核岛筏基大体积混凝土技术总结.doc

核岛筏基大体积混凝土技术总结1.前言核岛厂房筏基工程，筏基厚度为3m和5.5m，混凝土总量约12000m3，属于大体积混凝土施工范围。设计图中筏基施工工艺均为“分层分段”浇筑，我司在原设计基础上采用“层段合并”施工技术，通过优化施工方案和设计，组织专家对施工方案进行评审，证实“层段合并”施工是可行的。2技术方案2.1工程概况福清核电3、4号机组3号核岛反应堆厂房筏基（A+B+C）层为大体积现浇钢筋混凝土结构，工程质保等级为QA级。筏基厚为3.8m，筏基呈圆柱型，其中A、B层半径19.75m，C层半径为19.40m，混凝土设计强度为PS40（相当于国标C50），混凝土总方量为4444m3，浇筑时间为2010年12月31日16时至2011年1月2日8时。8NL厂房包括8LX和8NA、8NB，基础底板为大体积现浇钢筋混凝土结构，工程质保等级为QA1级。底板厚为3m，底板平面呈矩形状尺寸为46m37.25m，混凝土设计强度为RS28（相当于国标C35），混凝土总方量约5100m3。基础底板分两块施工第一块平面尺寸为46m22m，混凝土方量3000m浇筑时间为2010年6月11日；第二块平面尺寸为46m15.25m，混凝土方量2100m3浇筑时间为2010年7月8日。福清地区属于沿海地区，台风季节持续时间比较长，风速年平均10.2m/s、极大风速34m/s。因此，如何养护好大体积混凝土，减少混凝土内外温差，预防混凝土开裂等相关技术措施，是筏基施工中的重点。2.2原材料和配合比选定原材料选择水泥选用核电专用P.O 42.5级普通硅酸盐水泥，外加剂选用混凝土高效增强剂，粉煤灰采用级粉煤灰。细骨料采用闽江的细砂和中砂，粗骨料选用核电站石料厂生产的核电碎石；水为现场施工用水。2.2.2原材料储存控制水泥采用散装水泥，储存水泥罐里。搅拌站内设置粗细骨料堆场，在堆场上方搭设遮阳蓬，避免阳光直射骨料，以达到控制原材料温度来控制混凝土出机温度的目的。2.2.3混凝土配合比设计混凝土配合比设计，我们根据技术规格书要求进行两次基准配合比试验和八次推演混凝土配合比试验，在不降低混凝土强度的情况下，减少混凝土中水泥用量，按比例适当掺加一定量的粉煤灰，降低水泥水化热温升（砼绝热温升）。2.3技术措施2.3.1混凝土温控指标分析混凝土温控指标主要有入模温度（30）、内外温差（25）、降温速率（2/d）、温升值（50）、拆模温差（20）五个。影响混凝土温控指标的因素很多，其关系如下图所示。其中入模温度、内外温差、温升值在混凝土浇筑前可通过计算进行分析：（1）混凝土入模温度分析混凝土入模温度等于混凝土拌和温度与过程升温（运输及等待升温、泵送升温等）之和。福清核电现场过程升温约34。混凝土入模温度主要取决于混凝土拌和温度，拌和温度越低，入模温度越低。我们现场采取了切合实际、行之有效的措施：加冰屑冷却拌和水及骨料，通过试验在满足混凝土和易性的基础上尽量缩短混凝土搅拌时间，严格控制混凝土出机温度，同时控制搅拌站的出料速度，缩短混凝土罐车在运输过程中时间，做到混凝土运输到现场及时浇筑、不停留，以此来降低混凝土的入模温度。混凝土拌和温度计算：3号核岛反应堆厂房筏基（A+B+C）层入模温度25 混凝土拌和温度计算：根据美国ACI305委员会提出的新拌混凝土出机温度的计算公式计算（计量单位：原材料用量：kg/m3；温度：）T=【0.22（TsWs +TgWg +TcWc）+ TsWwsTgWwg+（1-P）TwWw-80PWw】/【0.22（Ws + Wg + Wc）+Ww+ Wws + Wwg】T新拌混凝土温度（）Ts、Tg砂、碎石的温度，按白天22，晚上18取值；Tc水泥的温度，4045；Tw拌合水温度，冷水：5；冰屑：-5；Wc水泥用量（kg）； Wg、Ws扣除含水量的碎石、砂用量（kg）；Ww实际用水量（kg）；Wws、Wwg碎石、砂内游离水重量。