浅谈C4机组核辅助厂房混凝土裂缝控制方法的分析与应用

文/李路遥 中国中原对外工程有限公司 北京 100000

邓少慧 中核工程咨询有限公司 北京 100000

1、概况

恰希玛核电厂三、四号机组（以下简称C3机组/C4机组）核辅助厂房（NX）东西长度87.8m，南北宽度86.8m，地下15.3m，地上31m，为框架剪力墙结构，共9层。其中-11.45～-6.05m层外墙厚800mm，内墙厚300～600mm，-6.05m板厚350mm，局部板厚400mm、800mm；混凝土强度等级为C30（90天强度），抗渗等级为S6。在C3机组NX厂房-6.05m以下结构混凝土施工后，-11.45～-6.05m墙体及-6.05m板的裂缝问题较为突出。

2、理论分析

2.1 裂缝产生的原因

当混凝土自身的收缩变形所产生的拉应力σ（t）大于其极限抗拉强度ft时，即σ（t）〉ft时，混凝土就会产生裂缝。

而

式中，σN（t）——中心温度与表面温度之差ΔTmax产生的收缩受内部约束产生的拉应力；

σz（t） ——总降温差ΔTmax受约束产生的应力；

σs（t）——收缩受约束产生的应力；

σo（t）——其他次要因素产生的应力；

σx（t）——徐变释放的应力。

从式①可以看出，要控制混凝土裂缝的产生可以从两个方面着手。一方面控制混凝土的水泥水化热，降低温度应力和收缩变形，以达到小于混凝土的极限抗拉强度；另一方面可以通过提高混凝土自身的极限抗拉强度，使之足以抵抗温度应力。

2.2 裂缝宽度的影响因素

混凝土结构设计规范中，最大裂缝宽度计算公式为：

式中，αcr——构件受力特征系数；

ψ——裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数；

σs——按荷载准永久组合计算的钢筋混凝土构件纵向受拉普通钢筋应力或按标准组合计算的预应力混凝土构件纵向受拉钢筋等效应力；

Es——钢筋的弹性模量；

cs——最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离；

ρte——按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率；

deq——受拉区纵向钢筋的等效直径；

通过运用式②对某框架——剪力墙结构现浇板的裂缝进行计算，得出在考虑温度及收缩作用的情况下比在不考虑温度及收缩作用的情况下，裂缝增加了1.5倍左右。由此可见温度应力作用以及混凝土的收缩变形对裂缝的宽度有很大影响。

3、C3机组NX厂房-6.05m以下裂缝成因分析

3.1 C3机组NX厂房裂缝分布

通过对C3机组NX厂房裂缝情况的观测，发现裂缝主要集中出现在NX厂房-6.05m板及-11.45m～-6.05m之间的墙体区域。经统计，C3机组NX厂房-6.05m板大于0.2mm的裂缝共54条裂缝，其中贯穿性裂缝18条。-11.45m～-6.05m墙体大于0.2mm的裂缝共12条，无贯穿性裂缝。

3.2 原因分析

3.2.1 造成混凝土温度应力变大和收缩变形的外部因素

①混凝土施工段划分不合理，局部板厚度不同。-6.05m层楼板混凝土分块不合理，C区分块较大，不利于混凝土应力释放，混凝土浇筑后由于温度应力、收缩变形不均匀产生裂缝。

②结构约束作用大。由于-6.05m楼板下部墙体布置复杂且不规则，对楼板约束作用较大。若墙体厚度大于楼板厚度，刚度也较大，相对于楼板就是固定支座，限制了楼板的混凝土自由收缩，所以楼板较墙体更容易出现裂缝。

③施工方案未完全落实。未按施工方案要求进行二次振捣和二次抹面。未进行二次振捣，使混凝土产生的泌水不能挤出，水分蒸发产生沿钢筋的纵向和垂直于钢筋的横向裂缝；未进行二次抹面，使混凝土早期出现的表层收缩裂缝未得到处理。

3.2.2 造成混凝土抗拉强度降低的外部因素

①巴工操作技能不足导致混凝土漏振；对混凝土分层厚度、振捣棒间距、下灰高度以及振捣时间控制不到位，造成混凝土不密实。

②施工工序不合理，过早加载。在混凝土施工完成后由于下道工序的需要，过早的在楼板上加载，使处在强度上升期的混凝土产生扰动，容易产生裂缝。

③顶撑没有顶到楼板模板木楞正中间。主龙骨未摆放在顶撑中心、主龙骨与顶撑接触不实，在楼板混凝土浇筑时存在龙骨的瞬间相对位移、沉降，可能产生裂缝。

4、应用于C4机组NX厂房的改进措施

4.1 材料方面

改进骨料级配，混凝土中连续级配的骨料可以使其拥有很好的和易性，更加的密实。选用级配较好的砂石料，降低骨料的含泥量，从而来提高混凝土的强度和抗裂性能。

4.2 施工方面

4.2.1 施工前

①优化施工安排，对C4机组NX厂房-6.05m板C区的混凝土浇筑面积进行了优化，将C区分为两个施工段NXB1C01和NXB1C02，并将NXB1A01施工段面积减小。②加强对巴工的岗前培训和施工前技术交底，要求振捣严格按操作规程进行，避免过振和漏振。

4.2.2 施工过程中

①严格控制混凝土坍落度。在保证能够泵送的情况下，尽量调整混凝土坍落度在允许范围的下限，现场最好控制在160mm以下。②严格落实施工方案，在浇注过程中认真执行二次振捣，不能过振，也不能欠振；二次收面一般在混凝土终凝前1～2小时进行。③控制楼板底模的变形，优化楼板模板支撑方案楼板的底部支撑，主次龙骨间距严格按照方案执行，并确保主龙骨处于顶撑的中部，防止受压后模板出现变形。

4.2.3 施工后

①根据验收规范应在浇筑完毕后的12h以内对混凝土加以覆盖并保湿养护。混凝土的养护工作要及时，前期的养护不允许失水。②在混凝土到达设计强度后再开始下道工序施工。不允许提前在墙体和楼板上加载。

4.3 环境方面

选择温度较低的天气，尽量在晚上对混凝土进行浇注，避免阳光直射及温差变化过大导致混凝土收缩量增加。

结论：

裂缝的产生是有其根本原因的，通过理论分析找出裂缝产生的内在因素，联系工程实际情况归纳出导致内在因素变化的外部因素，进而在工程实施过程中对外部因素给予正确控制，这是解决裂缝问题最直接有效的方法。