摘要：本课题主要针对核电站大体积等具有超大浇筑体量、水化热温升较高、禁止采用内部降温措施要求的特大体积混凝土结构的裂缝控制研究，研发智能温湿调节系统对浇筑阶段的大体积混凝土实施自动的温湿度调整，实现裂缝控制的目标。该系统主要包括周边升温模板装置、湿度发生装置及温湿度监测控制系统，通过该系统运行实现调节大体积混凝土内表温差、湿度环境，从而实现有效控制大体积混凝土浇筑阶段裂缝的产生。

关键词：核电站、大体积混凝土、智能温湿调节系统、监测

近些年来，随着我国科学技术与经济的日益发展，在基础设施的建设中，大型、超大型建筑工程的比例逐年增加，其中不乏有大体积混凝土结构，因此大体积混凝土施工也得到了广泛的应用。大体积混凝土结构与一般的混凝土结构有着明显的差异特征，也就是要考虑混凝土结构中胶凝材料（水泥等）水化放热导致的温度应力和裂缝发育，这就需要一些技术措施来解决水化热引起的温度系列（温度应力、温度变形等）问题，从而达到尽可能延缓混凝土水化温度升高和混凝土开裂的目的。

核电站大体积混凝土施工属于大体积混凝土施工，大体积混凝土施工当中容易出现 裂缝，核电站大体积混凝土凝结养护期间，需采取合理的保温保湿养护措施和实时监控混凝土温度，以防止温度裂缝，保证筏基质量，基于核电站核原料可能从裂缝处渗漏的潜在考虑，因此对于裂缝的控制将比一般大体积混凝土更为严格，不允许使用内部降温，不允许使用外加剂，不允许设置施工缝。采用传统混凝土养护工艺，在环境温度较低条件下，难以保证混凝土中水泥的水化热温升控制在合理范围之内，养护效率低，劳动力成本高、操作复杂、安全性能无法保证，其结构抗裂性能也难以保证。

一、国内外大体积混凝土裂缝研究发展现状和趋势

混凝土结构出现裂缝是目前普遍会出现的现象，是建筑工程中长期存在的技术难题。由于荷载裂缝的分布规律性强。试验工作容易开展，国内外已经进行了较为深入的研究。

（一）国外大体积混凝土裂缝研究发展现状

目前，由于大体积混凝土在现代工程建设中占有重要地位，国际上许多国家都有专门的科研机构从事大体积混凝土及其裂缝的研究工作。在 1968 年，美国陆军工程师团研发出有限元程序 DOT-DICE，该程序可用来模拟大体积混凝土结构分期施工温度场，并将该程序应用于 Dworshak 大坝温度场的计算上[1]。Bem ander 研究了大体积混凝土结构内部水泥水化热导致大体积混凝土内部体积发生变化并受到约束不能自由变形进而导致早期温度裂缝的问题[2]。

（二）国内大体积混凝土裂缝研究发展现状

我国也对大体积混凝土裂缝进行了专门的研究，其中王铁梦先生是这方面的代表，开创了工民建大体积混凝土裂缝控制研究的先例，总结了控制混凝土工程收缩裂缝的 18 个主要因素[3]，他详细、系统地论证了大体积混凝土裂缝产生的原因及特征，从工程实用出发给出了便于工程应用的计算理论，并在此基础上制定了我国指导大体积混凝土设计与施工的行业标准 YBJ224-91。

按《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3）13.7.11 规定[4]，“基础大体积混凝土施工应合理选择配合比，宜用水化热低的水泥、掺入适当的粉煤灰和外加剂、控制水泥用量，并应作好养护和温度测温。混凝土内部温度与表面温度差值、混凝土外表面和环境温度差值均不应超过25℃”。但按《高层建筑箱形与筏形基础技术规范》（JGI）规定[5]，“大体积混凝土宜采用蓄热养护法养护，其内外温差不宜大于25℃”。目前在建设实践中关于大体积混凝土温度控制标准不统一，给施工及质量控制带来一定的难度，整个工程界也正在对这个问题进行着积极、努力的探索研究。

