常規島廠房筏基大體積混凝土施工過程控制分析

李永鵬，郝亞輝，王棟，吳澤坤，胡琦

（中國建筑第二工程局有限公司核電建設分公司，廣東 深圳 518034）

安全運行是核電站建設的首要問題，核電站基礎為筏基大體積混凝土結構，屬于大體積混凝土工程，且無論澆筑直徑、厚度均大于建筑工程，混凝土結構產生水化熱反應積累導致結構內部溫度升高，造成混凝土內外溫差較大，進而產生較大的溫度變形應力和收縮應力，導致混凝土結構出現裂縫，危害核電站運行安全。本文結合三澳核電站工程，深入分析核電站廠房筏基大體積混凝土施工技術要點，以期為核電站工程建設提供有益參考。

1 工程概況

三澳核電站規劃建設6臺百萬千瓦壓水堆核電機組，一期建設2臺機組。該工程2#機組反應堆廠房基礎為圓柱體筏式基礎，直徑39.5m，整體澆筑厚度為3.8m，混凝土澆筑體積為450mm，混凝土強度等級為PS40（等同標準立方體試件C50）。核電站使用年限60年。

根據《混凝土結構耐久性設計規范》（GB/T 50476-2008），明確使用BTS高性能外加劑。通過使用高性能外加劑和降低混凝土用水量，降低了膠凝材料用量，從而降低了水化熱，提高了混凝土7d抗壓強度比（125%）和28d抗壓強度比（120%）。且提高了摻和料摻量（≤40%），根據規范要求，本工程重點加強大體積混凝土配制和大體積施工、養護控制，確保該工程大體積混凝土施工質量。

2 大體積混凝土配合比設計

根據大體積混凝土裂縫成因研究，混凝土水化熱是造成混凝土裂縫的主要原因，混凝土配合比設計應重點加強混凝土原材料質量控制和配合比設計。

2.1 原材料質量控制

為降低大體積混凝土水化熱反應，該工程加強原材料選擇與質量控制。

①水泥。水泥是混凝土水化熱反應的主要來源，應根據配合比設計要求選擇水化熱低、強度高的優質中熱水泥。該工程中選擇P·Ⅱ42.5水泥，3d平均水化熱為245kJ/kg，7d平均水化熱284 kJ/kg，28d平均抗壓強度60MPa。

②骨料。細骨料選用0.16mm～5mmⅡ級中砂，細度模數 2.6～2.9，含泥量≤2.0，泥塊含量≤1.0%，有害物質含量≤1.0%，非活性骨料。粗骨料選用5mm～31.5mm連續級配碎石，針片狀顆粒含量≤10%，含泥量≤1.0%，泥塊含量≤0.5%，空隙率≤40%，壓碎值≤10%，且不含風化石或堿性骨料。

③摻和料。選用Ⅰ級粉煤灰，粉煤灰密度為 1.77g/cm～2.43g/cm，與外加劑相容性良好。

④外加劑。選用與水泥相容性良好的聚羧酸外加劑，減水率為20%～25%，氯離子含量≤0.03%，堿含量≤0.5%，壓力沁水比≤50%。

2.2 混凝土配合比設計

根據1#機組筏板基礎混凝土配合比，經試配優化用水量、水膠比、摻和料摻量、砂率和外加劑摻量，綜合運用正交試驗法確定設計配合比（如表1所示）。

混凝土配合比設計 表1

經試驗研究，制作2組12塊150mm立方體混凝土試件，標養28d，根據《混凝土強度檢驗評定標準》（GB/T50107-2010）規定要求檢測混凝土強度，該配合比3d抗壓強度為35.8MPa，28d抗壓強度為60.1MPa，28d抗拉強度為5.3MPa，符合配合比設計目標要求。

3 核電站筏板基礎大體積混凝土施工技術要點

筏板基礎大體積混凝土施工中，混凝土攪拌后產生大量水化熱，并隨混凝土澆筑而形成溫度梯度，混凝土中心處于熱脹階段，混凝土表面溫度較低，處于受拉階段，在混凝土內外溫差作用下，內部與外部形成溫差，當混凝土膨脹產生的抗拉強度大于混凝土冷縮產生的拉應力時即產生表面裂縫，甚至產生貫穿裂縫。混凝土溫度梯度越大，產生的拉應力越大，形成混凝土裂縫的可能性越大。為合理控制核電站筏基大體積混凝土裂縫，應當從控制混凝土入模溫度、澆筑施工、養護管理和溫度監測等方面入手。

