阳江核电有限公司 广东省阳江市 529500
摘要：大体积混凝土施工技术难度大，容易引发许多影响使用安全的质量隐患。本文从混凝土内部温度分布情况及其变化规律着手，分析了大体积混凝土施工过程中裂缝产生的原因，并提出相应的应对措施。
关键词：大体积混凝土；裂缝；原因；措施
前言
近年来，建筑施工过程中对于大体积混凝土的应用范围越来越广，大体积混凝土施工技术也得到了显著的提升。大体积混凝土施工技术在不断完善我国建筑施工技术体系的同时，还提高了建筑施工效率，核电厂核岛工程多数分部分项工程已采用大体积混凝土施工工艺，尤其是筏基工程应用更为广泛，大大缩短了整个核电机组的建设周期，更为我国核电行业的快速发展提供了有力的保证。大体积混凝土施工技术难度大，容易引发许多影响使用安全的质量隐患。本文从混凝土内部温度分布情况及其变化规律着手，分析了大体积混凝土施工过程中裂缝产生的原因，并提出相应的应对措施。
1.大体积混凝土裂缝产生原因
1.1内部原因
1.1.1水泥水化热影响
水泥水化热是水泥在水化过程中产生的热量，是大体积混凝土内部热量的主要来源。由于大体积混凝土结构断面厚度大，水化热聚集在结构内部不易散失，所以会引起急骤升温，这样混凝土内部的水化热无法及时散发出去，以至于越积越高，使内外温差增大。单位时间混凝土释放的水泥水化热，与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关，并随混凝土的龄期而增长。由于混凝土结构表面可以自然散热，实际上内部的最高温度，多数发生在浇筑后的最初3-5天。混凝土的导热性能较差，浇筑初期，混凝土的弹性模量和强度都很低，对水化热急剧温升引起的变形约束不大，温度应力也就较小。随着混凝土龄期的增长，弹性模量和强度相应提高，对混凝土降温收缩变形的约束愈来愈强，即产生很大的温度应力，当混凝土的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便开始产生温度裂缝。
1.1.2混凝土收缩影响
混凝土的早期收缩开裂会引起耐久性的降低并加速混凝土劣化进程，混凝土的收缩是指混凝土中所含水分的变化、化学反应及温度变化等因素引起的宏观体积缩小。混凝土的收缩变形是由于在混凝土的拌合水中，只有约20％的水份是水泥水化所必须的，其余的80％都要被蒸发，多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩。混凝土中多余水分的蒸发是引起混凝土体积收缩的主要原因之一。影响混凝土收缩，主要是水泥品种、混凝土配合比、外加剂和掺合料的品种以及施工工艺、养护条件等。
1.1.3约束条件影响
结构物在变形中，必然会受到一定的约束阻碍其变形，阻碍变形的因素即称为约束条件。约束条件分为两类：内约束和外约束。内约束主要针对截面较大的大体积结构中，发生在同一结构内部各层次（截面）的质点、材料之间，此时一个质点的变化受到其他质点的牵制和影响。外约束发生在不同结构之间。大体积混凝土浇筑时产生的温度变化，受到下部垫层地基、侧向模板等限制，因而产生外部的压缩应力。混凝土内部由于水泥水化热形成中心温度高、热膨胀大，在中心产生压应力，在表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度和钢筋的约束力时，混凝土就产生开裂。
1.2外部原因
1.2.1外界气温影响
大体积混凝土结构在施工期间，它的浇筑温度随着外界气温变化而变化。外界气温的变化对大体积混凝土开裂有重大影响，特别是气温骤降，会大大增加内外混凝土温差，这对大体积混凝土是极为不利的。温度应力是由于温差引起温度变形造成的，温差愈大，温度应力也愈大。同时，在高温条件下，大体积混凝土不易散热，混凝土内部的最高温度一般可达60--70℃，并且有较长的延续时间。因此，应采取温度控制措施，防止混凝土内外温差引起的温度应力。
