某核電站廠房樓板裂縫引發的思考

王洪良

1 概況

在巴基斯坦某核電站施工期間,發現核島廠房某些部位房間樓面出現較多的裂縫,在施工后期發現較多。多數裂縫寬度小于0.2 mm,少數大于0.2 mm,部分為通縫,可以滲水下來。現場對裂縫均作灌漿處理。核島廠房概況：廠房建在砂土地基上,大筏板基礎,地上4層～5層,地下2層,為混凝土剪力墻結構。由于核電站有抗震要求,墻體厚度為600 mm～800 mm,樓板厚度多為300 mm,房間也比較寬大,層高6 m左右,屬于比較高大的混凝土結構。廠房外輪廓尺寸近似為86 m正方形,中間有36 m直徑挖空的圓形,留給圓柱形的安全殼廠房空間用伸縮縫隔開,僅在大底板相連。裂縫出現的位置沒有規律,有的在中間房間,有的在角部。在2層處有一批,4層也有。施工單位把樓面分塊施工,留有施工縫。混凝土強度都沒有問題。

2 混凝土裂縫產生原因的思考

從理論上說,混凝土結構尤其是受彎構件總是帶裂縫工作的,在使用荷載不大的情況下,沒有裂縫或這類結構性裂縫非常細微,不易為肉眼所察覺。但混凝土結構在非設計受力狀態下,也會出現裂縫。這種裂縫的原因很復雜,主要有材料或氣候因素、施工不當、設計和施工錯誤、改變使用功能或使用不合理等,需要具體分析。

水泥、砂、石等材料質量問題會引起裂縫。本核電站的施工單位是國內專業施工核電站的施工企業,有專門的實驗室與混凝土泵站,試塊強度都達到設計強度,建材上應該沒有問題,可以排除水泥、砂、石等材料質量問題引起裂縫的可能。裂縫產生應與施工工藝有關。

混凝土產生裂縫與混凝土本身材料性質有關：1)混凝土在硬化的過程中,由于干縮引起的體積變形受到約束時,會產生裂縫。如果采取措施不當,這種裂縫的寬度有時會很大,甚至會貫穿整個構件。2)當混凝土構件有約束時,混凝土熱脹冷縮所產生的體積脹縮因為受到約束力的限制,在內部產生了溫度應力。由于混凝土抗拉強度較低,容易被溫度引起的拉應力拉裂,從而產生溫度裂縫(由于太陽曝曬產生裂縫是工程中最常見的現象)。以上“干縮”與“溫度應力”兩種不良影響,是產生裂縫的基本根源,應在設計與施工中注意。

在本工程中,樓板產生裂縫的原因可能有如下幾條：1)核島廠房長度應屬于超長結構,由于軟土地基基礎設計的特殊性,要求廠房中間不設置伸縮縫。設計方在截面設計,鋼筋配置上都做了加強措施,來保證抵抗收縮應力與溫度應力。廠房的樓板有300 mm厚,墻體有600 mm～800 mm厚,都是比較強的截面。但這也不可避免截面中非荷載引起的應力在施工期間已存在,所以對施工方提出了較高的要求。2)核島廠房是剪力墻結構,所有墻體都是混凝土墻。墻體多數不是通長的,中間有門洞或二次澆筑的設備孔打斷,混凝土的收縮沒有使墻體上出現裂縫。但樓板有多數層面上是連續的,由于墻體厚度大于樓板,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)巴基斯坦夏季地面溫度較高,氣候干燥,時常有大風、沙塵暴天氣。在此時澆筑的混凝土,如果沒有采用適當的養護措施,混凝土尚處于未完全硬化狀態,干燥過快,則會產生收縮裂縫,通常發生在表面,裂縫不規則,寬度小。另外水泥在水化及硬化過程中,散發大量熱量,使混凝土內外部產生溫差,超過一定值時,因混凝土的收縮不一致而產生裂縫。4)由于早期施工混凝土部分批次使用過早強劑,加大了混凝土干縮,使該階段樓板裂縫較多。5)混凝土配合比可能使用不當。設計為C30的混凝土,試驗出的混凝土試塊都超過了C40的強度,說明水泥用量偏大。可以適當減少水泥量,以減少混凝土凝固時的干縮裂縫。6)巴國的水泥與國內常用的硅酸鹽水泥存在差異。國內施工規范混凝土收縮的計算數據不能用。施工方應針對當地采購水泥實際測定收縮量,對施工混凝土配合比有所調整,以減少干縮。7)整個核島廠房在砂土地基上,到主體結構施工結束,在兩個對角線上已存在30 mm的沉降差,會對相對比較薄弱的樓板產生附加應力。在應力集中處,可能會出現裂縫。

3 避免混凝土裂縫產生的措施

現場出現的裂縫都是較小的,大多數不需要處理。有少數較大的裂縫,在灌漿處理后,對結構安全是沒有影響的。但出現裂縫總不是好事。針對以上潛在的原因,可以采取相應措施,以避免裂縫產生：1)由于結構沉降控制要求,結構設計方不允許使用后澆帶,因此合理設置施工縫就顯得非常重要。施工方把樓面分四塊施工,只消除了部分初期干縮的影響。建議在四塊施工區域交接處的房間樓板改為后期澆筑。該房間樓板配筋可按簡支計算,在600 mm～800 mm厚墻中部設置樓板施工縫。待四塊區域樓板混凝土強度較高,收縮到位時,再澆筑房間的樓板,這樣,縫在墻中間,上層墻體施工時又可覆蓋和灌實該縫。2)加強養護工作。在溫度較高的夏季,要注意新施工混凝土的保水。在溫差較大的秋冬季,要注意保溫工作,盡量避免在混凝土養護過程中出現不良的裂縫。養護期中是混凝土最薄弱的時期。核電站的混凝土設計富余度還是比較大的,只要混凝土達到設計強度,后期是不會出現裂縫的。3)關于混凝土配合比,使用混凝土外加劑,水泥用量等,應避免追求高強度。控制混凝土的收縮也是重要的指標,應使用恰當的混凝土配合比。另外,應熟悉國外水泥的性能,加強配制混凝土質量的一致性。

希望經過核電站所有參與者的共同努力,避免細小的混凝土裂縫的產生,做到核電站結構的零缺陷。這也是工程設計與施工人員共同的目標。

[1] 楊焱琦,肖明輝.鋼筋混凝土現澆板裂縫產生的原因和防治措施[J].山西建筑,2008,34(2)：174-175.