砂：5.0%；碎石：0.0%；P加冰率，实际用水的百分比（%）。白天（22）晚上（18）气温条件下，不加冰屑混凝土拌和温度环境温度（）水泥温度（）混凝土拌和温度（）加冷水（kg/ m3）加冰屑（kg/ m3）22（白天）4019.6141022（白天）4520.2141018（晚上）4018.3141018（晚上）4519.01410白天（22）晚上（18）气温条件下，单方混凝土加冰屑30kg混凝土拌和温度环境温度（）水泥温度（）混凝土拌和温度（）加冷水（kg/ m3）加冰屑（kg/ m3）22（白天）4017.11113022（白天）4517.81113018（晚上）4014.61113018（晚上）4515.311130（2）混凝土内外温差、温升值分析根据现场混凝土配合比和施工中的气温气候情况，首先对大体积混凝土进行温度计算，计算出混凝土内部温度，提前掌握浇筑混凝土块体内部温度在各龄期的变化，为温控防裂提供数据，增强施工的预见性，为现场及时采取应急措施提供科学依据。在计算温度应力时，由于3RX厂房和8NL厂房底板基层不同：一种是基岩垫层防水卷材层及细石砼保护；另一种是基岩垫层。它们在计算混凝土的温度收缩应力Cx1地基阻力系数取值不同，底部有防水层、此防水层起到了滑动层的作用、大大削减了地基对基础的约束、使地基阻力系数取值较小、从而较大地降低了基础的约束应力。温度应力计算书以3号核岛反应堆厂房筏基（A+B+C）层为验算对象。其厚度为3.8m，一部分直径为39.5m（标高为10.000m7.000m），另一部分直径为38.8m（标高为7.000m6.200m）。相对其它底板而言具有代表性。混凝土强度等级为PS40，水泥采用p.o42.5核电专用水泥，水泥用量mc=390kg/m3，混凝土比热C=0.97KJ/kg，混凝土容重为=2400kg/ m3，混凝土浇筑入模温度小于等于30，且计算时按最不利取值。取TO=30。3号核岛反应堆厂房筏基（A+B+C）层施工期间其平均气温大约为28。计算混凝土的绝热温升值：a、水泥的水化热：b、胶凝材料水化热总量：式中 Q胶凝材料水化热总量（kJ/kg）； K不同掺量掺合料水化热调整系数。不同掺量掺合料水化热调整系数掺量010203040粉煤灰（k1）10.960.950.930.82矿渣粉（k2）110.930.920.84c、混凝土绝热温升计算：式中 T（t）浇筑完一段时间后，混凝土的绝热温升（）；mc混凝土中水泥（包括膨胀剂）用量（kg/m3）；e为常数，取2.718；t混凝土的龄期（d）；K掺合料折减系数。粉煤灰取0.250.30，取0.3；F混凝土活性掺合料用量（取F=82kg/m3）；混凝土密度、取24002500（kg/m3）；c混凝土比热、取0.921.0kJ/（kg）；m与水泥品种、浇筑温度等有关的系数，可取（0.30.5）d-1；以上参数取自GB50496-2009T（t）T3T6T9T12T15T18T21T24T2742.154.658.259.359.759.859.859.859.8计算各龄期混凝土的内部温度：T1（t）ToTmax（t）式中 T1（t）t龄期混凝土中心最高温度（）；To混凝土浇筑的入模温度（）；Tmax最大绝热温升；（t）t龄期温降系数，（3）=0.74，（6）=0.73，（9）=0.72，（12）=0.65，（15）=0.55，（18）=0.46，（21）=0.37，（24）=0.30，（27）=0.25；以上参数取自建筑施工手册（第四版）T1（t）T1（3）T1（6）T1（9）T1（12）T1（15）T1（18）T1（21）T1（24）T1（27）74.373.473.168.962.957.552.147.945.0计算各龄期混凝土的表层温度：混凝土表面铺两层湿麻袋片，厚12mm，再加盖二层塑料薄膜，厚4mm，然后在其上在铺八层干麻袋片，厚40mm（每层厚5mm），考虑浇水养护，水层厚2mm。