（三）存在的主要问题

大体积混凝土在浇筑过程中，由于其尺寸较大，且混凝土是热的不良导体，混凝土水化产生的热量在内部大量积聚，较难散发，而外部表面的热量则会传导出去，此时如果不通过一些温控措施来降低内外温差，混凝土结构将会产生温度应力，进而出现温度变形，最终导致温度裂缝的出现。温度应力是指混凝土结构在温度变化而受到约束（包括外部约束和内部约束）时，结构或者构件内部产生的应力。当因温度变化产生的应力（主要是拉应力）超出混凝土结构允许的范围时，混凝土的抗拉强度就不足以抵抗这种拉应力，混凝土便会产生温度裂缝。大体积混凝土结构中可能对结构产生危害的温度裂缝主要有表面裂缝、深层裂缝和贯穿裂缝三种，它们在不同程度上影响建筑结构的功能，对工程产生一定的隐患，破坏结构的整体性，降低建筑结构的刚度、影响混凝土建筑的耐久性，更有甚者会导致建筑物的倒塌，危及现场人们的生命财产安全。

二、大体积混凝土裂缝预防措施

近年来，国内很多研究机构，特别是一些高校的学者，正不断地开展大量针对温度场与裂缝之间关系的理论研究。着重从创新施工工艺的角度入手，系统地阐述了大体积混凝土裂缝控制的技术措施;从混凝土的本构关系出发，总结与分析了混凝土原材料的物理与化学性能，并对影响混凝土温度变形的因素作比较研究;较系统阐述了混凝土的物理力学性能，从原材料的角度分析与总结了砼裂缝的成因及应对措施;提出了优化大体积混凝土配合比的设计方法，并探究了浇筑完成初期的温度场监测方法。

1、优化大体积混凝土配合比设计;

2、大体积混凝土施工工艺应合理;

3、使用大体积混凝土养护及智能温控系统;

4、研究核岛大体积混凝土现状。

三、核电站大体积混凝土结构智能温湿养护系统简介

智能养护系统包括加热模板、喷淋装置、养护棚和控制系统组成。相较传统养护方式而言，加热模板安装方便快捷，工厂化水平高，可重复使用节约成本，控制系统可自动检测记录数据并控制加热加 湿装置的开关，系统由远程控制，通过采集仪采集传感器数据后，将数据通过在线 数据传输的方式将传感器数据直接传输到控制中心，保证了数据的可靠性，并可以 实时对采集点进行认证、连接、管理和控制，本系统的研发对于核电站大体积混凝土结构的建造具有一定的参考价值。

四、主要研究内容包括：

1、研制快速发热模板，对加热模板进行性能测试，研究加热模板的温升规律，实现在大体积混凝土建造中运用加热模板调控混凝土表面温度;

2、研制智能温湿度调控设备，设备分为两大部分：温湿度采集器和上位机。采集器对温湿度传感器输出的信号进行转换、处理、存储显示，并和上位机进行通信;上位 PC 机对采集器传输来的数据进行集中管理存储，采集实时数据和历史数据，当某一个因子超过上下限时候，能进行报警，可自动控制下位机开断，能够操控下位机。

3、智能温湿度调控系统软件设计，此系统通过 RS485 和上位机进行数据交互，上位机下达指令，数组的标志位对应，采集器接收到标志位进行温湿度的数据采集，通过温湿度的规定转换方式，传输到上位机，并能够下达报警中断、取消报警等指 令，且不用通过下位机再次录入程序，直接通过上位机可进行温湿度的报警值。

4、进行大体积混凝土智能温湿养护系统的室内试验及现场应用测试研究，测试温控系统养护效果，研究其对大体积混凝土养护阶段各项性能（强度、温度、裂缝分布等）的影响情况;结合大体积混凝土工程的施工要求，以及在实际工程当中大体积混凝土的施工工艺流程，进行智能养护系统现场测试与示范。

五、结束语

由以上分析可以看出，保温养护是大体积混凝土施工的关键环节。保温养护的目的主要是降低大体积混凝土浇筑块体的里外温差值以降低混凝土块体的自约束力，其次是降低大体积混凝土浇筑块体的降温速度，充分利用混凝土的抗拉强度，以提高混凝土块体承受外约束力时的抗裂能力，达到防止或控制温度裂缝的目的。故养护阶段是大体积混凝土裂缝控制的重要阶段，准确合适的温湿度调控对于大体积混凝土裂缝防治具有重要的意义。

参考文献：

[1]Wilson EL.The determination of temperatures within mass concrete structures.SESM Report No.68-17.1968.

[2]Nakamura H，Hamada S，T animoto T.Estim ation of thermal crack resistance for mass concrete structures with uncertain material properties[J].Aci Structural Joumal，1999，96（4）：509-518.

[3]王铁梦.王铁梦教授谈控制混凝土工程收缩裂缝的 18 个主要因素[J].混凝土，2003（11）：65.

[4]《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3），中华人民共和国国家标准，中国建筑工业出版社;

[5]《高层建筑箱形与筏形基础技术规范》（JGJ-99），中华人民共和国国家标准，中国建筑工业出版社;