浅谈核电站混凝土裂缝成因分析及防治措施

浅谈核电站混凝土裂缝成因分析及防治措施

张大魏唐颢之

中国核工业华兴建设有限公司江苏省南京市210019

摘要：混凝土结构具有耐久性、取材容易等优势，所以，在建筑工程施工中被广泛应用。但是，在施工中由于施工方面的原因，很多时候会造成混凝土出现裂缝等现象，而混凝土一旦出现裂缝现象便会造成建筑整体结构出现质量问题。本文对核电站混凝土裂缝成因进行分析，并在此基础上提出有效的防治措施。

关键词：混凝土裂缝；成因分析；防治

引言

核电站混凝土施工具有以下特征：混凝土自身塌落度大、强度普遍较高、混凝土一次性浇筑方量大、钢筋密集区混凝土浇筑困难等。各厂房大部分是钢筋混凝土结构，整体刚度大，当局部混凝土收缩时，会产生非常大的内力，拉裂混凝土。核电站厂房结构复杂，需要留设大量的施工缝，每个施工缝都是混凝土结构的一个薄弱区域，这些地方很容易出现裂缝。裂缝的成因往往不是单个出现的。

1几种容易出现裂缝的成因和防治措施

1.1垂直于墙体水平施工缝的收缩裂缝

1.1.1成因分析

（1）核电站混凝土由于其和易性的要求，含浆量一般较高。墙体混凝土通过振捣，会导致粗骨料下沉，从而在墙体水平面层形成粗骨料较少的浆体层，水泥浆体的收缩量比普通混凝土高出近一个数量级。这是造成墙体上口容易出现垂直裂缝的主要因素。（2）在核岛厂房施工时，墙体养护普遍使用养护剂，使得墙体水平施工缝处的养护容易被忽视。如果施工缝处混凝土未得到有效养护，那么就会出现混凝土收缩裂缝。（3）施工缝处理普遍使用凿毛，如在墙体混凝土强度还未满足要求时就进行凿毛作业，那么其产生的震动荷载也会导致此类裂缝的产生。

1.1.2防治措施

在防治此类裂缝时，应在混凝土浇筑完成以后静置一段时间，待混凝土内部沉降基本完成，混凝土尚未凝固时，对上层混凝土进行二次振捣，这样可以保持面层混凝土的均匀性。对于泌水严重的区域，先在模板上开孔，将水放出，然后在面层上铺洒适量的小颗粒碎石，进行二次振捣，这样可以在面层浆体中参入适量的粗骨料，有效地限制收缩，避免上述裂缝的产生。而在养护过程中，建议尽量使用油性的养护剂，那么在墙体水平施工缝洒水养护时，不会影响墙体侧面的养护工作。

1.2施工缝形成的接茬裂缝

1.2.1成因分析

由于混凝土结构复杂、本身的施工工艺和施工组织特点、需要避免一次浇筑面积太大形成收缩裂缝等原因，混凝土不可能一次性浇筑成型，所以必须分区域施工。混凝土成型以后，如果再次进行混凝土施工，就不可避免地会在接茬处形成施工缝。在实际工程中，施工缝并不能直接等于裂缝，但是此类施工缝仍旧形成了混凝土的薄弱环节（试验表明，施工缝处混凝土的抗拉强度是普通混凝土的0.4~0.8倍）[1]。施工缝两侧新旧混凝土的差异和缺陷，往往很容易成为裂缝发生的诱因。

墙体在第一次混凝土浇筑完成后，施工缝未清理干净，施工缝存在浮浆、松散层、杂物，特别是在支模后掉入施工缝中的木屑等垃圾未清理；在第二次混凝土浇筑前原基层未浇水湿润，铺垫砂浆不均匀，垫底砂浆未和上层混凝土振捣均匀，上层混凝土养护不到位，这些施工缺陷常常会诱发墙体裂缝。此类裂缝一旦发生，特别是在地下部分的外墙，就有可能造成厂房渗水。此类渗水较难封堵，施工中应该注意避免此类问题的发生。

