大體積混凝土防裂控制技術(shù)及管理措施

呂立志（中國(guó)核工業(yè)二四建設(shè)有限公司，河北 廊坊 065000）

混凝土材料是核電站建設(shè)過(guò)程中所需的重要基礎(chǔ)材料，施工單位在混凝土材料的使用過(guò)程中，依舊存在著管理意識(shí)不足、施工不規(guī)范、監(jiān)管力度不足等問(wèn)題。若想使混凝土施工充分發(fā)揮基礎(chǔ)性作用，施工單位要把握好每一個(gè)施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量監(jiān)控，以質(zhì)量控制為目標(biāo)，完善自身管理能力，最大限度減少混凝土裂縫的產(chǎn)生，并針對(duì)裂縫現(xiàn)象采取積極有效的補(bǔ)救措施。

1 大體積混凝土裂縫出現(xiàn)的原因

1.1 施工人員專業(yè)性不足

施工人員是建筑施工工作的主體，其綜合素質(zhì)、專業(yè)能力直接影響著混凝土施工質(zhì)量，其專業(yè)性不足主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先是文化水平不高。施工人員以農(nóng)民工群體為主，他們受教育和學(xué)習(xí)能力有限，無(wú)法認(rèn)識(shí)到混凝土施工中質(zhì)量管控的重要性，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)知識(shí)和注意事項(xiàng)認(rèn)識(shí)不足。因此，對(duì)于施工過(guò)程中采取的先進(jìn)技術(shù)了解較少，在實(shí)際操作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很多失誤，造成工程質(zhì)量缺陷。同時(shí)，土木工程建筑建設(shè)周期較長(zhǎng)，農(nóng)民工群體的流動(dòng)性較強(qiáng)，導(dǎo)致一個(gè)建設(shè)項(xiàng)目會(huì)更換好幾批施工人員，員工施工素質(zhì)和綜合能力得不到有效培養(yǎng)，在施工過(guò)程中極易造成偏差，影響工程質(zhì)量。其次是綜合素質(zhì)不足。建筑施工過(guò)程中，工序和部門之間存在交叉，有時(shí)需要不同部門共同進(jìn)行，導(dǎo)致施工人員之間不可避免地會(huì)產(chǎn)生矛盾，而施工人員綜合素質(zhì)不足，難以很好地解決矛盾，導(dǎo)致在工作中帶著情緒，對(duì)工程質(zhì)量造成影響。最后是現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員缺失。綜合以往混凝土裂縫導(dǎo)致的工程質(zhì)量問(wèn)題來(lái)看，施工工程中所配備的技術(shù)人員數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求，這導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)缺乏專業(yè)人員指導(dǎo)，施工人員盲目進(jìn)行施工。

1.2 缺乏有效的溫度控制措施

大體積混凝土建筑施工一般都是在室外進(jìn)行，很容易受到溫度變化的影響，另外在施工的過(guò)程中，混凝土澆筑時(shí)會(huì)散發(fā)出大量的熱量，其內(nèi)部和表面會(huì)存在較大的溫差，從而導(dǎo)致一定的溫度應(yīng)力產(chǎn)生，隨著溫度的不斷升高，應(yīng)力會(huì)不斷增大，最終導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生。在夏季與冬季施工過(guò)程中，晝夜溫差較大會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)部與表面溫差加大，而建筑工程中對(duì)混凝土的保溫措施僅僅是采用土工布覆蓋以及灑水保濕，這在一定程度上有助于緩解內(nèi)外溫差過(guò)大的問(wèn)題，但是難以對(duì)混凝土溫差進(jìn)行精準(zhǔn)把控。另一方面混凝土自身也存在塌縮，就混凝土結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，通常會(huì)產(chǎn)生一定的自縮現(xiàn)象，若是對(duì)此未加以重視并采取一定的控制措施，也會(huì)導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。

1.3 施工行為和材料質(zhì)量導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生

不同標(biāo)號(hào)混凝土的配合比會(huì)存在差異，這也導(dǎo)致其強(qiáng)度不同，在實(shí)際施工過(guò)程中部分混凝土生產(chǎn)商在制作混凝土的過(guò)程中會(huì)采用不合格的原材料，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度與質(zhì)量下降，同時(shí)，混凝土大多是在固定地點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一制作，之后再通過(guò)混凝土轉(zhuǎn)運(yùn)車運(yùn)送到施工地點(diǎn)，在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中極易混入雜質(zhì)，同時(shí)在轉(zhuǎn)運(yùn)的過(guò)程中會(huì)存在轉(zhuǎn)運(yùn)路程過(guò)長(zhǎng)的現(xiàn)象，到達(dá)施工地點(diǎn)后，罐內(nèi)氣溫過(guò)高會(huì)蒸發(fā)混凝土內(nèi)的水分，導(dǎo)致干結(jié)現(xiàn)象的產(chǎn)生，或是司機(jī)在施工現(xiàn)場(chǎng)向罐體內(nèi)添加過(guò)量的水，破壞了混凝土配合比。在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)未對(duì)施工部位進(jìn)行整理清潔，導(dǎo)致混凝土內(nèi)混入大量雜物，加上后期未進(jìn)行及時(shí)的養(yǎng)護(hù)作業(yè)等，這些原因都會(huì)導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生。

