中国核工业二四建设有限公司，山东荣成 264312
摘要：本文将施工性能验证试验分三个阶段，通过上机试验、可泵性试验、稳定性试验、可振捣性试验、模型测温试验、混凝土运输及浇筑温度变化以及实体模拟试验，对混凝土的和易性、经时损失、泵送性能、可振捣性、抹面收面效果以及混凝土温升等性能进行验证，通过施工性能验证，对混凝土不断进行优化，确保大体积混凝土在正式浇筑时万无一失。
关键词：大体积；混凝土； 施工性能； 试验方法
前言
众所周知，核电站各厂房基础为筏基，且深埋地下，为保证基础施工质量，提高其抗震、防水能力，宜尽量少留设施工缝。同时近几年来，为了应付日益明显的能源危机以及提高经济效益，为使核电站尽快建成投入发电，要求尽可能缩短建造工期，而作为占工程量比重较大、且外形简单的筏基无疑是压缩工期的首选。[1] 这样就对混凝土的质量要求非常高，核岛大体积混凝土尤其是核岛第一罐混凝土（FCD）浇筑方量大、质量要求严格，混凝土的材料组成及性能指标除满足设计要求外，对混凝土的可施工性能提出了更高要求。为了降低温度应力和收缩应力引起的大体积混凝土开裂风险，大体积混凝土配合比设计砂率比普通混凝土低1-2%左右[2]，由于核电工程对于掺合料的使用比较谨慎，掺合料的限制值偏小，目前矿粉还未在核电中大量使用，为了降低水化热，减少水泥用量，胶凝材料总量也比普通混凝土要低，这些参数的降低都不利于混凝土的泵送和施工。外加剂对大体积混凝土泵送和施工的影响尤为重要，外加剂凝结时间的长短直接影响现场混凝土是否产生施工冷缝，大体积混凝土坍落度经时损失，泵送损失关系到混凝土的可泵性、流动性，直接关系到现场的施工和混凝土浇筑质量。本文主要是结合某示范项目核岛筏基大体积混凝土配合比施工性能验证试验探索通过各项验证试验方法，为施工方核岛筏基大体积混凝土的浇筑以及后续其它核岛筏基大体积混凝土配合比的验证提供参考依据和借鉴。
1.验证试验项目
根据验证试验的难易程度，由易到难进行验证，验证试验分三个阶段，第一阶段主要进行配合比的上机试验和可泵性试验，第二阶段主要进行可振捣性试验以及模型测温试验，第三阶段主要进行实体验证试验，通过三个阶段的验证试验，考察定性和定量的试验指标，不同的验证试验目的，层层推进，在验证过程中不断优化配合比和外加剂，以及优化施工方案，考虑各种最不利的极端条件，以达到最终的验证试验目的。以下是具体的定性和定量验证项目：
2.第一阶段试验
2.1上机试验
配合比设计出来之后，需要到搅拌机进行上机试验，试验室60L或100L的小搅拌机与搅拌站大搅拌机出来的状态有一定的差别，特别是在砂率的选取上。上机试验主要确定搅拌时间，进行混凝土坍落度、含气量、温度、表观密度试验，观察混凝土的和易性。
2.1.1出机和易性
通过调整外加剂掺量使出机坍落度达到技术规格书要求的上限值，如果有含气量要求，调整引气剂掺量，使含气量达到技术规格书要求的中间值范围，通过坍落度试验，观察出机混凝土的和易性，各项指标是否满足技术规格书要求，此阶段试验最好在配合比还未定型阶段进行，固定水胶比不变，通过上机试验，确定最佳砂率和最佳单位用水量。上机试验可以进行多次试验，选出最佳配合比。
2.1.2搅拌时间试验
