核电站循环水管道裂缝控制的研究与实践

摘 要：

核能作为一种技术上成熟、经济和清洁的新能源，对于满足中国电力需求、优化能源结构、减少环境污染、促进经济能源可持续发展具有重要战略意义，但是只有在确保安全的基础上才能高效、发展和利用核能。在核电建设中结构安全是核电安全重要组成部分，其中，砼结构安全是实现核电安全的重要基础。以山东海阳核电站一期循环水管道施工为例，介绍在施工中，如何对管道施工各个环节中进一步加强砼结构质量的控制，防止砼结构有害裂缝的出现。

关键词：

核电建设；裂缝；控制措施；

山东海阳核电站一期循环水管道为外方内圆现浇钢筋砼结构，此结构本身存在着厚薄不均、变截面处易容易造成应力集中最薄处易产生径向拉裂，砼管道侧壁出现不同程度裂缝这一客观因素，如何避免有害裂缝对工程造成的危害是施工的最终目的，为进一步有效控制和预防此类裂缝在循环水管道结构施工中的出现，后期针对上述问题从多方采取了有效措施进行控制，很好的解决了这一问题。同时为防止在以后类似砼工程结构施工中出现有害裂缝，在此工程采取的措施基础上进一步探讨其他相关裂缝防控措施。

一 工程概况

海阳核电一期循环水管道为外方内圆的现浇钢筋砼结构， 采取跳仓法施工，取水管工作压力为0.14MPa，运行时管内流体为海水。内圆直径3.8 米，管壁厚最薄处600mm，采用C40 防水砼，抗渗标号W12，抗冻标号F300，标准段长25 米，相邻段之间设伸缩缝，缝宽为20mm，伸缩缝处设橡胶止水带，用密封油对变伸缩缝处进行封堵。

二 裂缝控制措施

砼结构在从配合比设计、施工、养护过程中，每阶段都存在影响结构产生有害裂缝因素，特别是施工和养护过程。砼配合比的设计是否符合本工程特点、原材料优劣、浇筑方法、振捣密实程度、养护条件、结构配筋和其周围施工环境等对结构的质量会产生较大影响。因此，在施工前、施工中和施工后必须创造有利条件，不仅要保证砼内在的质量，还要保证砼的施工和养护质量，从而避免有害裂缝的产生。

1 选择优质原材料

原材料的质量优劣直接关系混凝土的内在质量，必须严格控制混凝土原材料的质量和技术标准。严格执行合计和原材技术标准（沙子、碎石粘土含量，水泥用量及品种的控制，如采用低水化热水泥或核电专用水泥），从源头上保证混凝土质量。

2 配合比、坍落度控制

1）配合比设计。配合比是否达到最优直接影响砼结构质量，要根据原材和工程本身结构特点进行砼的配合比的设计，部分结构可考虑采用细石砼。其中，水灰比是决定砼强度的主要因素，因此砼的配合比的设计优化，这也是保证砼质量避免出现裂缝的重要措施。

2）坍落度控制。砼塌落度太大，容易离析，分层，和易性极差，易造成堵泵、跑浆、麻面等问题，对强度不利；反之，流动性差，易形成空洞、蜂窝、不易振捣密实。在核电工程中为防止砼出现严重的泌水、离析和砼开裂影响砼结构强度，必须控制好砼坍落度。

3 掺加适量膨胀剂或纤维

1）在外方内圆的现浇钢筋砼取水管的施工中，可以利用纤维的特性和膨胀剂自身微膨胀，来抵抗砼应力收缩、失水收缩、温度变化等因素产生的约束应力。

2）为改善混泥土抵抗自身应力收缩、失水收缩、温度变化的能力，参加适量的纤维和膨胀剂，防止害裂缝的产生，原因有两点。

第一点：加入膨胀剂和纤维后，砼的早期强度、抗压、抗折强度和钢筋的粘结力都有所提高。使砼在早期和中期产生适度膨胀，在钢筋及邻位的约束下，使其膨胀转变为应压力，此应压力可大致抵消砼干缩时产生的拉应力，从而防止或减少砼的收缩和开裂，并使砼致密化，从而还可以提高砼的抗裂防渗能力，达到结构自防水的效果。

第二点：加入膨胀剂和纤维后，不仅改善了砼性能，可以较少一定量的水泥，从而降低因水化热产生的温度裂缝可能性。

4 砼的浇筑

1） 管道两侧墙体浇筑时采用斜向分层对称递进浇筑，速度不宜过快，要求在下层砼初凝前有一定稳定性时再往上浇筑，两侧高差控制在300mm。在砼浇筑时必须保证砼的有效浇筑高度，采用加设软管和串管深入钢筋笼里，使每次浇筑高度控制2 米左右，以保证砼不会离析。

2）浇筑砼前先在基层上洒水湿润，并浇筑一层同强度水泥砂浆，砂浆厚30mm～50mm，然后从一端开始浇筑。在浇注顶板过程中应在浇注完墙体后停歇一段时间，使砼充分下渗后，再开始浇注顶板。

