了得網工業技術_核電站大體積混凝土裂縫控制及施工技術

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核電站基礎是反應堆廠房主要支撐結構，一方面建於沿海地區的核電站易受到海水侵蝕，另一方面也是防止核洩露，為此對其施工裂縫控制要求很嚴。核電站基礎混凝土澆築量大、強度高、水化熱大，核電特殊性能使得施工常規降低水化熱措施無法使用，國內外一直采用分層分段小體量多次澆築的施工方式，施工周期長並且均不可避免的出現了較多裂縫，處理裂縫對施工進度又造成了一定影響。隨著核電市場的急劇擴張及減少施工層段數對總體工期縮短的明顯有利作用，實施多層段合並為一次整體性澆築，溫度裂縫能否得到有效控制成為當前的一大尖銳課題。

《核電站大體積混凝土裂縫控制及施工技術》一書在率先提出多層段合並整體澆築可行性問題的基礎上開展以法為理論基礎的大體積混凝土溫度及溫度應力應變場分析和測試研究，試圖揭示大體積混凝土溫度應力發生、發展規律，為指導混凝土施工養護、裂縫控制提供基本理論依據。本書一方面基於理論分析與測試比較，通過編分析程序，建立和優化基礎整模型，對整澆全程進行深入全面的仿真分析，研究了基礎不同澆築厚度、墊層不同滑動能力、不同養護方式及技術指標等對施工溫度應力的影響，進一步優化了施工分層方案；另一方面本書還對混凝土的收縮進行了較全面的研究，研制了混凝土的無約束監測裝置，對核電特定配合比混凝土的收縮進行監測和分析；除此之外本書還編制了核電大體積混凝土施工技術指南，為核電站基礎整體澆築施工提供廣泛參考。

本書提出的“動態設計養護法”為大體積混凝土施工裂縫控制問題的一般處理思路和方法，為科學制定和優化設計施工方案提供基本依據。實踐表明，本研究方法進行的理論分析及其指導下的大體積混凝土施工，開拓了設計施工技術空間，保證了混凝土澆築質量，贏得了工期和積累了經驗，為後續我國核電幾十臺機組基礎混凝土整體澆築成功實踐和推廣應用奠定了堅實基礎，為國民經濟建設創造了相當可觀的經濟和社會效益。

本書研究內容“CPR1000核電站大體積混凝土溫度應力全過程仿真和裂縫控制技術”於2010年榮獲中冶集團科學技術一等獎。

第1篇核電站大體積混凝土裂縫控制
1大體積混凝土裂縫控制
1.1概述
1.2溫度控制
1.3變形控制
1.4混凝土應力的現場控制
1.5小結
2大體積混凝土施工養護方式及技術指標法分析與研究
2.1概述
2.2樣板工程概況
2.3模型及分析參數
2.4計算結果與分析
3滑動層對上部基礎施工溫度應力影分析及應變監測研究
3.1概述第1篇核電站大體積混凝土裂縫控制