a、混凝土表面保温层的传热系数式中 混凝土表面模板及保温层等的传热系数W/（m2K）；i各保温材料厚度（m）；i各保温材料导热系数W/（mK）；q空气层的传热系数，取23W/（m2K）。=1/i/i1/q =1/（0.004/0.030.052/0.140.002/0.581/23）=1.81 W/（m2K）b、混凝土的虚厚度：式中 h混凝土虚厚度（m）；k折减系数，取2/3；混凝土导热系数，取2.33 W/（m2K）；混凝土表面模板及保温层等的传热系数W/（m2K）；（2/3）2.331.810.86mC、混凝土的计算厚度：Hh2 h式中 H混凝土计算厚度（m）；h混凝土实际厚度（m）；h混凝土虚厚度（m）；H=h2 h =3.8+20.86=5.52md、混凝土的表层温度：式中 T2（t）混凝土表面温度（）；Ta施工期大气平均温度（）；h混凝土虚厚度（m）；H混凝土计算厚度（m）；T1（t）混凝土中心最高温度（）。T2（t）T2（3）T2（6）T2（9）T2（12）T2（15）T2（18）T2（21）T2（24）T2（27）49.549.148.946.743.540.737.835.634.1e、混凝土内平均温度：Tm（t）=（T1（t）T2（t）0.5Tm（t）Tm（3）Tm（6）Tm（9）Tm（12）Tm（15）Tm（18）Tm（21）Tm（24）Tm（27）61.961.361.057.841.839.6计算各龄期混凝土的内外温差：Tt= T1（t）T2（t）式中 T混凝土内外温差（）；T1（t）混凝土内部中心最高温度（）；T2（t）混凝土表面温度（）；TtT3T6T9T12T15T18T21T24T2424.824.316.814.312.310.9计算各龄期混凝土的弹性模量：E（t）=E0（1e-0.09t）式中 E（t）混凝土龄期为t时弹性模量（N/mm2）；E028d混凝土弹性模量（N/mm2），取3.45104 N/mm2参数E0取自建筑施工手册（第四版）E（t）E（1）E（3）E（6）E（9）E（12）E（15）E（18）E（21）E（24）E（27）104N/mm20.2950.8121.4291.9012.2612.5392.7482.9093.0323.124计算混凝土的温度收缩应力：a、地基约束系数（t）（Cx/hE（t）0.5式中 Cx地基阻力系数，取0.06 N/mm3(考虑防水卷材层、油毡隔离层具有可滑动因素)。（t）（1）（3）（6）（9）（12）（15）（18）（21）（24）（27）10-5mm7.314.403.322.882.642.492.392.332.282.25b、计算各龄期混凝土的收缩变形值Ey（t）=0y（1-e-bt）M1 M2 M3M11式中 Ey（t）龄期为t时，混凝土收缩引起的相对变形值；0y在标准试验状态下混凝土最终收缩的相对变形值，取4.010-4；b经验系数，取0.01；M1M2M11各修正系数查下表：修正系数M1-M11水泥品种M1水泥细度（m2/kg）M2水胶比M3胶浆量（）M4养护时间（d）M5普通水泥1.003001.000.30.85201.0011.11矿渣水泥1.254000251.2021.11快硬水泥1.125001.350.51.21301.45 31.09低热水泥1.106001.680.61.42351.7541.07石灰矿渣水泥1.007002.05-402.1051.04火山灰水泥1.008002.42-452.5571.00抗硫酸盐水泥0.78-503.03100.96矾土水泥0.52-141800.93环境相对湿度（）M6L/FM7EsFs/EcFcM8减水剂M9粉煤灰掺量（）M10矿渣粉掺量（）M11251.2500.540.001.00无1.0001.0001.003060.050.85有1.30200.86201.014000.100.76-300.89301.02501.000.31.030.150.68-400.90401.05600.800.61-700.770.51.310.250.55-800.700.61.40-900.540.71.43-注：L构件截面周长；F截面积；Es、Fs钢筋的弹性模量、截面积；Ec、Fc混凝土弹性模量、截面积。