电站设备基础大体积混凝土质量控制技术研究

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　　【摘 要】燃煤燃气电站设备如发电机、汽轮机、燃气轮机、送引风机、锅炉承重基础等工程中存在大量的大体积混凝土基础，项目建设涉及到建筑、电气、锅炉、燃机、汽机及热控等多项专业。特别是基础大体积混凝土的成型及温度收缩应力裂缝控制是大体积混凝土基础施工是最基础的工作，它在项目建设过程中出了问题都将影响后续项目及整个项目建设进程。其建设质量直接关乎整个项目最终的交付使用。在这些重难点项目上我们采用常规的质量控制措施之外，在管理上狠抓“人”（ man）的核心因素、在技术上侧重创新、注重将学科前沿的研究成果应用到工程实践中去；突出“方法（method）”这一重要因素，燃气电站建筑工程项目中重点和难点技术上采取了强有力技术创新措施。
　　【关键词】电站 混凝土 质量控制技术
　　1 大体积混凝土结构特点及应力裂缝机理
　　（1）大体积混凝土结构断面尺寸比较大，混凝土浇筑以后，由于水泥的水化热使内部温度急剧上升，此时混凝土弹性横量很小，徐变较大，升温引起的压应力并不大；但在日后温度逐渐降低时，弹性模量比较大，徐变较小，在一定的约束条件下会产生相当大的拉应力。（2）混凝土是脆性材料，抗拉强度只有抗压强度的l/10 左右；拉伸变形能力也很小，短期加载时的极限拉伸变形只有（6～1.0）×10-1，约相当于温度降低 6～10℃的变形；长期加载时的极限拉伸变形也只有（1.2～2.0）×10-1。在施工过程中和运行期间，大体积混凝土结构中往往会由于温度的变化而产生很大的拉应力，要把这种温度变化所引起的拉应力限制在允许范围以内是颇不容易的。大体积混凝土裂缝的形成机理，总体上可分为两类：一是混凝土收缩变形约束裂缝，如混凝土温缩和干缩变形因为受到约束所引起的约束拉伸裂缝；二是混凝土结构的荷载裂缝，指结构在设计荷载或其它外力作用下所引起的裂缝。温度收缩是混凝土因随周围环境温度下降而产生的温度变形。对于大体积混凝土而言，温度收缩是引起混凝土开裂的主要因素之一。大体积混凝土结构浇筑后，由于水泥凝结过程散发大量水化热，导致混凝土体积膨胀，达到最高温度后，随着热量的散失，温度将降低到一个稳定温度场或准稳定温度场，产生温降，导致体积收缩。
　　2 原材料控制
　　（1）要求商品混凝土供应站选用低水化热的矿渣硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。（2）用粒径较大，级配良好的粗骨料，严格控制其含泥量（砂<3%，碎石<1%）。
　　3 进行配合比优化
　　当前在工程实践当中，配合比并未有随着材料的实际情况（如含水率、含泥量等）而及时改变，导致配合比并不具有施工指导意义，鉴于此种情况，我们仍然以“人”为中心，强化组织的有效性，采取如下措施对配合比进行优化控制：
　　（1）与商品混凝土供货商共同协商，采用加粉煤灰等掺合料或减水剂、改善和易性、降低水灰比，以达到减少水泥用量、降低水化热和收缩量的目的。（2）据混凝土配合比和浇筑块大小进行收缩应力计算，控制收缩应力小于混凝土抗拉应力。混凝土中的非均匀湿度分布会引起差异干缩变形，使结构的表面产生拉应力并可能导致裂缝。
　　混凝土中湿度场的确定是干缩应力计算的前提，由于影响湿度的因素较多，试验测试困难较大。为了很好控制湿度变化而引起的收缩应力，我们燃气电站TQC小组对该领域当前的最新研究成果进行了研究和吸收，根据河海大学王建博士后拟合得出混凝土收缩应变最终值可采用公式：
　　（1）
　　式（1）中： 为单位体积灰泥（水加水泥）量，单位 ，ε的单位为μm。
　　再据混凝土材料的本构方程 （2）
　　便可算出混凝土的收缩应力。根据我们TQC小组部分专家成员研究结论，要求商品混凝土公司研制出对混凝土干缩应力有明显控制成效的配合比。
　　4 温度应力控制
　　4.1 温度应力裂缝形成
　　（1）混凝土浇筑初期，水泥水化产生大量水化热，使混凝土的温度很快上升。但由于混凝土表面散热条件较好，热量可以向大气中散发，因而温度上升较少；而混凝土内部由于散热条件较差，热量散发少，因而温度上升较多，内外形成温度梯度，形成内外约束。结果混凝土内部产生压应力，面层产生拉应力，当该拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土表面就产生裂缝。（2）混凝土浇筑后数日，水泥水化热基本上已释放，混凝土从最高温逐渐降温，降温的结果引起混凝土收缩，再加上由于混凝土中多余水份蒸发、碳化等引起的体积收缩变形，受到地基和结构边界条件的约束（外约束），不能自由变形，导致产生温度应力（拉应力），当该温度应力超过混凝土抗拉强度时，则从约束面开始向上开裂形成温度裂缝。
