻體澆筑中間高度埋設(見圖5)，間距應≤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天至測溫結束測溫頻率≥1次/12h。當混凝土內部最高溫度與環境溫度之差連續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墻體養護措施(柱體養護要求同墻體)

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

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

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

4)當混凝土降溫速率<1℃/d時，可適當減少保溫層厚度或局部掀開土工布散熱。應分層逐步拆除保溫覆蓋層，當混凝土表面溫度與環境溫度最大溫差<20℃時，可全部拆除。拆除模板時，應避開大風或氣溫驟變等特殊天氣。拆模后應及時灑水或涂噴養護液進行養護，養護期間應保持混凝土表面濕潤，并檢查養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模板。

3.5.4樓板養護措施(梁養護要求同樓板)

1)樓板混凝土澆筑后，應及時進行保溫保濕養護。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)。養護過程中應記錄覆蓋、灑水等養護數據，保證灑水養護持續有效，每2h進行巡視和補充養護。

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

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

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，通過溫度預警值調整養護措施。

表1 大體積混凝土溫控措施

3.6 荷載要求

板面澆筑后3d內嚴禁上部堆載，以保證混凝土初期處于穩定狀態；后續板面堆載應滿足相關設計要求及相關規范中規定的施工荷載要求。

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《混凝土結構工程施工規范》及相關設計要求，有特殊支撐要求的區域按設計要求進行支撐。

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、難點區域，實現分區分級管控制度，加強過程管控，動態跟蹤。

2)混凝土澆筑作業前，施工區域掛牌，明確區域負責人、施工活動負責人、旁站監管人員、巡查人員、作業人員、澆筑分區等信息。

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、大尺寸套管部位等)、鋼筋密集部位，加設信息提示牌，提醒混凝土澆筑人員在施工過程中重點關注，明確關鍵振搗點，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技術準備檢查 技術文件生效、技術交底已落實；②施工準備檢查 澆筑設備調試就緒、振搗設備等充足且狀態良好、養護及應急材料準備充分。

4 結語

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