M1=1.00、M2=1.00、M3=0.955、M4=1.00、M5=0.93、M6=1.18、M7=0.77、M8=0.76、M9=1.00、M10=0.91。以上参数取自GB 50496-2009Ey（t）Ey（1）Ey（3）Ey（6）Ey（9）Ey（12）Ey（15）Ey（18）Ey（21）Ey（24）Ey（27）10-40.02230.06600.12990.19220.25250.31100.36770.42280.47620.5282c、计算混凝土的收缩当量温差Ty（t）Ey（t）/式中 Ty（t）t龄期混凝土收缩当量温差（）；混凝土线膨胀系数，110-5（1/）。Ty（t）Ty（1）TY（3）TY（6）TY（9）TY（12）TY（15）TY（18）TY（21）TY（24）TY（27）5.3d、结构计算温差TiTm（i）Tm（i+3）TY（i+3）TY（i）式中 Tii区段结构计算温差（）；Tm（i）i区段平均温度起始值（）；Tm（i+3）i区段平均温度终止值（）；TY（i+3）i区段收缩当量温差终止值（）；TY（t）i区段收缩当量温差始始值（）。TiT3T6T9T12T15T18T21T24T2e、各区段拉应力式中 ii区段混凝土内拉应力（N/mm2）；i区段平均弹性模量（N/mm2）；i区段平均应力松弛系数，查表；松弛系数S（t）龄期t（d）36912151821242730S（t）0.570.520.480.440.410.3860.3680.3520.3390.327i区段平均地基约束系数；L混凝土最大尺寸取39.5m；ch双曲余弦函数。i369121518212427N/mm20.020.020.080.120.060.050.040.030.02f、各龄期混凝土温度拉应力式中 max到指定期混凝土内最大应力（N/mm2）；泊桑比，取0.15。maxt3t6t9t12t15t18t21t24t27N/mm20.030.050.140.280.350.410.460.500.52g、安全系数 Kft/max式中 K大体积混凝土抗裂安全系数，应1.15；ft到指定期混凝土抗拉强度设计值（N/mm2），取2.0；抗裂缝安全度：Kft/max2.0/0.523.8461.15满足抗裂要求。本计算按照最不利入模温度30，大气温度28进行计算，内外温差（25）、温升值（50）均已满足大体积混凝土施工规范要求。2.3.2混凝土浇筑过程控制混凝土浇筑采用汽车泵和布料机进行布料（混凝土浇筑前效果图及泵车和布料机站位平面图、效果图见下图），输送管用麻袋片包好，并用冷水喷淋，避免泵管在阳光下暴晒使混凝土温度升高，从而保证混凝土入模温度低于25。3RX厂房混凝土浇筑前效果图3RX厂房泵车及布料机站位平面图3RX厂房泵车及布料机站位效果图8NL厂房泵车及布料机站位平面图3RX筏基（A+B+C）层混凝土采用斜面分层筑法，浇筑从一端开始，沿长度方向向另一端推进（沿300g方向向100g方向推进），每层高度为300500mm（见下图）。混凝土采取斜面分层浇筑，分层捣实，边下料边振捣，这种方法便于振捣，易于保证混凝土质量，又可利用层面散热，降低混凝土内部温升。由于3RX厂房混凝土浇筑高度为3.8m，为防止混凝土布料时产生离析，在靠近300g区域布置5排250PVC管进行布料。在混凝土浇筑过程中有专人定期对混凝土的浇筑坍落度及入模温度进行测试，严格控制了混凝土坍落度及入模温度。混凝土施工泌水的处理,筏基混凝土由于采取斜向分层浇筑，面积较大，上下层施工的时间间隔较长，因此分层之间容易产生泌水层，这对混凝土的密实性和结构的整体性是非常不利的。