核電廠重混凝土的施工質量控制

孫紅軍，馬新朝

（北京四達貝克斯工程監理有限公司，河北 石家莊050019）

1 生物防護用重混凝土的作用及要求

方家山核電工程中核輔助廠房（9NX）所用的重混凝土主要是在墻體和板的局部有防輻射要求。技術要求是設計依據法國相關標準制定，并有相應國家規范標準作為補充。

生物防護用重混凝土用于對電離輻射的生物防護，是一種高密度的混凝土，用來屏蔽核電廠運行時產生的放射線，防止對人身造成輻射。生物防護用重混凝土的成分：水泥、外加劑、拌合用水及粗、細骨料，其中采用的粗、細骨料必須是密度大（比重大）且含有一定量的化學結晶水的材料，例如有：赤鐵礦、褐鐵礦、磁鐵礦等。這些骨料本身對射線和輻射有較好的防護作用；骨料密度越大，防護性能越好。對重混凝土的技術要求有：赤鐵礦和重晶石混凝土的密度分別不小于3.45 g/cm3和3.50 g/cm3；重混凝土的圓柱體標稱抗壓強度不小于35 MPa；水泥最小含量為300 kg/m3，且不超過375 kg/m3。

2 原材料的質量控制

在前期對原材料的生產廠家進行供方評價，評價合格供方的首要條件是看是否有相似工程的供貨經驗，材料廠家的質量保證體系是否健全，生產的材料性能是否符合相關設計文件相關規范的要求，是否有能力及時供應工程中所需的材料等，從源頭對產品質量控制方面嚴格把關。材料到場后，根據設計要求和現行規范做好原材料的驗收工作。由于核安全要求，為減少對于核電廠管理人員及公眾造成的輻射，從設計方面增強了生物防護性能，因此，對于重混凝土的材料方面的控制工作極為重要。

用于制造骨料的塊料應是自然狀態的、新鮮的、且不含任何土質顆粒的鐵礦石；骨料的平均密度不小于4.6 g/cm3；赤鐵礦粉、砂和骨料的規格，按級配可以分為三類：0～8 mm的骨料級配規格控制；0～5 mm赤鐵礦砂的級配控制；8～25 mm碎石級配控制。對于0～8 mm的級配規格應按表1所示的規格在范圍內選用。

表1 0～8 mm的骨料級配要求Table10～8 mm aggregate degree requisition

0～5 mm赤鐵礦砂應保持在表2所示范圍內。

8～25 mm碎石應保持在表3所示范圍內。

在實際的材料驗收過程中，監理人員見證取樣送檢，注重檢測過程對于級配的要求控制，對影響重混凝土制備質量的各骨料進行了專項檢查驗收，保證了材料的正確采購。

3 混凝土的配比過程控制

重混凝土在制備過程中的關鍵控制點是要確定符合工藝要求的混凝土配合比。由于核電建設對于重混凝土施工的規格書規定，骨料級配必須符合RCC-G標準和相應的中國國家標準，在實際生產中，由于這兩個標準在篩孔分級和骨料粗細程度上完全不同，在國內找不到按照RCC-G標準生產的骨料。因此，對于混凝土的配比控制以現行國家規范要求為準。

表2 0～5mm赤鐵礦砂的級配要求Table20～5 mm hematite degree requisition

表3 8～25 mm碎石級配要求Table38～25 mm crushed stone concrete degree requisition

3.1 試配工藝過程

根據以往的相同、相似核電施工控制經驗，結合本工程的實際情況及核電質量保證的要求，在混凝土澆注前需要做好混凝土制備工藝試驗及強度的檢驗工作。

3.1.1 材料選擇

根據合格供方評審程序，現場材料選用上海萬安企業總公司金山水泥廠生產的P·II42.5型水泥；選用遼寧市祥龍礦產品有限公司生產的連續級配5～25 mm的赤鐵礦碎石；選用遼寧市祥龍礦產品有限公司生產的細度模數為2.7的赤鐵礦砂；選用浙江五龍化工股份有限公司生產的高效緩凝泵送劑作為外加劑。

