大體積混凝土養護質量監控

摘要：本文從大體積混凝土溫度監控入手，提出了混凝土在溫升以及溫降過程中的養護質量控制要點。

關鍵詞：大體積混凝土;溫度監控;混凝土養護

1、背景

三門核電站是美國西屋公司開發的第三代壓水堆（AP1000）核電技術，為當前世界最先進的三代核電技術。三門核電一期工程核島底板平面形狀為多邊形，基礎長為78.03m，最寬處7軸為49.1m，最窄處1軸為27.7m。基礎底標高為EL60'6″，基礎大面積厚度為1.83m，以反應堆圓心為中心的正十六邊形（內切圓半徑為11.582m）厚度為1.22m，為超大、超厚、超長、大體積混凝土。混凝土抗壓強度等級C35，一次性澆注量約為5000m3。因核島底板的特殊性，美國ACI標準對裂縫寬度有明確的要求，即小于等于0.41mm，而對于反應堆基礎底板這樣一個半圓與一個多邊形的組合體，尺寸大、厚度大，變截面處容易引起應力集中，極大增加了大體積溫度控制的難度，另外大體積混凝土就處于一個動態溫度場中，這個溫度將引起應力，所以在控制大體積混凝土裂縫方面，溫度場引起的應力起到關鍵作用，核島底板總面積為3014m2"對物理溫度場的控制是難道之大可想而知，而很好的控制大體積混凝土的溫度以及溫度場，保證底板混凝土澆筑后的裂縫寬度控制在0.41mm以內，在混凝土澆筑完成后只有通過混凝土的養護質量來保證，由此可見對混凝土養護質量提出了極高的要求，可以這么說，2#核島底板的養護質量好壞直接關乎整個個核島底板混凝土質量優劣，直接關乎AP1000核電站是否能夠順利推進。

2、混凝土養護方案的理論驗算

2#核島底板為1.83m厚混凝土，三門核電現場12月大氣平均溫度為11.5℃。已知：現根據西安核建混凝土有限公司提供的核島地板大體積混凝土理論配合比進行計算，2#核島基礎底板為強度4000psi混凝土，水泥用量353Kg/m3，粉煤灰用量88Kg/m3，混凝土施工期間為2009年12月，三門12月平均氣溫11.5℃，混凝土澆筑入模溫度21.1℃，底板養護方案擬采用一層塑料薄膜、九層麻袋保溫養護。

---混凝土的絕熱溫升

℃.....①

式中：公式引用自《建筑施工手冊》第四版第614頁公式10-43;

Tmax——混凝土最大絕熱溫升（℃）;

mc——混凝土中水泥用量（Kg/m3）;

Q——水泥水化熱（KJ/Kg）;

c——混凝土比熱取0.97KJ/Kg·K;

ρ——混凝土密度，取2290Kg/"m3;

K——摻合料折減系數。粉煤灰取0.3;

F——混凝土活性摻合料用量（Kg/"m3）。

――混凝土中心溫度計算

..............................②

式中：公式引用自《建筑施工手冊（第四版縮印本）》第614頁公式10-44;

T1（t）——t齡期混凝土中心計算溫度;

Tj——為澆筑入模溫度21.1℃;

ξ（t）——t齡期降溫系數。

查建筑施工手冊第614頁表10-83可得ξ（t）的值，由此計算的T1（t）值見見表1：

表1"""""""""""各齡期混凝土的降溫系數和中心計算溫度

齡期t（d）

3

6

9

12

15

18

21

ξ（t）

0.54

0.51

0.44

0.35

0.27

0.20

0.16

T1（t）

54.2

52.36

48.07

42.56

37.65

33.36

30.91

――混凝土表層溫度計算

混凝土表面模板及保溫層等的傳熱系數計算：

......③

式中：公式引用自《建筑施工手冊（第四版縮印本）》第614頁公式10-47;

β——模板及保溫層的傳熱系數（W/m.K）;

δi——種保溫材料的厚度，塑料薄膜為0.001m，麻袋為0.01m;