2.大体积混凝土裂缝应对措施
2.1内部应对措施
2.1.1减少温度变形
2.1.1.1控制原材料
为降低水化温升、减小体积变形，大体积混凝土一般不宜使用水化热高的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，应使用中热硅酸盐水泥和低热矿渣水泥；更不宜使用早强型水泥。某核电厂大体积混凝土（筏基）配合比见表1。
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表1 某核电厂PS40A混凝土配合比
在水泥进场是应由化验室进行CL离子含量快速检测及温度测定，保证CL离子含量＜0.05%，水泥的进场温度不大于60℃。同时水泥至少在浇筑前2周储存完毕，通过一段时间的自然冷却，将水泥的搅拌温度控制在45℃以下，通过降低水泥的搅拌温度达到降低混凝土出机温度的目的。粉煤灰在进场是也需控制其进场温度不大于55℃，粉煤灰也需要提前进行储备，通过一段时间的自然冷却，控制其搅拌温度在35℃以下。PS40A混凝土采用自产砂石，粗骨料采用连续级配粒径为5-31.5mm的碎石，细骨料为中砂。对砂石提前约40天进行储备，确保砂石的含水率控制在3%以内，石子的含水率控制在1%以内。混凝土搅拌用拌合水全部采用1-4℃冷水。外加剂选用不含CL离子的缓凝型高效减水剂，减少水灰比，改善混凝土的和易性、流动性和减少水泥用量，降低混凝土的水化温升并减小收缩变形。
2.1.1.2低温季节或低温时段浇筑
除水泥水化温升外，混凝土本身的温度也是造成体积变化的原因，所以也应尽量降低。有条件的应尽量在冬季浇筑，避免在夏季浇筑。若无法做到，则应避免在午间高温时浇筑。
2.1.1.3冷却混凝土
冷却混凝土分预冷和后冷。预冷是在浇筑前进行，主要的方法是加冰拌和（可降低3℃～4℃）和冷却骨料（可降低10℃以上）。后冷是在浇筑后进行。主要是在结构内埋设水管，通低温水冷却，冷却的效率高，冷量损失小。浇筑块不太厚的，亦可采用表面流水冷却，也有较好效果且节约水管。
2.1.1.4做好表面隔热保护
大体积混凝土的裂缝，特别是表面裂缝，主要是由于内外温差过大产生的。浇筑后，水泥水化使混凝土温度升高，表面易散热温度较低，内部不易散热温度较高，相对地表面收缩内部膨胀，表面收缩受内部约束产生拉应力。但通常这种拉应力较小，不致于超过混凝土抗拉强度而产生裂缝。只有同时遇冷空气袭击，或过水或过分通风散热，使表面降温过大时才会发生裂缝（浇注后5--20天最易发生）。表面隔热保护可防止表面降温过大，减小内外温差，是防裂的有效措施。
2.1.2降低约束
内部约束是无法消除和降低的。外部约束主要决定于基岩或老混凝土的弹性模量。弹性模量越高，约束程度越大。对于必须与基岩或老混凝土连接的建筑物，如大坝，要降低基岩的弹性模量是难以做到的，要降低下层混凝土的弹性模量，则应在其未充分硬化时浇筑。对于允许和基岩或老混凝土脱离的建筑物，如大型设备基础，则可采取以下措施消除外部约束：（1）岩石上可铺一薄层砂碎石；（2）老混凝土上可铺沥青油毡；（3）侧面为岩石或老混凝土时，亦可用沥青油毡隔开。
2.1.3加强混凝土温度监测
温度控制是大体积混凝土施工中的一个重要环节，也是防止温度裂缝的关键。加强施工监测工作在大体积混凝土的凝结硬化过程中，及时摸清大体积混凝土不同深度温度场升降的变化规律，随时监测混凝土内部的温度情况，以便有的放矢地采取相应的技术措施，确保混凝土不产生过大的温度应力，避免温度裂缝的发生。监测混凝土内部的温度，可采用在混凝土内部不同部位埋设温度传感器，用混凝土温度测定记录仪进行施工全过程的跟踪监测，做到全面、及时、均匀地控制大体积混凝土温度情况。这样在施工过程中，可以做到对大体积混凝土内部的温度变化进行跟踪监测，实现信息化施工，确保施工质量。