1.3混凝土早期收缩裂缝

1.3.1成因分析

混凝土早期收缩原因大体可以分为两种：

（1）固化过程中铝酸三钙C3A因结晶固化而体积缩小，宏观效果即为混凝土收缩，此类是混凝土中水泥胶体的整体收缩。（2）混凝土表面未水化的水因为表层干燥被挥发出，造成混凝土体积缩小而收缩。特别是泌水的毛细管中，因水的张力而引起表层混凝土的收缩。加之面层混凝土离析，面层水泥浆体多而骨料少，更加容易产生这种收缩。这种收缩是面层发生龟裂裂缝的主要原因。

1.3.2防治措施

有效的湿润养护和在混凝土丧失塑性前的多次压面能有效防止此类裂缝的发生。在实际施工中要注意的是，大体积混凝土保湿保温养护，保温养护需要使用类似保温棉的覆盖物覆盖。为了保证其保温效果，可进行多层覆盖，此时很难用肉眼观察全部的面层混凝土是否失水，也无法直接给混凝土补水，这样就很容易产生早期收缩裂缝。在遇到此类问题时，可在紧贴混凝土面以一定间距铺设开孔的S型水管，随即尽量密闭铺设一层塑料膜，在其上方再铺设保温材料，这样的铺设方法可以有效地防止混凝土面失水，同时能给混凝土有效补水，防止面层收缩裂缝。

1.4混凝土离析泌水产生的顺筋裂缝

1.4.1成因分析

此类裂缝一般危害较大，裂缝深度会到达上层钢筋，对混凝土整体的耐久性产生很大影响。混凝土在搅拌以后大致是混合均匀的，但在浇筑入模并进行振捣以后，拌合物有时就会发生离析现象。密度、体积较大的粗骨料下沉，密度较小的水泥浆体上浮。伴随这种离析分层的现象还会出现泌水现象，即混凝土中的游离水通过毛细孔上升，集中在表面形成水。混凝土中的水和空气不断溢出，原来的混凝土就会发生沉降。当混凝土沉降，在构件表面受到表层钢筋的阻挡时，钢筋上方初步失去塑性的混凝土就会因为受拉引起裂缝。这种裂缝深度直接到达上层钢筋，同时大量的泌水会在上层钢筋底部聚集形成疏松层。这类裂缝不加处理将会导致上层钢筋的锈蚀，有可能引发大面积的锈蚀裂缝。墙体混凝土浇筑过程中大量的离析泌水也会导致上述裂缝的产生，只是形态与上述略有不同。

1.4.2防治措施

预防此类裂缝最有效的办法是进行二次振捣。在梁板混凝土浇筑完成以后约0.5h~1.5h后，进行二次振捣。墙体在浇筑上层混凝土时将振捣棒深入下层混凝土5cm~10cm，完成二次振捣，在发现泌水较多时，应该在模板上开孔及时将泌水排出。

1.5混凝土施工过程中布料形式不妥引起的冷缝

1.5.1成因分析

核电站混凝土一次浇筑方量大，多数使用泵送（汽车泵或布料机），每层布料的厚度不好控制，时常出现上层混凝土还未浇筑，下层混凝土已经开始初凝丧失塑性。在上层混凝土浇筑过程中，为了消除接茬对混凝土不均匀的影响，操作人员会将振捣棒插入下层已经开始初凝丧失塑性的混凝土，导致下层混凝土微观结构被破坏，形成松散的薄弱层。在施工现场，施工人员很容易误解冷缝发生的时间，总认为下层混凝土凝固后才会有冷缝的发生，其实不然。从外观来看，由于混凝土粉煤灰凝结在下层接茬处，可以很明显地从上下层混凝土颜色上判断冷缝的发生。作为混凝土结构中的薄弱层，也是很容易引起各种裂缝的发生。

1.5.2防治措施

这类因素主要在施工组织上进行避免。墙体浇筑分段不宜过长，每层浇筑厚度进行控制，多分层以缩短每层浇筑的时间。在楼板浇筑过程中，一般对布料的方法进行考虑，使用斜面分层推移法，有效的减少混凝土接茬面积。在气候特别炎热的地区进行混凝土施工时，可以从混凝土的配合比考虑抑制混凝土坍落度损失，例如可以使用掺缓凝剂法、减水剂后掺法、调整水泥的矿物含量、降低新拌混凝土的温度等方法来延迟混凝土的初凝时间，减少冷缝发生的可能。