1大體積混凝土裂縫控制

1.1概述

1.2溫度控制

1.3變形控制

1.4混凝土應力的現場控制

1.5小結

2大體積混凝土施工養護方式及技術指標法分析與研究

2.1概述

2.2樣板工程概況

2.3模型及分析參數

2.4計算結果與分析

3滑動層對上部基礎施工溫度應力影分析及應變監測研究

3.1概述

3.2樣板工程概況

3.3滑動層不同剛度的法分析

3.4應變監測研究

4CPR1000核電站基礎大體積混凝土溫度應力特性

4.1概述

4.2方法

4.3研究結果

5核電站基礎大體積混凝土水化特性

5.1水泥水化熱特點

5.2水泥水化熱溫度計算

5.3小結

6法在大體積混凝土筏基溫控施工中的應用

6.1概述

6.2樣板工程概況

6.3法確定養護技術指標

6.4溫控監測及分析

7CPR1000核電站基礎大體積混凝土現場監控技術

7.1概述

7.2測試方法

7.3工程應用

7.4小結

8“動態設計養護”法

8.1背景

8.2方法概述

8.3建模計算

8.4監控指標

8.5溫度應變監控方案

8.6動態養護

8.7小結

9高溫高濕環境核電站核島筏基整體澆築溫度應變監控研究

9.1背景

9.2仿真計算

9.3溫度應變監控方案

9.4溫度應變監控分析

9.5小結

10CPR1000核電站基礎多層整體澆築可行分析

10.1法溫度分析

10.2法應力分析

10.3結論

11混凝土無約束監測裝置研制及應用研究

11.1無約束監測裝置介紹

11.2無約束應變監測分析

11.3無約束監測裝置工程中應用及成果

11.4結束語

第2篇CPR1000核電站大體積混凝土溫度應力變化規律分析及施工分層方案

1法及Ansys程序概述

2本篇程序編制思路、方法及假設

33.0m厚筏基溫度場及應變應力場分析

3.1溫度計算模型

3.2溫度場計算結果及分析

3.3應力計算模型

3.4應力應變場計算結果及分析

41.2m厚筏基溫度場及應變應力場分析

4.1計算模型

4.2邊界條件

4.3計算參數

4.4溫度計算結果

4.5應力計算結果

53.8m厚筏基溫度場及應變應力場分析

5.1計算模型

5.2邊界條件

5.3計算參數

5.4溫度計算結果

5.5應力應變計算結果

6筏基和安全殼筒身理論分析

6.1不同厚度基礎溫度場分析

6.2不同厚度基礎應力場分析

6.3安全殼筒身計算

6.4理論分析結論

7CPR1000大體積混凝土優化計算模型及理論實測數據對比分析

7.1優化計算模型

7.2混凝土理論分析及應力測試方法

7.3混凝土溫度內力規律分析

7.4應變監控

7.5理論分析和監測數據對比分析

8優化後的施工分層方案

8.1原施工分層方案

8.2新施工分層方案

8.3新舊施工方案對比

第3篇CPR1000核電大體積混凝土施工技術指南

1緒論

2術語、符號

2.1術語

3大體積混凝土整澆施工的必要性和可行性

3.1必要性分析

3.2可行性分析

4混凝土材料及力學性能

4.1原材料準備

4.2配合比實例

4.3抗壓強度

4.4抗拉強度

4.5小結

5施工準備

5.1項目組織管理及施工人員安排

5.2機械設備及施工機具準備

5.3施工材料準備

5.4技術準備

6過程控制

6.1施工平面管理規劃

6.2原材料質量控制

6.3鋼筋綁扎

6.4模板支設

6.5預應力管道安裝與保護

6.6永久性儀表（EAU）安裝與保護

6.7橡膠止水帶

6.8混凝土生產

6.9混凝土運輸

7混凝土澆築

7.1全面分層法

7.2分層分段斜向推移法

8混凝土養護

8.1入模溫度和溫升

8.2搭設養護棚

8.3保溫材料和覆蓋

8.4動態養護

9溫度應變監控與裂縫控制

9.1溫度應變監控

9.2裂縫預防措施

10質量保證與安全保證

10.1組織管理措施

10.2技術管理措施

10.3材料進場檢驗及試驗管理措施

10.4工序交接及成品保護措施

10.5質量保證措施

10.6分項工程施工質量控制措施

10.7安全保證措施

11設計優化建議

參考文獻

前言

中國目前已建成和正在建造的核電站基礎及上部主要結構混凝土強度都基本超過C55，個別堆型混凝土強度達到C70。隻有采用美國技術的AP1000基礎混凝土采用C40強度。中國目前的核電站主要分布在沿海地區，不同地區混凝土所用的水泥量差距很大，有的核電站每1m3混凝土的水泥用量410kg，有的核電站每1m3混凝土的水泥用量250kg。由於核電站分布區域廣泛，從中國的南方炎熱的防城港到北方寒冷的大連，不同季節混凝土施工的環境溫度和濕度差距很大，有的地區施工時的環境溫度達到42℃，鋼筋溫度可達50℃，而在北方地區施工的環境溫度在幾度左右。鼕季施工時北方的風很大，干燥寒冷，而南方則悶熱潮濕。氣候環境的差異造成混凝土施工面臨不同的情況，使控制混凝土裂縫非常困難，但核電站結構的特殊性又要求混凝土盡可能不產生裂縫。
核電站基礎的質量要求非常的高，其重要功能是防止核洩漏以及對混凝土耐久性的需要，核電站基礎位於地下水位以下，特別是沿海地區，海水容易滲透，因此對控制混凝土裂縫有極高的要求。由於混凝土所用的水泥用量大，強度高，因此混凝土施工過程中水化熱非常大，混凝土溫度非常高，同時溫度上升得特別快，混凝土的水化收縮明顯，尤其在南方地區。高的溫度和大的收縮造成混凝土內部產生復雜的應力，混凝土在應力作用下，非常容易開裂，出現裂縫後修復處理非常困難。中國目前已建成和正在建造的核電站基礎及上部主要結構混凝土強度都基本超過C55，個別堆型混凝土強度達到C70。隻有采用美國技術的AP1000基礎混凝土采用C40強度。中國目前的核電站主要分布在沿海地區，不同地區混凝土所用的水泥量差距很大，有的核電站每1m3混凝土的水泥用量410kg，有的核電站每1m3混凝土的水泥用量250kg。由於核電站分布區域廣泛，從中國的南方炎熱的防城港到北方寒冷的大連，不同季節混凝土施工的環境溫度和濕度差距很大，有的地區施工時的環境溫度達到42℃，鋼筋溫度可達50℃，而在北方地區施工的環境溫度在幾度左右。鼕季施工時北方的風很大，干燥寒冷，而南方則悶熱潮濕。氣候環境的差異造成混凝土施工面臨不同的情況，使控制混凝土裂縫非常困難，但核電站結構的特殊性又要求混凝土盡可能不產生裂縫。