采取下列解决方法：四周侧模底部适当开设排水孔，使多余的泌水从排水孔自然排出或采用水泵（或吸尘器）将泌水抽出，同时浇筑混凝土时应使中间混凝土略高于四周边缘的混凝土，经过振捣后便于泌水集中处理。(3)改进振捣工艺，采用合理的混凝土振捣方式，防止混凝土离析。对已浇筑的混凝土，在初凝前进行二次振捣，可排除混凝土因泌水在石子、水平钢筋下部形成的空隙和水分，提高粘结力和抗拉强度，并减少内部裂缝与气孔，提高抗裂性。(4)增加二次抹压工艺。在浇筑完成后，对混凝土表面按混凝土浇筑方向，逐一由后向前平行进行收面抹压工作。在混凝土初凝前，将混凝土表面抹压，为了防止产生收缩裂纹，在混凝土“收水”或终凝前对表面再一次抹压。2.3.3混凝土养护养护材料主要采用塑料薄膜、麻袋片、无纺布及彩条布进行覆盖。塑料薄膜能有效的隔绝从混凝土中蒸发出来的水分进入大气中，让其重新转变成液态水重新返回并润湿混凝土表面。养护方法由于3RX厂房和8NL厂房分别在不同季节施工：3RX厂房12月份施工、8NL厂房7月份施工，当时环境温度差别较大，我们分别采取不同养护方法进行混凝土养护。养护方法：8NL厂房由于在夏季施工当时环境温度在2030，我们通过采用覆盖麻袋和塑料薄膜层数及人工浇水相结合的方式进行养护；3RX厂房在12月份施工当时环境温度较低，主要采用覆盖保温材料、滴灌浇水、搭设保温棚相结合的方式进行。3RX在混凝土达到终凝后，搭建保温棚，保温棚的搭设效果图如下：3RX厂房保温棚效果图混凝土终凝后，及时覆盖养护材料，覆盖要严密，特别注意有竖向插筋处，相接处应有合适的搭接长度（150mm）。3RX筏基（A+B+C）层养护采用滴灌浇水养护法，管线布置示意图见下图。 3RX筏基（A+B+C）层滴灌养护管线布置示意图混凝土升温阶段，按每2小时浇一次水，每次浇水时间大约为15分钟。混凝土降温阶段，浇水时间根据温降情况进行控制。在混凝土养护小组中安排专人定时对混凝土表面进行检查，发现混凝土面有干燥现象，立即安排工人进行浇水。浇水养护时必须将水管伸入到塑料薄膜下面，要保证水能均匀全面的覆盖所有混凝土表面，同时要尽量避免塑料薄膜上面的干麻袋片浸水后降低保温效果。筏基侧面的混凝土养护采取带模养护，在混凝土浇筑完成后，即刻挂一层无纺布和一层彩条布养护，在混凝土养护期间，同时根据测温情况决定对侧面模板边缘进行浇水，做好侧面保温保湿工作。2.3.4混凝土温度测设技术测温方案采用JDC-2型混凝土测温仪，主要技术指标：c、测温范围：-30+150；d、 测温误差不大于 0.3；(3)分辨率：0.1；（4）操作环境温度:-20+50；（5）绝缘电阻应大于500M。其原理是利用热电效应的关系量测测体温度，具有测量精度高、测点布设方便等特点，能够满足大体积混凝土温度测设要求，它是通过预埋固定在混凝土内的测温导线，导线一头伸出混凝土结构外侧，再通过配套的显示仪表读测数据。混凝土浇筑过程中，应检查引出测温导线是否正常，并加保护和标识。测温时按测温点编号顺序进行，读数准确，快速，并记入测温记录。测温点布置测温点的布置原则应有代表性，应布置在温度变化大，容易散热的部位和受环境、温度影响大的地方，绝热温升最大和产生收缩拉应力最大的地方。测温点布置如图所示：3号核岛筏基（A+B+C）层测温点平面布置示意图测温方案实施混凝土的测温时间及测温频度，目前尚无具体规定，根据混凝土初期升温较快，混凝土内部的温升主要集中在浇筑后的35d，一般在3d之内温升可达到或接近最高峰值。测温频率为7天内每2小时测一次，7天后每4小时测一次，延续时间14d。混凝土测温派专人负责，及时做好信息的收集和反馈工作，遇有特殊情况（气温骤降或混凝土内外温差接近25时）要及时报告现场技术负责人，采取紧急保温措施。(4)8NL厂房筏基测温数据分析第一块底板施工，混凝土一次性浇筑完，共3000m3，浇筑时间24h（结束时间2010年6月12日）。