大体积混凝土防裂控制技术及管理措施

吕立志（中国核工业二四建设有限公司，河北 廊坊 065000）

混凝土材料是核电站建设过程中所需的重要基础材料，施工单位在混凝土材料的使用过程中，依旧存在着管理意识不足、施工不规范、监管力度不足等问题。若想使混凝土施工充分发挥基础性作用，施工单位要把握好每一个施工环节的质量监控，以质量控制为目标，完善自身管理能力，最大限度减少混凝土裂缝的产生，并针对裂缝现象采取积极有效的补救措施。

1 大体积混凝土裂缝出现的原因

1.1 施工人员专业性不足

施工人员是建筑施工工作的主体，其综合素质、专业能力直接影响着混凝土施工质量，其专业性不足主要体现在以下几个方面：首先是文化水平不高。施工人员以农民工群体为主，他们受教育和学习能力有限，无法认识到混凝土施工中质量管控的重要性，对于现场施工技术知识和注意事项认识不足。因此，对于施工过程中采取的先进技术了解较少，在实际操作过程中会产生很多失误，造成工程质量缺陷。同时，土木工程建筑建设周期较长，农民工群体的流动性较强，导致一个建设项目会更换好几批施工人员，员工施工素质和综合能力得不到有效培养，在施工过程中极易造成偏差，影响工程质量。其次是综合素质不足。建筑施工过程中，工序和部门之间存在交叉，有时需要不同部门共同进行，导致施工人员之间不可避免地会产生矛盾，而施工人员综合素质不足，难以很好地解决矛盾，导致在工作中带着情绪，对工程质量造成影响。最后是现场技术人员缺失。综合以往混凝土裂缝导致的工程质量问题来看，施工工程中所配备的技术人员数量远远达不到要求，这导致现场施工时缺乏专业人员指导，施工人员盲目进行施工。

1.2 缺乏有效的温度控制措施

大体积混凝土建筑施工一般都是在室外进行，很容易受到温度变化的影响，另外在施工的过程中，混凝土浇筑时会散发出大量的热量，其内部和表面会存在较大的温差，从而导致一定的温度应力产生，随着温度的不断升高，应力会不断增大，最终导致混凝土裂缝的产生。在夏季与冬季施工过程中，昼夜温差较大会导致混凝土内部与表面温差加大，而建筑工程中对混凝土的保温措施仅仅是采用土工布覆盖以及洒水保湿，这在一定程度上有助于缓解内外温差过大的问题，但是难以对混凝土温差进行精准把控。另一方面混凝土自身也存在塌缩，就混凝土结构来说，通常会产生一定的自缩现象，若是对此未加以重视并采取一定的控制措施，也会导致裂缝的产生。

1.3 施工行为和材料质量导致裂缝产生

不同标号混凝土的配合比会存在差异，这也导致其强度不同，在实际施工过程中部分混凝土生产商在制作混凝土的过程中会采用不合格的原材料，导致混凝土强度与质量下降，同时，混凝土大多是在固定地点进行统一制作，之后再通过混凝土转运车运送到施工地点，在转运过程中极易混入杂质，同时在转运的过程中会存在转运路程过长的现象，到达施工地点后，罐内气温过高会蒸发混凝土内的水分，导致干结现象的产生，或是司机在施工现场向罐体内添加过量的水，破坏了混凝土配合比。在现场施工时未对施工部位进行整理清洁，导致混凝土内混入大量杂物，加上后期未进行及时的养护作业等，这些原因都会导致混凝土裂缝的产生。

1.4 抗辐射混凝土特殊性质

核电站在建设与使用过程中不可避免的一个问题便是如何处理核辐射问题。当前我国核电站采取的大多是建造混凝土保护壳的方式来削弱核辐射对于周围环境的影响，例如福建福清核电5 号机组，采用了双层结构，由内外两层钢筋混凝土再加上中间的不锈钢板构成，而这两层混凝土结构所使用的原料有着特殊的性质。根据研究，混凝土结构有效满足隔离核辐射需要达到两个条件，一方面是其密度和厚度需要达到要求，另一方面其中需要含有硼、镉、锂、氢等特定元素，这便导致核电站所使用的混凝土具备日常建筑工程中的混凝土所不具备的特殊性质，对于混凝土原料的质量和比例也就有着更为严格的要求。也正是这些特定元素的加入，导致混凝土整体化学性质会有所改变，在凝固的过程中会发生化学反应，导致混凝土裂缝的产生，而一旦产生裂缝会导致混凝土密度与厚度无法达到要求。