1.4 抗輻射混凝土特殊性質(zhì)

核電站在建設(shè)與使用過(guò)程中不可避免的一個(gè)問(wèn)題便是如何處理核輻射問(wèn)題。當(dāng)前我國(guó)核電站采取的大多是建造混凝土保護(hù)殼的方式來(lái)削弱核輻射對(duì)于周圍環(huán)境的影響，例如福建福清核電5 號(hào)機(jī)組，采用了雙層結(jié)構(gòu)，由內(nèi)外兩層鋼筋混凝土再加上中間的不銹鋼板構(gòu)成，而這兩層混凝土結(jié)構(gòu)所使用的原料有著特殊的性質(zhì)。根據(jù)研究，混凝土結(jié)構(gòu)有效滿足隔離核輻射需要達(dá)到兩個(gè)條件，一方面是其密度和厚度需要達(dá)到要求，另一方面其中需要含有硼、鎘、鋰、氫等特定元素，這便導(dǎo)致核電站所使用的混凝土具備日常建筑工程中的混凝土所不具備的特殊性質(zhì)，對(duì)于混凝土原料的質(zhì)量和比例也就有著更為嚴(yán)格的要求。也正是這些特定元素的加入，導(dǎo)致混凝土整體化學(xué)性質(zhì)會(huì)有所改變，在凝固的過(guò)程中會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生，而一旦產(chǎn)生裂縫會(huì)導(dǎo)致混凝土密度與厚度無(wú)法達(dá)到要求。

2 核電站大體積混凝土防裂施工技術(shù)

2.1 加強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工技術(shù)管控

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是采用中低強(qiáng)度的混凝土進(jìn)行施工來(lái)加強(qiáng)混凝土質(zhì)量，避免表面裂縫的產(chǎn)生，同時(shí)，加大整體結(jié)構(gòu)中承載鋼筋的數(shù)量來(lái)降低裂縫的寬度，保證整體建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，同時(shí)在施工過(guò)程中根據(jù)溫度變化設(shè)置水平施工縫。在混凝土施工過(guò)程中，遇到大方量混凝土施工時(shí)，要進(jìn)行分層澆筑并檢查高度，在下層混凝土凝固之前完成上層混凝土澆筑，這樣可以有效減少冷縫的產(chǎn)生，同時(shí)整體澆筑過(guò)程中混凝土需要以勻速進(jìn)行傾倒。為了減少氣溫的影響，盡量選擇晝夜溫差較小的適當(dāng)?shù)臏囟拳h(huán)境進(jìn)行施工，在天氣炎熱的夏季還需要做好防曬和降溫工作，采用灑水養(yǎng)護(hù)的方式控制混凝土內(nèi)外溫差。以某核電站大體積混凝土施工前預(yù)測(cè)溫度與實(shí)測(cè)溫度為例，可以測(cè)算出施工中內(nèi)外溫差產(chǎn)生應(yīng)力，見(jiàn)表1。

表1 大體積混凝土施工中溫度及應(yīng)力變化

由表1可知，混凝土施工過(guò)程所產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力與預(yù)先計(jì)算結(jié)果基本相符，在施工過(guò)程中可以通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和技術(shù)管控的方式進(jìn)行裂縫防治。

2.1.1 采取措施減少環(huán)境對(duì)混凝土影響

混凝土在施工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，大體積混凝土建筑內(nèi)外溫差不平衡會(huì)產(chǎn)生不同的拉伸應(yīng)力，由此造成混凝土裂縫的產(chǎn)生。而核電站大體積混凝土施工過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量和內(nèi)外溫差應(yīng)力，則會(huì)對(duì)建筑造成更大的影響。表2 為不同表面覆蓋對(duì)混凝土溫度的影響。