当时白天最高气温27，混凝土入模温度最高时为22。通过现场实测数据分析，1#点温升值最高，其值见下表：龄期(天)369121518212427中心理论值()69.869.268.764.959.654.749.946.143.5中心实测值()70.768.263.259.555.4误差值%-1.271.468.709.077.58表面温度理论值()46.24645.844.141.839.637.535.934.7表面温度()50.745.744.54543.3误差值%-8.870.652.92-2-3.46麻袋温度()44.934.2空气温度()24.125.827.931.725.4中心与表面温差20.022.518.714.512.1中心与麻袋温差25.826.120.020.721.2麻袋内外温差20.816.3第二块底板施工，混凝土一次性浇筑完，共2100m3，浇筑时间20h（结束时间2010年7月8日）。当时白天最高气温30，混凝土入模温度最高时为25。通过现场实测数据分析，7#点温升值最高，其值见下表：龄期(天)369121518212427中心理论值()69.869.268.764.959.654.749.946.143.5中心实测值()71.668.563.860.057.5误差值%-2.511.027.688.163.65表面温度理论值()46.24645.844.141.839.637.535.934.7表面温度()56.442.7误差值%-18.08-8.36-4.78-0.6-2.1麻袋温度()54.147.748.043.840.5空气温度()29.432.630.030.332.3中心与表面温差15.218.315.715.614.8中心与麻袋温差17.520.815.816.217麻袋内外温差24.715.118.013.58.2（5）测温结果分析通过两块底板测温记录可以看出，底板（在夏季）混凝土内部最高温度值为6871，大约发生在混凝土浇筑后的35天。混凝土温差（混凝土中心与表面）均控制在25以内，符合规范的要求，混凝土浇筑质量是可靠的。由此可见，混凝土表面覆盖麻袋、塑料薄膜，另外在模板外用无纺布包裹等措施进行保温，使混凝土内外温差大幅度减小，混凝土保温受到了良好的效果，从而可以有效预防混凝土开裂。2.3.5其他抗裂措施增加抗裂钢筋。在筏基的表面和侧面附加抗裂钢筋，以及在混凝土浇筑后进行二次抹压，闭合早期收水裂缝和沉缩裂缝。有效地提高混凝土的抗裂能力，防止混凝土表面出现裂缝。设置警戒温度降温速率应控制在每天2以内，当降温速率达到1.5时，启动养护预警措施，及时增加养护保温材料。b、筏基的中心温度与表面温度的差值不宜大于25。当二者温差大于20时，进行养护预警，现场需及时增加保温材料来控制降温速率，以达到防止和控制温度裂缝的目的。混凝土浇筑前提前了解当地最近一周天气情况，尽力避开雷暴雨天及大雨天施工，减少混凝土出现裂缝的风险。3.总结经现场检查，本筏基未出现有害裂缝，从整个施工过程和测温数据结果的分析来看，在筏基“层段合并”浇筑的前提下，大体积混凝土施工质量保证的最重要的环节就在于养护，在后续大体积混凝土施工中应将养护的控制、养护方法的改进作为重点来予以提高。核岛厂房筏基大体积混凝土层段合并浇筑施工技术实施效果：3.1 质量方面福清核电1、2号机组核岛筏基工程，采取“合层”浇筑，在混凝土表面未发现有害裂缝；在施工3、4号机组核岛筏基工程进行施工工艺的改进采取“层段合并”浇筑，混凝土浇筑后经检查未出现裂缝、强度均达到设计要求。说明调整筏基浇筑方式对控制裂缝有利，从而保证混凝土施工质量。其中3RX筏基（A+B+C）层层段合并施工，钢筋工程中竖向钢筋采用一次到顶，减少两个搭接头，进而可以保证钢筋施工质量。3.2 进度方面1号、2号、3号机组同一部位采取不同方法施工所需的工期，3号机组最短，比1号机组可缩短35天左右