选取不同的搅拌时间，通过混凝土匀质性试验和观察搅拌电流，结合混凝土在搅拌罐车里30min、60min、90min的坍落度和含气量经时试验（如果未掺引气剂可不考虑含气量变化），综合判断选取最佳搅拌时间。由于大体积混凝土方量大，搅拌时间过长会降低产能，造成现场混凝土供应不上，搅拌时间过长还由于减水剂在搅拌机内释放充分，砂含水率比实测值偏大，实际用水量比设计单位用水量少即可达到技术规格书要求坍落度值，这样容易造成混凝土缺水，泵损大；搅拌时间过短，混凝土在搅拌机里未充分搅拌，在搅拌锅里混凝土坍落度偏小，容易造成下料斗堵塞，在罐车运输过程中混凝土坍落度和含气量会逆增长，如果增长幅度过大，这样也不利于搅拌站出机的控制，坍落度增长过大，混凝土到现场后容易造成离析和泌水，含气量增长过大，混凝土气泡不易排出，影响混凝土外观质量，还可能影响实体强度。根据经验，一般坍落度增长宜不要超过20mm，含气量增长宜不要超过1.5%，搅拌时间选取通过混凝土匀质性试验最短的搅拌时间为大体积混凝土生产时最佳搅拌时间。
不同的搅拌机组和不同的环境温度，最佳搅拌时间有差别，需要对不同的搅拌机组和不同的气候条件进行搅拌时间试验，确定最佳搅拌时间，此时间一旦确定，在生产过程中，不要轻易进行改动。
2.2可泵性试验
可泵性试验最好模拟现场浇筑混凝土实际运输路线、运输时间以及浇筑等待时间，此项试验需在混凝土到现场后检测坍落度和含气量，以及等待30min、60min的经时试验。可泵性试验需模拟现场浇筑实际使用的泵送工具，需分别进行车泵、地泵的泵送试验，通过泵前和泵后坍落度以及含气量的关联性试验，泵送过程中混凝土是否出现堵泵和泵后离析现象，判断混凝土的可泵性能，尤其是地泵，泵管布置，弯头的多少以及角度，泵管的长度，直接关系到混凝土的泵送性能，如果大体积混凝土施工过程中车泵和地泵同时使用，需要适当提高混凝土的含气量，适当的含气量有利于混凝土的泵送，车泵一般泵后损失10-20mm坍落度，地泵泵后损失30-40mm坍落度，以此标准判断混凝土的可泵性。如果不能达到上述指标，此阶段需对外加剂进行调整，以达到上述指标。
2.3稳定性试验
在进行可泵性试验过程中，偶尔几车能达到要求，还不能代表混凝土的可泵性满足要求，还需进行稳定性试验，以连续4车以上混凝土的坍落度和含气量泵前和泵后满足要求，没有出现离析、泌水等性能为达到混凝土稳定性指标。
3.第二阶段试验
3.1可振捣性试验
根据GB50496-2009《大体积混凝土施工规范》的条文说明，对连续分层浇筑的混凝土，防止因间隔时间过长产生“冷缝”，层间的间隔时间以混凝土在现场实测的初凝时间为准，此方法虽可判断混凝土是否产生冷缝，但是不能直观反映混凝土的振捣性能，上下层混凝土的结合情况以及振捣后混凝土内部的骨料分布情况。
核岛筏基混凝土浇筑面积大，在浇筑过程中不可能对混凝土表面进行遮盖或者喷雾，为了验证在混凝土上层浇筑时与已浇筑的下层混凝土还能很好地结合，保证混凝土成型硬化后不形成施工缝，即验证混凝土的可振捣性，通过不同分层厚度的浇筑量和浇筑时间，按照最不利的施工坡度考虑，结合工程所在的气候环境，以及浇筑的具体时间，计算一个单层需要覆盖混凝土的具体时间，验证混凝土在这个时间内的可振捣性[3]。
采用1m的立方体试模，模拟现场浇筑一层混凝土的具体厚度，根据GB50496-2009《大体积混凝土施工规范》的规定，整体连续浇筑时宜为30cm～50cm，一般试验时每层按40cm进行浇筑，浇筑完第一层后，四个角离模板10cm处和中心点进行振捣，模拟核岛大体积浇筑，振捣15s～20s左右，采用快插慢拔的手法，振捣完毕等待计算的二层覆盖混凝土的时间，再浇筑上层40cm厚混凝土，采用与第一层相同的振捣方法，此次振捣棒需插入下层混凝土5cm～10cm。等待至少7天后拆模，观察外观并将试块切割观察内部结构，可以观察上下层混凝土的结合情况，观察是否形成施工冷缝，以及查看混凝土的表观质量，内部骨料分布情况，表层砂浆层的厚度等进行综合评判。如果混凝土在计算时间内结合不好，可以通过调整外加剂的缓凝组分进行调整；如果混凝土内部砂浆层厚，骨料分布不均匀，混凝土粘聚性不够，可以通过调整外加剂的增稠组分或降低单位用水量进行调整；如果混凝土内部气孔多，不易排出，可以通过调整外加剂的消泡剂和引气剂或通过延长振捣时间等通过多次试验进行改善。