2 核电站大体积混凝土防裂施工技术

2.1 加强混凝土结构设计及施工技术管控

结构设计是采用中低强度的混凝土进行施工来加强混凝土质量，避免表面裂缝的产生，同时，加大整体结构中承载钢筋的数量来降低裂缝的宽度，保证整体建筑结构的强度，同时在施工过程中根据温度变化设置水平施工缝。在混凝土施工过程中，遇到大方量混凝土施工时，要进行分层浇筑并检查高度，在下层混凝土凝固之前完成上层混凝土浇筑，这样可以有效减少冷缝的产生，同时整体浇筑过程中混凝土需要以匀速进行倾倒。为了减少气温的影响，尽量选择昼夜温差较小的适当的温度环境进行施工，在天气炎热的夏季还需要做好防晒和降温工作，采用洒水养护的方式控制混凝土内外温差。以某核电站大体积混凝土施工前预测温度与实测温度为例，可以测算出施工中内外温差产生应力，见表1。

表1 大体积混凝土施工中温度及应力变化

由表1可知，混凝土施工过程所产生的拉伸应力与预先计算结果基本相符，在施工过程中可以通过结构设计和技术管控的方式进行裂缝防治。

2.1.1 采取措施减少环境对混凝土影响

混凝土在施工过程中会产生大量热量，大体积混凝土建筑内外温差不平衡会产生不同的拉伸应力，由此造成混凝土裂缝的产生。而核电站大体积混凝土施工过程中所产生的热量和内外温差应力，则会对建筑造成更大的影响。表2 为不同表面覆盖对混凝土温度的影响。

表2 不同表面覆盖对混凝土温度的影响

首先，需要选择0.14mm 厚的普通塑料膜或毛毡布，采取一层塑料膜配三层毛毡布的方式对混凝土结构进行覆盖；其次，需要改进配比，在混凝土中添加具有刚性的混合添加剂，减少混凝土水泥的使用量，之后在混凝土混合制作的过程中，采取水冷的方式对混凝土进行降温，在浇筑过程中需要按照操作规范进行拆模和保温，减小混凝土自身与外界温度导致的温差；最后在严冬季节需要注重对于长期暴露的薄壁结构的保暖。在混凝土浇筑后也需要注重养护作业，及时的调理可以降低混凝土内外的温差,使混凝土浇筑后温度下降速度变得缓慢，减少混凝土自身的约束应力，提高混凝土的抗裂性，有效减少了温度裂缝的发生。进行适当的保温处理，能够缓解混凝土浇筑后温度的下降速度，保持内外的温度差异的平衡,使混凝土表面的应力缓和，防止出现裂纹等引起的收缩裂缝。

2.1.2 采用分层分段的施工方式

核电站大体积混凝土建筑工程量较大，难以一次性浇筑完成。以核电站地板为例，其平均厚度为4m，最厚处达到了14.35m，混凝土方量巨大，并且钢筋用量达到了7246t，此种情况之下需要采取分层分段方式进行施工。若是采用一次性整体浇筑的方式，一方面会由于体积过大导致混凝土浇筑不均衡，另一方面施工过程中产生的大量热量会积聚在混凝土内部，出现建筑外部冷却快而内部温度持续上升，由此造成更大的内外温差。采取分层分段的方式进行施工，可以减少混凝土内部约束，并且已经浇筑完成的面可以作为新的散热面使用，及时吸收施工过程中产生的热量，降低温度应力。在施工中根据混凝土建筑体积特点，采取“中心开花，对称施工”的方式，将整体结构进行合理划分，例如巴基斯坦核电站在底板施工过程中将其划分为8层17 块，将14m 厚的底板分为1m～4m 较薄厚度，从混凝土用量上，划分为300m3～2800m3的小块进行施工，在施工过程中注重浇筑间隔，根据混凝土使用方量多少进行合理的时间控制，以确保混凝土完全冷却。

2.2 降低混凝土浇筑温度

2.2.1 降低混凝土温度

在混凝土搅拌过程中，可以采用冰水或是添加冰屑的方式降低混凝土内部温度，数据显示每添加总水量4%的冰屑，可以有效降低1℃的混凝土温度，所以在混凝土搅拌站中配备制冰机，在搅拌混凝土的过程中加入冰屑，降低混凝土温度，减少热量的产生。同时，在混凝土运输和泵送的过程中，对运输车和泵送管道采取用水喷淋的方式进行降温，尽可能减少输送距离，通过这些方式来降低混凝土温度。

