核電廠結構模塊用自密實混凝土的經濟性分析

聶 黎 明

(上海核工程研究設計院，上海 200233)

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·建設經濟·

核電廠結構模塊用自密實混凝土的經濟性分析

聶 黎 明

(上海核工程研究設計院，上海 200233)

從核電廠結構模塊用自密實混凝土的特點及施工工藝出發，分析了其與普通混凝土施工的人材機消耗的差異，比較了兩者的直接和間接經濟效益，綜合評估出自密實混凝土具有良好的經濟性。

結構模塊，自密實混凝土，施工工藝，經濟性

AP1000核電站是模塊化建造在國內核電領域的首次實踐，其中結構模塊以鋼板、槽鋼、角鋼、錨固釘等拼接形成墻體、樓板等結構構件，在工廠完成制作，現場進行拼裝，最后整體吊裝，吊裝就位后，對其墻體和樓板等灌注混凝土以形成完整的廠房結構。若采用普通混凝土灌注，將無法解決混凝土的振搗和填充難題，也無法滿足核電工程對結構抗震和安全等級的嚴格要求，采用自密實混凝土雖是一條可行之路，但其經濟性的評估卻無成法可依。

1 自密實混凝土的特點及施工工藝

自密實混凝土(Self-Compacting Concrete，簡稱SCC)，指混凝土拌合物不需要振搗僅依靠自重即能充滿模板、包裹鋼筋并能夠保持不離析和均勻性，達到充分密實和獲得最佳性能的混凝土，屬于高性能混凝土的一種。

1.1 一般自密實混凝土的特點及施工工藝

1)特點。a.拌合物應具有良好流動性、填充性和保水性。b.從原材料如水泥、摻合料、粗細骨料等的選取，到配合比的設計均需精心設計，還需添加外加劑以保持高流動性、抗離析性、間隙通過性和填充性。

2)施工工藝。一般自密實混凝土與普通混凝土施工工藝的區別除了材料要求不同外，澆筑過程是否需要振搗也是重要的影響因素，普通混凝土需要投入人工和機械振搗，保證澆筑質量。一般自密實混凝土的施工工藝如圖1所示。

1.2 結構模塊用自密實混凝土的特點及施工工藝

1)特點及要求。AP1000 的模塊化施工特點對自密實混凝土的性能提出更具體的要求。

a.結構模塊由結構鋼板充當混凝土模板，需要嚴格控制由于自密實混凝土施工過程中的側壓力對鋼板造成的變形。

b.有些結構模塊結構高大，混凝土最高需下落20 m，因此需采取措施保證混凝土下落后不產生離析。

c.對狹小空間的自密實混凝土的施工縫處理，采取傳統的鑿毛和沖毛的施工工藝都無法進行操作，需要采取更有效的施工縫處理施工工藝。

d.核電工程對結構抗震等級要求為一級，需保證自密實混凝土澆筑后混凝土成品性能良好。

2)施工工藝。AP1000核電站的CA01，CA02，CA03，CA20模塊的混凝土澆筑均采用了自密實混凝土，施工部署、施工準備、施工方法、質保措施有相通之處，其中CA20模塊尺寸為20.5 m×13.4 m×20.9 m，既有模塊混凝土墻的澆筑，也有模塊混凝土板的澆筑，遇到的施工特點和難點最具典型性，施工流程如圖2所示。

2 自密實混凝土與普通混凝土的經濟性比較

核電廠模塊化施工是對傳統施工工藝的革命性改革，對整個設計施工的組織和管理均產生了深遠的影響，模塊化施工與傳統施工工藝之間的經濟性評估是一項復雜的系統工程，不僅要考慮直接經濟效益，還要考慮間接經濟效益，本文不對模塊化施工的經濟性做評估，僅評估模塊用自密實混凝土與普通混凝土之間由于材料差異以及由此而引起的施工工藝差異帶來的經濟性的差異。

2.1 直接效益比較

直接費用包括混凝土材料費用及澆筑費用，自密實混凝土的材料配制過程及澆筑過程與普通混凝土均有不同。

2.1.1 混凝土制備價

核電廠通常自建混凝土攪拌站和土建實驗室，不同的混凝土根據不同的配合比要求和試驗要求進行配制，生產合格的混凝土運輸至施工現場。

核島預算定額中混凝土制備價按混凝土配合比計入，包含人工費、材料費、機械運行維護費、實驗費等。

普通混凝土選取C35石子31.5 mm的配合比，水泥、砂、石、水等單價參照核電廠核島預算定額材料基價；模塊用自密實混凝土也選取強度為C35的配合比，由于自密實混凝土配制時選材要求嚴格，尤其是砂和石，故考慮其單價分別較普通混凝土高20%和50%，粉煤灰和減水劑的價格按照市場價格水平計。自密實混凝土的配合比設計要求、性能試驗要求和質量要求比普通混凝土要高，需要投入更多的人力物力，故考慮人工費上浮100%，機械費上浮50%，實驗費上浮50%。