5 砼的振捣

1） 浇筑时圆底部砼容易出现漏振情况，为避免此类情况发生，在内圆底模横向适当开浇筑孔，孔径100mm，纵向中心间距适中，砼浇筑时随振随封。

2） 砼振捣采用Φ30和Φ50插入式振动棒，根据砼泵送时自然形成的流淌坡度，沿坡度布2道振动棒，第1道在砼卸料处，负责出管砼振捣密实，第2道设在坡脚处，确保下部砼密实，振捣时严格对振动棒移动的距离、振捣时间、作用半径、插入深度等进行控制，振捣应由有经验的人员操作。

3）由于砼存在一个下渗的过程，必须对砼进行二次振捣工艺，增加砼密实度、抗渗性、抗裂性。

6 砼表面处理

1）底板砼浇注时为避免底板面因圆弧模板产生的气泡，用刮杠按设计标高和圆孔直径找平底板面，用木抹子抹压；终凝前再用木抹子抹压一遍或两遍，使砼表面更密实，避免收缩裂缝产生。

2）砼施工到顶层时，由于振捣时砼下沉，造成顶面浮浆较多，对砼抗裂产生破坏作用，故在砼施工到顶部时，将管壁顶板多余的砂浆清理掉，然后再进行砼浇筑，对新砼进行压实并进行二次抹面，避免由砼表面衔接面和砼表面干缩造成裂缝。

7 砼的养护

加强砼养护特别是初期，砼养护的好坏是决定砼是否发生裂缝的关键。砼养护在平均气温高于+5℃的自然条件下，一般采用覆盖保湿养护，防止失水导致砼出现干缩裂缝；在平均气温低于5℃时或寒冷冬季、大体积砼采用蓄热保温养护，以降低砼内外温差和自约束应力，防止或控制温度裂缝的产生，在核电工程中根据实际气候环境可以适当延长养护周期。

1）覆盖保湿养护。在砼表面覆盖材料并浇水养护，使砼在一定时间内保持水化作用所需要的适当温度和湿度条件。

2）蓄热保温养护。砼养护采用不透水、气的塑料薄膜养护，将砼表面露出部分全部严密覆盖，并加盖保温棉被，养护时保持薄膜布内有凝结水，使得砼在不失水的情况下得到充分养护。

三 其他措施探讨

1）对结构配筋设计进行优化。采用较细较密的配，因为配筋直径越大，砼的允许的极限应变就越小，削弱砼截面，易产生应力集中，易导致砼结构裂缝产生；在结构变截面处、结构薄弱处等加强抗裂构造钢筋设计，提高砼的极限拉伸能力，从而增强结构的抗裂性能；伸缩缝处采用圆钢，因为螺纹钢筋握裹力大，阻碍滑动杆的滑动，在一定程度上促使裂纹的产生。

2）改变结构设计形式，可浇筑筏板基础在其上设计放置大口径玻璃钢管，两侧设计砼板墙，顶部设计钢筋砼结构顶板，这样可以避免因结构厚薄不均造成应力集中产生径向拉裂所形成的有害裂缝。

3）砼浇注完成后应注意成品保护，养护初期的砼非常脆弱，严禁堆放大量材料或行驶大型机械；同时控制模板拆除时间，减少砼自重对水化热造成的应力裂纹影响。

四 小结

1.严格控制原材料的质量，从而提高砼性能。原材料中石子和砂子的不同粘土含量、石粉含量对砼强度、抗渗性和收缩性能的影响，这是防止砼裂缝产生的基本要素。

2.设计砼时针对工程本身特点及环境的特殊性，考虑高性能和特种砼，如掺用纤维材料提高抗拉、抗弯性能和冲击韧性，也可掺用聚合物等提高密实度和耐磨性，从设计砼自身性能的提高防止砼裂缝的产生。

3.对于钢筋比较密的地方，建议在设计配合比的时候，采用低水化热或核电专用水泥和设计成细石砼。防止因砼水化热产生的温度裂缝和钢筋太密下料困难、砼振捣不密实而导致砼产生裂缝的可能性。

4.在砼施工中，采用二次振捣工艺，有利于砼表面的密实，提高抗裂性能，这是防止砼裂缝产生的重要措施。

5.建议设计在砼结构配筋时对配筋进行优化。结构配筋建议采用较细较密的配筋，在结构变截面处、结构薄弱处等增加抗裂构造钢筋，伸缩缝处采用圆钢等，避免因配筋问题造成砼裂缝的产生。

6. 改变结构设计形式，循环水管道可采用玻璃钢管加外包钢筋混凝土结构的形式设计，避免因结构自身缺陷这一客观因素导致结构产生裂缝的可能。

7.结构周边环境的影响与否，也是砼是否产生裂缝的重要因素。养护期间的砼结构，其周围的爆破作业、重型道路远近、回填是否及时等，都有可能会造成砼裂缝的产生。