温度传感器，在混凝土浇筑前埋置于基础内，一般按结构的厚度分上、中、下三层设置。测温的时间，应在混凝土浇筑完毕后根据混凝土中水化热的释放情况，120小时内每小时测温一次，240小时内每两个小时测温一次，其他时间每4个小时测温一次，直至养护结束。设定内外温差警戒值为23℃、降温速率警戒值为1.7℃/d，当测得的数据接近警戒值并有继续上升趋势时应立即采取增加保温层厚度等措施，控制混凝土内外温差不大于25℃、降温速率不大于2℃/d，保证混凝土施工质量。
2.2外部应对措施
2.2.1优化振捣方法
大体积混凝土施工段的划分及浇筑顺序应根据具体工程结构确定，通常按该工程项目划分表的单元工程进行划分。混凝土可采用混凝土运输车运到现场，汽车泵或混凝土输送泵运送入仓；如采用非泵送混凝土，可用吊机（车）直接布料或搭设脚手架采用机动车布料，混凝土的布料采取来回往返的方式向前推进，布料点纵横方向间距控制在2.0m左右，布料时，尽量控制各布料设备同步向前进行，当出现由于泵送速度差异时，布料速度快的设备适当增加覆盖范围，以免在浇筑过程中分层混乱，出现漏振或新浇混凝土暴漏时间过长的现象。大体积混凝土必须根据当地中长期天气预报，选择最佳天气条件进行浇筑，应尽量安排在低温时段浇筑，以最大限度降低混凝土的初凝温度。在浇筑过程中，应遵循“同时浇捣、分层推进，一次到顶，循序渐进”的成熟工艺。振捣时重点控制两点，即混凝土流淌的最近点和最远点，振动点振动时不能漏振，尽可能采用两次振捣工艺，以提高混凝土的密实度。
2.2.2加强后期养护
养护是一项十分关键的工作，养护主要是保持适宜的温度和湿度，以便控制混凝土内外温差，促进混凝土强度的正常发展及防止混凝土裂缝的产生和发展。根据工程的具体情况，应尽可能多养护一段时间，拆模后立即回土或覆盖保护，同时预防近期骤冷气候影响，以控制内外温差，防止混凝土早期和中期裂缝。养护用水的温度应与现场测得的混凝土表面温度接近，以免人为造成混凝土表面产生温度梯度，进而出现裂缝。大体积混凝土的养护，不仅要满足强度增长的需要，还应通过温度控制，防止因温度变形引起混凝土的开裂。
水平施工缝采取覆盖保温保湿养护，垂直表面采取带模养护。在养护期间，当混凝土的温度处于降温阶段时，应控制混凝土内外温差不大于25℃，降温速率不大于2℃/d。当现场所测得的温度数据接近或达到所设置的温度警戒值（混凝土内外温差警戒值为23℃、降温速率警戒值为1.7℃/d），并有继续上升的趋势时，应立即检查原因，包括覆盖是否严实、局部是否存在积水等现象，找出原因后立即对混凝土表面加强保温，采取的措施包括：1）排除积水，以此来保证混凝土表面的温度，减小混凝土内外温差；2）若保温效果仍然不能达到要求，内外温差仍然继续增大，则在原覆盖层上部增加一层塑料薄膜，然后再增加若干层土工布，覆盖时上部土工布处于干燥状态，以确保其保温效果。
综上所述，要防止大体积混凝土的裂缝，主要有减少温度变形（控制原材料、低温季节或低温时段浇筑、冷却混凝土、做好表面隔热保护），降低约束，加强混凝土温度监测，优化振捣方法，加强后期养护等措施。
3.结论
随着核电市场的快速发展，大体积混凝土在核电厂建筑施工过程中的应用也越来越广泛。建筑施工过程中一旦处理不好大体积混凝土浇筑问题，就会使得混凝土产生表面裂缝和贯穿性裂缝，进而对建筑结构的整体性、耐久性和防水抗渗性产生影响，甚至影响核安全。所以在核电厂建筑施工过程中对于施工细节一定要进行严格的监控，保证大体积混凝土结构的完整性，从而保证核电厂建筑工程整体施工质量。
参考文献：
[1]GB-50496-2009，大体积混凝土施工技术规范
[2]GB-50666-2011，混凝土结构工程施工规范
[3]建筑施工手册，第四版，中国建筑工业出版社
[4]某核电厂筏基混凝土浇筑施工方案