3.2模型测温试验
模型测温试验的实体模型模拟大体积浇筑的最大厚度，最小平面尺寸4米×7米，在条件允许的情况下，可适当扩大平面尺寸。为便于试验完成后现场清理，可选择生产临建区进行基坑开挖，试验完成后进行填埋。模型内部钢筋布置模拟核岛筏基相应部位的钢筋布置。浇筑速度和每层浇筑的厚度以及振捣的时间都模拟正式浇筑，此试验可以测试混凝土的生产连续稳定性、混凝土经时损失、混凝土泵送损失、混凝土泌水情况、施工坡度、混凝土施工粘聚性、混凝土表面浮浆层厚度、骨料下沉情况、抹面收面效果以及拆模后观察外观质量；对于需使用串筒进行浇筑的情况，还可以测试自制串筒的直径是否满足要求，以及测试混凝土通过串筒之后的状态是否满足大体积混凝土施工的要求；最重要的还是模拟试验测温，查看混凝土的最大绝热温升是否满足大体积混凝土施工规范的要求，以及与计算值是否相接近，如果不一致还需对计算选取参数进行修正。
3.3混凝土运输及浇筑温度变化
混凝土温度的控制是大体积混凝土裂缝控制的一个关键指标，混凝土的温度验证对于冬季和夏季浇筑，温度变化不同，冬季混凝土温度在运输过程中会降低，夏季正好相反，混凝土在泵送过程中温度会升高。在验证阶段需对混凝土从搅拌站到现场的温度变化，以及泵送前后的温度变化进行验证，搅拌站掌握相关的实验数据，控制出机混凝土的温度，以便混凝土的入模温度能够达到技术规格书或施工方案的要求。
4.第三阶段试验
前面两阶段的试验完成后，通过相关试验，对混凝土的各项性能进行了相应的优化，此时混凝土的状态已经基本稳定，但是还需对混凝土的整体性能以及施工组织进行一次大方量的实体演练。演练的混凝土方量不宜小于1000方，对混凝土的各项性能进行综合测试，以及对整个大体积混凝土浇筑的组织管理进行演练，力求在正式浇筑前做到万无一失。
5.结论
（1）核岛筏基大体积混凝土施工是一个综合性的系统工程，而大体积混凝土抗裂也是一个综合性问题。只有好的设计而没有施工单位的密切配合不能解决问题；而当设计考虑不周时，给施工带来了困难。因此，只有设计与施工单位的密切配合，在正式大体积混凝土浇筑之前，对配合比进行可施工性的验证，通过验证试验，对配合比不断进行优化，最终确定满足抗裂及技术规格书要求同时施工性能良好的配合比。
（2）大体积混凝土施工性能验证分三个阶段，每个阶段的验证目的不同，通过三个阶段的施工性能验证试验，确保在正式浇筑时万无一失。
参考文献：
[1] 唐小伟、李敏、赵垒、田甜.《大体积混凝土施工经验总结》.广东建材，2011，（7）。
[2] 《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011
[3] 魏志新.《浅析混凝土二次振捣机理及作用》.水电与新能源，2012（2）。
作者简介：李伟，1984年生，男，工程师，从事建筑材料检测及研究。
论文作者:李伟,陈海波,张建平,刘向荣,廖青,田立威,黄友
论文发表刊物:《基层建设》2015年27期供稿
论文发表时间:2016/3/16
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