3.1 混凝土拌和溫度控制

入模溫度是混凝土攪拌初始溫度，合理控制入模溫度能夠控制混凝土拌和出料溫度，避免因入模溫度過高而加劇出料溫度，導致入模溫度過高而加劇混凝土中心溫度與表面溫差。該工程為控制入模溫度，重點控制水泥、骨料溫度和用水溫度。水泥和骨料提前14d進場，并加強水泥防潮處理，確保水泥入模溫度≤50℃。骨料入模溫度控制時，由于浙江地區降雨較多，濕度較大，導致骨料含水率波動較大，骨料表層含水率與中心含水率差異顯著。針對該問題，施工單位加強骨料存儲管理，落實防風、防潮、防雨措施，并定時翻轉粗骨料，降低入模溫度，并保持骨料含水率穩定。水入模溫度控制時，由于該工程施工處于夏季，為合理控制混凝土出料問題，施工單位選用冰水入模，提前準備冰庫及冷水。通過合理控制混凝土原料入模溫度，混凝土出模溫度控制在25℃～28℃。混凝土攪拌時，嚴格控制混凝土拌和時間和投料量，拌和時間60s，每次投料均按配合比精確稱重計量投料。混凝土出模后，使用罐車運輸至施工現場，為降低運輸環境溫升對大體積混凝土溫度的影響，運輸過程中采取罐車帆布遮蓋保溫和灑水降溫措施，確保混凝土澆筑溫度符合大體積混凝土裂縫控制要求。

3.2 混凝土澆筑施工

大體積混凝土澆筑前，施工單位組織鋼筋籠和預埋件聯合驗收，經驗收通過后方可攪拌和澆筑混凝土。由于該工程混凝土澆筑量大，采用斜面分層澆筑方法（如圖1所示），分層厚度40cm。為避免出現層間冷縫，該工程加強混凝土振搗，采用行列式振搗方法，每點振搗40s，以振搗點泛漿、無氣泡和下沉現象為止。相鄰振搗點距離20cm，振搗點伸入下層混凝土長度≥5cm，確保大體積混凝土振搗密實。混凝土澆筑間隔30min進行二次振搗，消除混凝土中粗骨料和鋼筋空隙，提高混凝土與鋼筋粘結性能和握裹力，提高大體積混凝土密實度。混凝土澆筑至設計標高后，使用木抹子抹平壓實，達到閉合收縮裂縫的作用。

圖1 筏板基礎大體積混凝土斜面分層澆筑施工

3.3 養護管理

為防止大體積混凝土出現溫度裂縫，施工單位重點從日常養護管理、溫度監測和降溫速率控制三個方面加強養護管理，確保大體積混凝土內外溫差≤25℃，降溫速率≤1.5℃/d。

①日常養護管理時，混凝土澆筑完成后及時覆蓋養護1層薄膜和2層土工布，并在薄膜上按“S”型鋪設水管，定期灑水保持混凝土表面濕潤。結合該工程施工期間屬于夏季的實際情況，該工程現場搭設保溫棚，覆蓋帆布，保溫棚內設碘鎢燈，保持環境溫度一致。

②溫度監測。該工程采用自動化溫度監測探頭，溫度監測探頭埋置在測溫管內，測溫管與筏板基礎鋼筋綁扎固定，溫度探頭分別埋置在筏板基礎中心和距底部、表面0.2m處，溫度探頭通過無線網與環境監測主機連接，按6min監測頻次收集混凝土中心溫度和表面溫度數據，自動計算并生成大體積混凝土溫差變化趨勢和溫差提醒，便于及時采取溫度控制措施。該工程中，筏基大體積混凝土溫度監測探頭共計25處（如圖2所示），縱向、橫向布設，確保溫度監測準確。

圖2 測溫點布設示意圖

③溫差控制。混凝土澆筑完成3d內，該階段為升溫階段，隨水化熱反應而出現中心溫度上升現象，該階段施工單位重點加強混凝土表面溫度控制和保溫、保濕覆蓋，降低中心溫度和表面溫度溫差。混凝土澆筑3d～10d階段為降溫階段，由于大體積混凝土內部溫度較高、下降速率較小，易造成內外溫差≥25℃，該階段重點加強溫差控制，保持或提高混凝土表面溫度，降低內外溫差。混凝土澆筑10d后，混凝土強度增加，抗拉應力性能增強，采用日常養護管理措施即可滿足要求。該工程大體積混凝土養護期28d，養護期間大體積混凝土最高溫度73.5℃，混凝土最高溫升46.5℃，最高溫度出現在澆筑后85h，混凝土表面溫度為55.3℃，內外溫差≤25℃，達到大體積混凝土溫度控制要求。混凝土中心溫度降溫速率為1.0℃/d～1.5℃/d，混凝土表面降溫速率為1.2℃/d～1.8℃/d，通過養護管理措施，基本實現了核電站筏基大體積混凝土內外降溫速率同步。

4 結語

該工程自2021年6月11日開始施工，連續澆筑48h，澆筑施工過程順利，養護期間混凝土各項指標良好，混凝土拆模后表觀質量良好，未發現表面裂縫、貫穿性裂縫等病害，達到預期混凝土澆筑施工質量控制目標。