2.2.2 减少水泥用量

水泥用量不仅仅会影响到混凝土的内部温度，也会影响到后期施工中热量的产生，而降低水泥用量可以通过加强材料质量的方式进行控制。施工材料质量是否达标直接关系着整个工程质量是否符合标准。首先，在材料的采购方面，建设单位需要按照国家颁布的材料使用标准进行采购，同时查验材料与生产厂家的鉴定资料与合格证书等相关文件。对于现场材料，制定专门的存放制度，按照材料特性进行分类存放。在确保材料质量的同时，可以在混凝土中添加石灰石粉，一系列实验数据表明，添加石粉有利于增强混凝土的和易性、可泵性、泌水性和强度。石粉可以代替部分水泥的作用，同时在混凝土中添加石粉后，可以发现混凝土温度上升较之前下降了2℃。并且混凝土中还会使用到化学添加剂，例如美国GRACE公司生产的DARATARD17 缓凝型减水剂和WRDA+HYCOL 高效减水剂,可以使水泥用量减少10%～12.5%，而且都不含氯离子，pH值也能满足施工技术条件的规定。在高温季节采用缓凝型的D17，低温期间采用高效减水剂W+H 来降低水泥用量，效果都很好。

2.2.3 及时进行混凝土养护

混凝土浇筑完成后，仍需要进行及时的养护，以往公认的浇水和围水的养护方式对于大体积混凝土建筑的效果并不是十分明显，因为这两种养护方式只能降低混凝土表面温度，而大体积混凝土内部热量的传输由于受到阻隔，降温速率较慢，表面温度一旦下降过快，只会加大内外温差，这对于预防混凝土开裂来说只会起到反作用。对于大体积混凝土的养护，需要在表面铺设薄膜，防止水分蒸发，其养护重点在于保湿，在薄膜上再铺设草料垫等进行保温，防止表面温度过快下降，尽可能地保持内外温度下降速率同步。同时，在日常养护过程中，安装模板进行固定的侧面往往是养护的盲区，在实际施工过程中常常会忽视这一部分的养护，尤其是在模板拆除之后。在模板拆除后立即采用薄膜覆盖的方式进行保养，可以使侧面温度下降与中心温度下降速度一致。

2.3 针对裂缝采取修补措施

混凝土裂缝无法完全避免，但对于已产生的裂缝需要及时采取措施进行修补。针对那些因为外力作用导致的混凝土结构超出自身荷载范围产生的裂缝，可以采用结构补强处理，在混凝土结构设计过程中，对混凝土材料的抗裂性、载荷能力等因素进行综合分析，保证结构设计科学、合理。如果在混凝土结构设计过程中无法满足变形变量需求，需要适当增加钢筋来提高土木工程建筑中混凝土结构的安全性和稳定性，同时也可降低裂缝发生概率。针对那些宽度为0.2mm～0.3mm 的混凝土裂缝，可以采取注浆的方式进行处理，要提前对原有混凝土结构进行彻底清理，分析原有混凝土结构的强度和等级，并按照原有参数配制浆液。随后将浆液注入混凝土裂缝中，从而使灌注的混凝土浆液与原有混凝土结构形成一体。最后对表面进行处理，针对受损部位严重的混凝土结构，需要将裂缝处的杂物或者混凝土材料清理干净，再利用新材料如聚合物、水泥砂浆、改性聚合物混凝土等进行替换。针对那些浆材难以灌入的细小、深度未达到钢筋表面且不漏水、不伸缩的裂缝，如蜂窝麻面和不确定漏水位置的裂缝，采取表面涂抹和表面贴补的方法，直接对混凝土结构表面进行处理，从而有效防止裂缝范围扩大。

2.4 改进抗辐射混凝土配比

研究发现增加混凝土中铁渣和钢渣的含量，其抗压强度会有所增加，在胶凝材料、细集料、赤铁矿石、水、减水剂的配合比为1：3.11：3.84：0.41：0.01 时，混凝土的性能达到最好。在核电站施工中也会使用到大量的钢结构，在此过程中会产生大量的钢渣，将钢渣加入混凝土中，一方面会增强混凝土性能，另一方面可以对废料进行再利用，达到保护环境的目的。

3 结语

混凝土裂缝的产生会对工程质量的安全性和稳定性造成影响，甚至会造成重大安全质量事故，尤其是核电站大体积混凝土施工，出现任何一点差错都会造成巨大的安全隐患。因此，在混凝土施工过程中需要严格遵守施工规范进行操作，从而最大限度减少裂缝的产生，针对已产生的裂缝及时采取补救措施，共同保障工程建筑质量安全，在核电站建设过程中不断引进新的施工技术，促进能源事业的平稳进展。