λi——各種保溫材料的導熱系數，塑料薄膜為0.04，麻袋為0.14;βq——空氣層傳熱系數，可取23W/（m2.K）。混凝土虛厚度計算：

m............④

式中：公式引用自《建筑施工手冊（第四版縮印本）》第614頁公式10-48;

h′——混凝土虛厚度;

k——計算折減系數，取2/3;

λ——混凝土的導熱系數，取2.33W/m.K;

β——模板及保溫層的傳熱系數。混凝土計算厚度：

H=h+2h′=1.83+2×0.66=3.15m;.......................⑤

式中：公式引用自《建筑施工手冊（第四版縮印本）》第614頁公式10-49;

H——混凝土計算厚度;

h′——混凝土虛厚度。

混凝土表層溫度計算：

.....................⑥

式中：公式引用自《建筑施工手冊（第四版縮印本）》第614頁公式10-50;T2（t）——混凝土表面溫度;Tq——施工期大氣平均溫度;h′——為混凝土的虛厚度;H——混凝土的計算厚度。由上一步計算出的T1（t），可以計算出的T2（t）值，詳見下表

表2"""""""""""""各齡期混凝土的中心計算溫度和表面溫度

齡期t（d）

3

6

9

12

15

18

21

T1（t）

54.2

52.36

48.07

42.56

37.65

33.36

30.91

T2（t）

44.34

43.13

40.28

36.63

33.38

30.54

28.92

結論：混凝土中心溫度與表面溫度之差：T1（t）-T2（t）lt;25℃，故采取上述保溫養護措施后能滿足技術規格書要求，該養護方案在理論上可行，以上均是理論計算，是否在實踐中可行，還需實踐的檢驗。

3、溫度監控以及混凝土養護

3.1溫度監控點的埋設

溫度測點布置原則：測溫點應選擇在溫度變化大，熱量散失快和受環境溫度影響大的部位。

2#NI底板混凝土內設置共計54個測溫點，每個點分為上中下三層布置溫度傳感器。另外，在混凝土外表面的養護膜內設置3個測溫點監測混凝土表面溫度（養護層下），在大氣環境中設置2個溫度測點監測空氣溫度，總計測溫點59個。

3.2升溫階段溫度監控及養護質量控制要點

升溫階段應著重注意保濕養護，保濕采用在混凝土面覆蓋一層塑料薄，可以有效的避免混凝土表面水分揮發，充分利用混凝土內含水進行養護，同時有專人對薄膜覆蓋的混凝土表面進行檢查特別是墻體插筋等區域附近經常檢查并及時用噴霧器補水，一旦發現有缺水（表面泛白、干裂）情況，及時使用噴霧器進行噴水濕潤;

養護過程中密切根據溫度監控數據指導養護，一旦發現中心溫度與表面溫度之差大于25度，說明混凝土表面散熱過快，需要通過增加麻袋覆蓋層來加強混凝土表面的保溫養護。

3.3"降溫階段的養護

砼降溫階段受到外部約束，裂縫出現的風險很高，混凝土養護質量至關重要，承包商在這次溫控養護過程中安排了兩班人員24小時對砼進行溫度控制，確保砼降溫速率保持在1.5℃以內。砼在水化溫升小于熱量散失即進入降溫階段，為避免出現失控的砼突然降溫，在砼升溫平緩階段，即開始保溫養護同時為減少外界環境對保溫養護影響采取了搭設防雨棚的措施。

在降溫階段，應隨時準備根據溫度監控結果對保溫層厚度進行調整，保證降溫速率即不會影響裂縫控制又不會影響養護期，一旦出降溫梯度大于1.5度/d，的情況應及時增加保溫層厚度，一旦出現降溫梯度過小的情況，可以適度減少養護層的厚度，避免因養護降溫梯度太慢而延長了養護時間，延誤工程進度。

4、混凝土養護質量

混凝土養護層拆除后，外觀質量良好，裂縫極少，裂縫寬度沒有超過技術規格書要求，底板混凝土順利通過了核安全局的驗收，說明混凝土的養護取得了成功。