表2 不同表面覆蓋對(duì)混凝土溫度的影響

首先，需要選擇0.14mm 厚的普通塑料膜或毛氈布，采取一層塑料膜配三層毛氈布的方式對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行覆蓋；其次，需要改進(jìn)配比，在混凝土中添加具有剛性的混合添加劑，減少混凝土水泥的使用量，之后在混凝土混合制作的過(guò)程中，采取水冷的方式對(duì)混凝土進(jìn)行降溫，在澆筑過(guò)程中需要按照操作規(guī)范進(jìn)行拆模和保溫，減小混凝土自身與外界溫度導(dǎo)致的溫差；最后在嚴(yán)冬季節(jié)需要注重對(duì)于長(zhǎng)期暴露的薄壁結(jié)構(gòu)的保暖。在混凝土澆筑后也需要注重養(yǎng)護(hù)作業(yè)，及時(shí)的調(diào)理可以降低混凝土內(nèi)外的溫差,使混凝土澆筑后溫度下降速度變得緩慢，減少混凝土自身的約束應(yīng)力，提高混凝土的抗裂性，有效減少了溫度裂縫的發(fā)生。進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋靥幚?，能夠緩解混凝土澆筑后溫度的下降速度，保持?nèi)外的溫度差異的平衡,使混凝土表面的應(yīng)力緩和，防止出現(xiàn)裂紋等引起的收縮裂縫。

2.1.2 采用分層分段的施工方式

核電站大體積混凝土建筑工程量較大，難以一次性澆筑完成。以核電站地板為例，其平均厚度為4m，最厚處達(dá)到了14.35m，混凝土方量巨大，并且鋼筋用量達(dá)到了7246t，此種情況之下需要采取分層分段方式進(jìn)行施工。若是采用一次性整體澆筑的方式，一方面會(huì)由于體積過(guò)大導(dǎo)致混凝土澆筑不均衡，另一方面施工過(guò)程中產(chǎn)生的大量熱量會(huì)積聚在混凝土內(nèi)部，出現(xiàn)建筑外部冷卻快而內(nèi)部溫度持續(xù)上升，由此造成更大的內(nèi)外溫差。采取分層分段的方式進(jìn)行施工，可以減少混凝土內(nèi)部約束，并且已經(jīng)澆筑完成的面可以作為新的散熱面使用，及時(shí)吸收施工過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，降低溫度應(yīng)力。在施工中根據(jù)混凝土建筑體積特點(diǎn)，采取“中心開(kāi)花，對(duì)稱施工”的方式，將整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理劃分，例如巴基斯坦核電站在底板施工過(guò)程中將其劃分為8層17 塊，將14m 厚的底板分為1m～4m 較薄厚度，從混凝土用量上，劃分為300m3～2800m3的小塊進(jìn)行施工，在施工過(guò)程中注重澆筑間隔，根據(jù)混凝土使用方量多少進(jìn)行合理的時(shí)間控制，以確?；炷镣耆鋮s。

2.2 降低混凝土澆筑溫度

2.2.1 降低混凝土溫度

在混凝土攪拌過(guò)程中，可以采用冰水或是添加冰屑的方式降低混凝土內(nèi)部溫度，數(shù)據(jù)顯示每添加總水量4%的冰屑，可以有效降低1℃的混凝土溫度，所以在混凝土攪拌站中配備制冰機(jī)，在攪拌混凝土的過(guò)程中加入冰屑，降低混凝土溫度，減少熱量的產(chǎn)生。同時(shí)，在混凝土運(yùn)輸和泵送的過(guò)程中，對(duì)運(yùn)輸車和泵送管道采取用水噴淋的方式進(jìn)行降溫，盡可能減少輸送距離，通過(guò)這些方式來(lái)降低混凝土溫度。

2.2.2 減少水泥用量

水泥用量不僅僅會(huì)影響到混凝土的內(nèi)部溫度，也會(huì)影響到后期施工中熱量的產(chǎn)生，而降低水泥用量可以通過(guò)加強(qiáng)材料質(zhì)量的方式進(jìn)行控制。施工材料質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)直接關(guān)系著整個(gè)工程質(zhì)量是否符合標(biāo)準(zhǔn)。首先，在材料的采購(gòu)方面，建設(shè)單位需要按照國(guó)家頒布的材料使用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行采購(gòu)，同時(shí)查驗(yàn)材料與生產(chǎn)廠家的鑒定資料與合格證書(shū)等相關(guān)文件。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)材料，制定專門的存放制度，按照材料特性進(jìn)行分類存放。在確保材料質(zhì)量的同時(shí)，可以在混凝土中添加石灰石粉，一系列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，添加石粉有利于增強(qiáng)混凝土的和易性、可泵性、泌水性和強(qiáng)度。石粉可以代替部分水泥的作用，同時(shí)在混凝土中添加石粉后，可以發(fā)現(xiàn)混凝土溫度上升較之前下降了2℃。并且混凝土中還會(huì)使用到化學(xué)添加劑，例如美國(guó)GRACE公司生產(chǎn)的DARATARD17 緩凝型減水劑和WRDA+HYCOL 高效減水劑,可以使水泥用量減少10%～12.5%，而且都不含氯離子，pH值也能滿足施工技術(shù)條件的規(guī)定。在高溫季節(jié)采用緩凝型的D17，低溫期間采用高效減水劑W+H 來(lái)降低水泥用量，效果都很好。