　　上述混凝土温度应力的大小取决于水泥、水化热、拌合浇筑温度、大气温度、收缩变形及当量温度等因素，总结过去大体积混凝土裂缝产生的情况，可知道产生裂缝的具体原因。
　　4.2 温度应力影响因素
　　（1）水泥水化热。水泥在水化过程中要产生一定的热量，是大体积混凝土内部热量的主要来源。由于大体积混凝土截面厚度大，水化热聚集在结构内部不易散失，所以会引起急骤升温。（2）混凝土的导热性能。热量在混凝土内传递的能力反映在其导热性能上。混凝土的导热系数越大，热量传递率就越大，则其与外界热交换的效率也越高，从而使混凝上内最高温升降低，同时也减小了混凝土的内外温差。混凝土的导热性能较差，浇筑初期，混凝土的弹性模量和强度都很低，对水化热急剧温升引起的变形约束不大，温度应力较小。（3）约束条件。结构在变形变化时，会受到一定的抑制而阻碍其自由变形，该抑制即称“约束”。大体积混凝土由于温度变化产生变形，这种变形受到约束才产生应力。无约束就不会产生应力，因此，改善约束对于防止混凝土开裂有重要意义。（4）外界气温变化。大体积混凝土结构施工期间，外界气温的变化对大体积混凝土开裂有重大影响。混凝土的内部温度是浇筑温度（既混凝土的入模温度），可以预见，混凝土的入模温度越高，它的热峰值也必然越高，温差愈大，温度应力也愈大。（5）混凝土的收缩变形。混凝上中的水份有化学结合水、物理-化学结合水和物理力学结合水，其中80%的水份需要蒸发，只有20%的水份是水泥硬化所必须的。混凝土在水泥水化过程中多余水份的蒸发会引起混凝土产生体积变形，多数是收缩变形，少数为膨胀变形，这主要取决于所采用的胶凝材料的性质。混凝上中多余水份的蒸发是引起混凝土体积收缩的主要原因之一。（6）大体积混凝土的几何尺寸。大体积混凝底板的长度对裂缝也有影响，底板越长，越容易产生裂缝，这是因为温度应力与浇筑块长度有关。 　　4.3 混凝土温度控制
　　（1）该工程部分大体积混凝土正好在夏季进行施工，如燃机基础等。夏季采用冰水搅拌混凝土，对骨料进行覆盖遮阳。混凝土浇筑时应进行温度测量，入模温度控制在30℃以内，并尽可能的低。（2）混凝土核心温度与混凝土表面温度之差，混凝土表面温度与环境间温度之差控制在20℃以内，基面温度和基底面温度之差应控制在18℃以内。以防止温度应力过大导制混凝土开裂。（3）在混凝土入模终凝后，尽早做好混凝土保温保湿养护。为缩小混凝土中心温度与表层温度的温差，多加了二层麻包和一层塑料薄膜，以免降温梯度过大。
　　5 混凝土浇筑控制
　　（1）在规范允许或征得设计认可的前提下，尽可能采取分层或分块降低表面系数的方法浇灌筑大体积混凝土。（2）浇筑过程中应及时排除混凝土表面泌水。可采用塑料管利用虹吸原理边浇筑边排水；不能采用虹吸方法时，水较少时，可在模板上打眼排水或采用海绵人工吸水等方法排除泌水。（3）根据混凝土体积大小，尽可能采用多台泵车多点布料。水平全面分层浇筑，每层浇筑厚度控制在30cm以内。（4）混凝土分层振捣并采用二次振捣工艺，保证混凝土振捣密实，并排出孔隙水，减小混凝土收缩量。（5）混凝土终凝前用铁磙进行二次压实表面，再用木蟹打毛以控制混凝土表面凝缩裂纹的出现。
　　6 混凝土养护控制
　　（1）混凝土入模终凝后在基础上表面覆盖一层麻袋片浇水充分湿润覆盖塑料薄膜一层保湿，后再盖一层或根据环境温度加盖多层草包，侧模外表面覆盖双层草包（搭接），外面用塑料薄膜包裹严实。根据监测的温差情况，必要时再用油布包裹一层。（2）对于大体积混凝土的养护我们一定要突破一个误区，混凝土表面温度增加并非是不允许的，在施工中我们特别强调温度应力裂缝主要是由于混凝土内外温度差引起的，所以许多基层施工人员认为升温就浇水降温是错误的。
　　7 混凝土测温控制
　　（1）测温点布设原则：测温点的布设应有效地测得大体积混凝土各截面高度、核心、边缘的温度变化值。在大体积混凝土施工时，按测温点布设原则进行设计并在施工中实施。（2）采用人工测温，在当混凝土内外温差在20℃以内和混凝土内部最高温度与大气温度之差小于20℃时，即可停止测温工作。（3）当混凝土内外温差有超过20℃趋势时，应及时通知调整保温及养护措施，加盖麻包，必要时对迎风面应加盖油布、帆布覆盖。
　　参考文献：
　　[1] 罗增锦.浅谈220kV变电站主设备基础工程大体积混凝土的裂缝成因以及预防措施[J].城市建设理论研究（电子版），2012.
　　[2] 邓晓阳.核电站反应堆厂房筏基大体积混凝土施工技术与质量管理[D].西安建筑科技大学，2013.
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