核電站基礎的質量要求非常的高，其重要功能是防止核洩漏以及對混凝土耐久性的需要，核電站基礎位於地下水位以下，特別是沿海地區，海水容易滲透，因此對控制混凝土裂縫有極高的要求。由於混凝土所用的水泥用量大，強度高，因此混凝土施工過程中水化熱非常大，混凝土溫度非常高，同時溫度上升得特別快，混凝土的水化收縮明顯，尤其在南方地區。高的溫度和大的收縮造成混凝土內部產生復雜的應力，混凝土在應力作用下，非常容易開裂，出現裂縫後修復處理非常困難。

我國早期建設的核電站全部遇到過這類問題，為了處理裂縫花費了大量的時間，嚴重影響了施工進度，國外核電站基礎混凝土也面臨著同樣的問題，可以說高強混凝土裂縫控制問題已經成為一個世界性的難題。各國在建造核電站時都極為重視這一問題，為了解決這一問題花費了很高的代價，探討了多種解決問題的方法，結果都不理想，特別是近幾年在歐洲建造的幾個三代核電站基礎中基礎混凝土出現了大量的裂縫，處理非常困難，同時引發不好的社會影響。

  我國從2005年開始核電建設，核電帶來的經濟效益有目共睹，解決核電站基礎的混凝土裂縫控制技術迫在眉睫。從2005年起，中冶建築研究總院與中國廣東核電集團展開深度合作，通過理論研究和實驗研究，基本掌握了混凝土裂縫產生的原因，形成了一套行之有效的技術體繫，完全控制和避免了裂縫的產生，在目前在建的核電站中得到成功應用。

課題首先全面運用計算機仿真技術，對核電站高強混凝土的施工過程出現的水化特性進行模擬，分析了混凝土從澆築開始50d左右的溫度應力、水化收縮應力及底板約束力發生、發展的全過程，全面分析和研究了高強混凝土裂縫產生原因。通過對大體積混凝土施工養護的全過程分析，提出了混凝土養護的方法，這一課題的研究主要獲得了以下創新及理論成果：

(1)對比研究了高強度混凝土和低強度等級混凝土抵抗溫度收縮應力的規律，首次探索性地提出了較高強度混凝土具有更好的抗裂性能的觀點。

(2)提出混凝土入模溫度、溫度不是裂縫產生的控制因素，突破了降低水泥用量以控制混凝土裂縫的傳統思想，提出了水泥含量不是控制混凝土裂縫關鍵因素的思路，水泥用量可以根據工程需要進行調整，在所實施的一些工程中，水泥含量在400kg/m3以上，到目前為止，所有實施的項目中未出現裂縫。

  (3)通過計算機對混凝土水化過程的全過程仿真模擬和理論解析，提出了厚混凝土抗裂更為有效的觀點，解除了大體積混凝土施工中人們對較大厚度混凝土更容易出現裂縫的疑慮。

(4)提出對混凝土進行全過程主動分析的思想，找到一條混凝土溫度應力發生、發展的途徑，以使混凝土的溫度應力按照設定的路徑進行演變，從而有效控制應力、避免裂縫生成。

(5)提出和實施了以混凝土溫度應力來平衡收縮應力以降低混凝土內的總體拉應力水平的方法，避免混凝土總拉應力大於混凝土同期抗拉強度，大大降低了混凝土裂縫出現的概率。

  (6)提出了對混凝土進行“動態養護”的方法，傳統的混凝土養護，僅僅簡單地控制混凝土內外溫度差，而完全忽視了混凝土的收縮應力，使得很多混凝土在養護過程中，在溫度得到很好控制的情況下仍然出現裂縫。實際上混凝土水化反應時的收縮非常復雜，統籌考慮混凝土的溫度應力和水化收縮應力是控制混凝土裂縫的重要方法，本法有效地解決了這一問題。

(7)首次開發和運用了現場監測混凝土收縮應力的技術，對混凝土養護全過程中混凝土的收縮進行監控，以彈性受拉應變作為混凝土開裂控制指標。對多達10個核電站基礎的大體積混凝土進行了應變、應力監控，首次在大體積混凝土中運用該技術並實際指導混凝土的養護，取得了非常好的效果。

課題以全新的視角研究了混凝土產生裂縫的主要原因，通過混凝土產生裂縫機理的研究，提出了一整套控制裂縫的理論與方法。這些理論和方法已經在10多個核電站得到運用，使用範圍從南方（廣西防城港）高溫條件到北方（大連）零度條件，其研究成果已經轉化為我國CPR1000核電站建造的施工標準，形成了成熟的應用技術，特別是在我國臺山在建的EPR核電站中獲得成功，該型核電站是目前世界上單機容量的第三代核電站。在法國和芬蘭施工中，基礎混凝土出現大量裂縫，處理非常困難。我國臺山建造的兩個同類型核電站基礎一次性大體量施工全部獲得成功，混凝土沒有出現任何裂縫，贏得了我國核安全部門和法國同行的高度認同，經濟和社會效益極其顯著，被視為核電站高強度大體積混凝土施工的成功典範。

作者

  2014年8月

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