1.6大体积混凝土出现的温度裂缝

1.6.1成因分析

大体积混凝土在水泥水化过程中，释放大量的水化热。由于混凝土是热的不良导体，这些热量往往容易积聚在结构内部，难以在短期内散出。而结构表层的混凝土，却因为容易散热而迅速冷却，由此造成大体积混凝土温度场中的内外温差。表面混凝土和内部混凝土由于温度变化产生不协调形变，从而导致了内力的产生最终拉裂混凝土。

1.6.2防治措施

控制温度裂缝的关键是内外混凝土、外混凝土与环境的温差变化。从配合比考虑采用低水化热的水泥，掺入粉煤灰，用于减少水泥的用量。预先控制砂、石、水的温度（比较常见的是加冰），用于降低混凝土的入模温度，从而降低混凝土的温度基数。在养护过程中进行严格的温度检测，防止出现不均匀降温。温度收缩还会在混凝土表面产生类似干缩形成的龟裂裂缝，在控制这类裂缝时可以在一些薄弱区域（保护层较大处）配置抗裂钢筋。直径小间距密的钢筋，使裂缝形态表现为裂缝间距小、宽度小，这样也可降低裂缝的有害程度。

1.7施工现场钢筋施工导致混凝土出现的受力裂缝

（1）在具有负弯矩的超静定连续板或悬挑板上，当楼板钢筋直径较小，进行混凝土浇筑过程中施工人员的踩踏很容易使上层钢筋向下偏移。当底模拆除、楼板承受荷载后，很容易在板顶钢筋移位、负弯矩较大处发生裂

缝。弹性理论中MCR=0.292ftbH2[2]，此公式为受弯构件中混凝土部分对开裂弯矩值的贡献，通过这个公式可以看出结构的开裂弯矩随着有效高度H的平方减小而迅速下降。所以，如果钢筋发生向下移位，在承受设计荷载时很容易出现受力裂缝。在现场施工过程中应该重点关注这些板的负弯矩处上层钢筋保护层问题。（2）另一种钢筋偏位可能导致的混凝土局部受压出现的裂缝：在核电站安全壳上存在环向的预应力系统。在安全壳施加预应力以后，预应力锚固端部混凝土将会受到一个局部较大的压应力。因此，在锚固端头会配置增强混凝土局部抗压强度的螺旋式钢筋。而在实际施工过程中，螺旋钢筋位置放置偏位就会导致其钢筋作用失效，局部受压混凝土外侧产生的环向拉力将超过混凝土抗拉强度，导致外侧混凝土沿预应力波纹管方向发生裂缝。

2其他裂缝成因

模板体系刚度的不足，也会对超静定结构产生变形位移内力，最终拉裂混凝土。预制构件在制作、吊装、运输过程中也有可能因为方法不当出现裂缝，裂缝的种类多种多样就不进行一一说明了。

3结语

上述裂缝主要介绍的是一些在施工过程中短时间内出现的裂缝，实际的裂缝往往并非单一的原因形成，各种因素的交叉、复合使实际工程中的裂缝问题十分复杂，因此了解裂缝产生的机理，我们才能有效地防治裂缝产生。另一方面有些裂缝出现并不是很严重的质量问题，需要科学的分析裂缝对结构影响，再确定有效的处理措施，并不需要盲目的消除一切裂缝。从施工角度上来说，可以通过在技术措施、施工方法、材料的选用等环节上，对一些大危害的裂缝进行控制，整体提高核电站混凝土的施工质量。

参考文献：

[1]徐有邻，顾祥林.混凝土结构工程裂缝的判断与处理[M].中国建筑工业出版社.2010.3.

[2]顾祥林，混凝土结构基本原理（第二版）[M].同济大学出版社.2011.1.

[3]富文权，韩素方.混凝土工程裂缝分析与控制[M].中国铁道出版社.2003.3.