3.1.2 配比試驗

首先制定相應的配比工藝指導書，混凝土需要達到強度等級為C35，坍落度控制在6.0～8.0 cm區間要求，制定了相應的配比，并制作混凝土強度試塊，控制制備過程，按常規混凝土制作要求分三組進行制作和試驗（序號1～3為3個基準配合比，序號4～7為砂率變化的配合比，序號8～11為推演水泥用量的配合比），試驗結果見表4。

由結果判定，以上配合比的各項技術性能指標均滿足要求。從表4來看，增加水泥用量，強度增加，密度增加。

為了便于現場的施工，我們又按照相應的工藝指導書做了進一步的調整，試配出5種適合現場的施工配合比，見表5。

3.2 試驗結果控制

在調整試驗結果的基礎上，根據經濟適用原則，選取表5中的施工配合比1，按照重混凝土試驗大綱要求，在施工現場按實際情況進行實際模擬施工。出機混凝土坍落度測試兩組，分別為9.5 cm、9.3 cm。用混凝土罐車運至澆注現場無離析現象，卸料在吊斗內，吊至墻體模板內，每層分層厚度30 cm，振搗至表面翻漿后停止。拆模后表觀光滑，鑿去側面表層觀察，內部混凝土密實，且骨料分布均勻。在混凝土制備及模擬試驗時對坍落度的損失情況也是重點檢查及監測內容，為后續的施工做好數據統計和經驗依據。由試驗過程檢查得出，運輸過程中其平均坍落度損失在1.5 cm左右。檢驗結果表明以上施工方法可行，能滿足設計要求，具有可操作性。

表4 配比試驗結果Table4 The results of the concrete mixture test

表5 施工配合比結果Table5 The results of concrete mixture

4 現場施工質量控制

現場的重混凝土施工主要從混凝土制備、運輸、澆注、澆注過程見證檢查、澆注后的養護五個方面進行綜合控制，由于施工環境的特殊性，需要在后續的廠房、房間區域內進行管道γ源、X射線探傷，對該廠房區域內的防輻射性能檢測，以測量防輻射效果。為確保工程質量，現場施工工序過程控制非常重要。

4.1 混凝土制備

生物防護用重混凝土由攪拌站負責攪拌，采用德國產DHS型號為DKXS2.25雙臥軸攪拌機，所用的材料都為電子精確稱重，確保用量的準確性。考慮到重混凝土的密度較大，裝料率按普通混凝土的1/2來控制（即每次攪拌1.0 m3重混凝土），來保證重混凝土的攪拌均勻。攪拌時間設置為60 s。

原材料進場通過了嚴格的驗收，且要備料充足，避免出現重混凝土澆注時因材料不足人為留置施工縫。澆注前檢查計量儀器的運轉情況，并做好記錄，確保都在正常運轉。依據混凝土制備程序，嚴格執行混凝土開盤鑒定。重點檢查攪拌機設置的混凝土攪拌時間，必須符合要求。混凝土的出機坍落度控制在7.5～10 cm，出機溫度嚴格控制在5～30 ℃以內。制備過程中攪拌站實驗室根據要求留置抗壓強度試塊和密度試驗試塊。

4.2 運輸

因重混凝土設計要求的坍落度范圍較小，在混凝土運輸過程和制備、澆注等待過程中對坍落度有一定的影響，為保證重混凝土的和易性，我們采用了容量為8 m3的混凝土罐車裝載2 m3重混凝土從攪拌站運至澆灌地點，因坍落度較小，無法用泵車泵送，需采用塔吊的吊斗運至施工的墻體處，每次吊斗裝載重混凝土的容量為1 m3。為確保下料高度，采用直徑為500 cm的塑料導管注入墻體內，避免了下料過程中因高度過高造成的粗骨料和漿體分離現象。

實際澆注過程中，罐車從攪拌站運至現場的保守時間為10 min，1 m3重混凝土卸入料斗到注入模板的時間為10～15 min。這樣既能方便施工，又能保證混凝土的澆注過程符合規格書的要求。

4.3 澆注和養護

澆注前的普通混凝土處的施工縫處理很重要，根據規格書的要求，重混凝土與普通混凝土之間的施工縫處要留置直角臺階，臺階的垂直邊大于3 cm非常關鍵，避免此處產生薄弱環節。墻體的澆注采用導管注入，水平分層，每層厚度為30 cm，下料高度控制在50 cm以內；振搗采用插入式振搗棒振搗，混凝土翻漿后立即停止振搗，嚴禁過振，因重混凝土所用的石子都是密度較大的鐵礦石，如長時間對混凝土進行振搗，就會產生石子和漿體分層現象，使重混凝土的防輻射作用削弱，所以必須保證混凝土振搗的時間的合理性。