2.2.3 及時(shí)進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑完成后，仍需要進(jìn)行及時(shí)的養(yǎng)護(hù)，以往公認(rèn)的澆水和圍水的養(yǎng)護(hù)方式對(duì)于大體積混凝土建筑的效果并不是十分明顯，因?yàn)檫@兩種養(yǎng)護(hù)方式只能降低混凝土表面溫度，而大體積混凝土內(nèi)部熱量的傳輸由于受到阻隔，降溫速率較慢，表面溫度一旦下降過(guò)快，只會(huì)加大內(nèi)外溫差，這對(duì)于預(yù)防混凝土開(kāi)裂來(lái)說(shuō)只會(huì)起到反作用。對(duì)于大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)，需要在表面鋪設(shè)薄膜，防止水分蒸發(fā)，其養(yǎng)護(hù)重點(diǎn)在于保濕，在薄膜上再鋪設(shè)草料墊等進(jìn)行保溫，防止表面溫度過(guò)快下降，盡可能地保持內(nèi)外溫度下降速率同步。同時(shí)，在日常養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，安裝模板進(jìn)行固定的側(cè)面往往是養(yǎng)護(hù)的盲區(qū)，在實(shí)際施工過(guò)程中常常會(huì)忽視這一部分的養(yǎng)護(hù)，尤其是在模板拆除之后。在模板拆除后立即采用薄膜覆蓋的方式進(jìn)行保養(yǎng)，可以使側(cè)面溫度下降與中心溫度下降速度一致。

2.3 針對(duì)裂縫采取修補(bǔ)措施

混凝土裂縫無(wú)法完全避免，但對(duì)于已產(chǎn)生的裂縫需要及時(shí)采取措施進(jìn)行修補(bǔ)。針對(duì)那些因?yàn)橥饬ψ饔脤?dǎo)致的混凝土結(jié)構(gòu)超出自身荷載范圍產(chǎn)生的裂縫，可以采用結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)處理，在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)混凝土材料的抗裂性、載荷能力等因素進(jìn)行綜合分析，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)、合理。如果在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中無(wú)法滿足變形變量需求，需要適當(dāng)增加鋼筋來(lái)提高土木工程建筑中混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，同時(shí)也可降低裂縫發(fā)生概率。針對(duì)那些寬度為0.2mm～0.3mm 的混凝土裂縫，可以采取注漿的方式進(jìn)行處理，要提前對(duì)原有混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底清理，分析原有混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和等級(jí)，并按照原有參數(shù)配制漿液。隨后將漿液注入混凝土裂縫中，從而使灌注的混凝土漿液與原有混凝土結(jié)構(gòu)形成一體。最后對(duì)表面進(jìn)行處理，針對(duì)受損部位嚴(yán)重的混凝土結(jié)構(gòu)，需要將裂縫處的雜物或者混凝土材料清理干凈，再利用新材料如聚合物、水泥砂漿、改性聚合物混凝土等進(jìn)行替換。針對(duì)那些漿材難以灌入的細(xì)小、深度未達(dá)到鋼筋表面且不漏水、不伸縮的裂縫，如蜂窩麻面和不確定漏水位置的裂縫，采取表面涂抹和表面貼補(bǔ)的方法，直接對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行處理，從而有效防止裂縫范圍擴(kuò)大。

2.4 改進(jìn)抗輻射混凝土配比

研究發(fā)現(xiàn)增加混凝土中鐵渣和鋼渣的含量，其抗壓強(qiáng)度會(huì)有所增加，在膠凝材料、細(xì)集料、赤鐵礦石、水、減水劑的配合比為1：3.11：3.84：0.41：0.01 時(shí)，混凝土的性能達(dá)到最好。在核電站施工中也會(huì)使用到大量的鋼結(jié)構(gòu)，在此過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的鋼渣，將鋼渣加入混凝土中，一方面會(huì)增強(qiáng)混凝土性能，另一方面可以對(duì)廢料進(jìn)行再利用，達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。

3 結(jié)語(yǔ)

混凝土裂縫的產(chǎn)生會(huì)對(duì)工程質(zhì)量的安全性和穩(wěn)定性造成影響，甚至?xí)斐芍卮蟀踩|(zhì)量事故，尤其是核電站大體積混凝土施工，出現(xiàn)任何一點(diǎn)差錯(cuò)都會(huì)造成巨大的安全隱患。因此，在混凝土施工過(guò)程中需要嚴(yán)格遵守施工規(guī)范進(jìn)行操作，從而最大限度減少裂縫的產(chǎn)生，針對(duì)已產(chǎn)生的裂縫及時(shí)采取補(bǔ)救措施，共同保障工程建筑質(zhì)量安全，在核電站建設(shè)過(guò)程中不斷引進(jìn)新的施工技術(shù)，促進(jìn)能源事業(yè)的平穩(wěn)進(jìn)展。