混凝土的養護工作也是很重要的，對重混凝土板在重混凝土初凝后立即對其表面用一層塑料布和一層麻袋，并在麻袋上灑水保持濕潤。對重混凝土墻體養護在混凝土初凝后對墻體上部用無紡布進行覆蓋，并保證無紡布和模板的濕潤。養護時間控制在15 d。

4.4 現場見證檢查

在混凝土施工過程中需要對過程試驗進行見證檢查。首先重混凝土澆注第一車時測出混凝土的坍落度、入模溫度，確保符合設計及規范的要求。混凝土留置同條件試塊和密度試塊的見證，后續來確定混凝土強度和密度；對于澆注過程時的坍落度、溫度檢查頻率為每2 h檢查一次，如過程中發現和易性有變化，及時抽查，確保各項指標符合要求。

4.4.1 坍落度的檢查

在開始施工時的控制中，我們在攪拌站測試了三組出機坍落度數據：9.1 cm、9.3 cm、9.8 c m；經罐車運至現場后測得坍落度為：7.9 cm、8.5 cm、8.9 cm。平均坍落度損失在1.5 cm左右；與驗收試驗結果基本相符。

4.4.2 混凝土試塊強度報告的檢查

按照設計要求和澆注過程試塊留置，檢查周期以3 d、7 d、28 d強度報告，檢查混凝土的密度報告，結果均符合工藝技術條件的要求，從而更進一步證明了施工方案的正確性及可行性。

4.5 旁站過程中發現的問題及解決方法

避免澆注過程中產生冷縫的措施：第一次澆注核輔助廠房（9NL）NA段2061墻體（總量為13.6 m3，密度為3.45 g/m3），第一車重混凝土2 m3澆注完畢后，因攪拌站攪拌機組人員誤操作，攪拌機輸入的配比變動，導致第二車重混凝土的澆注間斷時間超過1.5 h，又因現場環境溫度在36 ℃，檢查已澆注的重混凝土發現局部已初凝。解決措施：為避免出現冷縫，削弱重混凝土的屏蔽作用，現場要求把墻體模板拆除，已澆注的重混凝土全部清理出來，并把鋼筋上的重混凝土清洗干凈，待重混凝土清理干凈后，又對此處重新進行綜合隱蔽驗收，做好重新澆注準備。針對攪拌站攪拌機組人員對攪拌機誤操作問題召開專題會，提出試驗室人員對攪拌機組的配合比監控，防止誤操作引起的配合比變動。對此墻體進行了重新澆注，澆注過程符合要求。

出現離析現象的處理措施：在澆注輔助廠房（9NR）NC段2034墻體（總量為4.62 m3，密度為3.50 g/m3）過程中，因天氣下雨，第三車測坍落度發現達到21.1 cm，出現了離析現象。解決措施：對坍落度為21.1 cm重混凝土報廢，并立即通知攪拌站，對原材料的含水率進行重新測試，并及時調整水的用量，攪拌出的混凝土重新測得出機坍落度為9.2 cm，現場測得坍落度為8.0 cm；符合方案要求。

5 結束語

1）生物防護用重混凝土用的粗、細骨料級配要求的控制非常重要，符合要求的骨料級配攪拌出的混凝土拌和物的凝聚性、均勻性、和易性都比較好，外觀色彩均勻。

2）重混凝土的高密度性是保證生物防護性能的重點，在制備、澆注過程中必須采取措施有效控制混凝土的密度，比如選擇粗、細骨料時要求密度高，級配要均勻；澆注振搗過程中嚴禁過振，避免產生礦石與漿體分離現象，防止重混凝土的密度不均勻等措施。

3）為確保其防輻射的作用，重混凝土澆注時嚴禁人為留置施工縫，且還要保證普通混凝土的施工縫處的直角臺階，臺階的垂直邊大于3 cm非常關鍵。

4）澆注過程中的坍落度控制也很關鍵，坍落度偏小造成不易進行澆注，坍落度偏大易產生粗骨料和漿體分離，且對混凝土強度有一定的影響，從而影響防護性能。