制備1 m3普通混凝土和自密實混凝土的價格比較情況見表1。

表1 混凝土制備價格比較

據測算，1 m3自密實混凝土的制備價格比普通混凝土的約高14.9%，今后隨著設計的成熟，自密實混凝土可確定更合理的配合比，選用更加高效的外加劑，充分利用成本低的粉煤灰等摻合料，提高質量管理和控制水平，其制備價格有望持續下降。

2.1.2 混凝土澆筑費用

混凝土從攪拌站制作到運至施工現場后，還需經過泵車或輸送泵輸送至澆灌點進行澆筑、振搗、養護、施工縫鑿毛處理，一般自密實混凝土則不需要振搗，然而由于核電廠結構模塊本身的特殊性，其施工工藝比一般自密實混凝土要復雜得多。

1)超高距離布料需要搭設串管，串管頂端布置漏斗，下部設置收口的泵管，隨著混凝土的澆筑逐步提升泵管。

2)模塊吊裝前后及自密實混凝土澆筑前均需進行施工縫清理，吊裝后及混凝土澆筑前的清理均屬受限空間操作，人工降效嚴重。

3)盡管不需要振搗機械，在墻體的門洞處仍需適當采取橡膠錘敲擊輔助振搗措施，以保證混凝土的密實。

4)模塊變形的監測，泌水的處理均需要增加相應的人工和輔材。

5)泵管的搭拆應盡可能利用原有的平臺及通道，必要時需搭設腳手架，澆筑的料斗必要時需要塔吊配合。

6)為了保證在模塊受限空間內澆筑混凝土的安全性，進入內部操作的人員須進行受限空間培訓，同時采取照明、通風、防墜器、氣體檢測等安全措施。

7)模塊自密實混凝土的應用在我國尚屬先例，除了一般的常規檢測外，為驗證其性能及施工方案所做的各種模擬試驗為一般自密實混凝土所無。

根據上述分析，模塊用自密實混凝土的澆筑費用與普通混凝土澆筑費用比較見表2。

據表2的比較情況，澆筑1 m3模塊用自密實混凝土比普通混凝土的直接工程費約高49%，全費用綜合單價約高53%。而如果不考慮模塊混凝土的特殊性，其直接工程費僅比普通混凝土約高6.7%。

2.1.3 直接成本降低的可能性

由于核電廠初次采用模塊化施工，模塊用自密實混凝土的設計和施工均不是很成熟，隨著經驗的積累，配合比設計和施工方案持續優化，施工管理水平不斷提高，相應的材料費及人工和機械的消耗有望進一步下降。根據前面的分析，影響直接成本的因素有自密實混凝土的材料設計試驗費、混凝土澆筑人工消耗、混凝土施工的試驗費等，1 m3自密實混凝土直接成本的敏感性分析見圖3。

表2 普通混凝土與模塊自密實混凝土澆筑費用比較

根據分析，模塊自密實混凝土的直接成本的敏感性因素是澆筑的人工消耗及材料設計實驗費，這就需要嚴格控制施工現場的人工消耗，有效降低材料的制備價格，以節約成本。在上述兩個敏感因素降低40%的情況下，1 m3模塊自密實混凝土的直接成本約1 450元，降低約23%，僅比普通混凝土的直接成本高約18%。

2.2 間接效益比較

模塊采用自密實混凝土澆筑，直接成本會有一定提升，但可帶來巨大的間接效益：

1)施工的自動化程度高，可以加快施工進度，縮短工期，節約了工期，就是節約了人工和機械的費用。

2)解決現澆混凝土施工難題，確保混凝土的質量。結構模塊內部空間狹小，鋼筋、管道密集，不具備振搗的條件，采用自密實混凝土可解決澆筑的難題，有效避免因現場施工人員人為因素、施工管理等原因造成的混凝土施工質量問題，進而生產出品質均勻無缺陷的優質混凝土，從而大幅提升構件和結構的可靠度，提高混凝土的耐久性，減少或避免用于缺陷修補和維護的費用。從這個角度看，自密實混凝土的質量效益遠遠大于普通混凝土。

3)具有良好的環境效益。應用自密實混凝土可以改善工作環境，消除因振搗帶來的噪聲；節約水泥用量，有效減少水泥生產中的CO2,SO2,NOX等有害氣體和廢渣的排放。

4)保障施工人員的生命安全和身體健康。結構模塊采用自密實混凝土施工，可以免除在一些狹小的空間或結構復雜地區的人工作業，有利于保障施工人員的生命安全和身體健康。

3 結論及建議

模塊用自密實混凝土的直接成本明顯增加，但同時帶來無法衡量的質量和環境效益，總體上看還是經濟的。

對于模塊化施工這種優良的、處于萌芽狀態的、在生產力發展過程中富有標桿作用的新興工藝，分析其經濟成本的時候應充分考慮之后成本降低的空間，做出更為長遠的分析。

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On economical analysis of self-compacting concrete in structural model in nuclear plants

Nie Liming

(ShanghaiNuclearEngineeringResearchandDesignInstitute,Shanghai200233,China)

From the features of the self-compacting concrete in structural model of nuclear plants and their construction crafts, the paper analyzes its differences from the common concrete construction in the aspect of the consumption of workers, materials and machine, compares the direct and indirect economic benefits of the two schemes, and has the comprehensive evaluation of the self-compacting concrete has better economical performance.

structural model, self-compacting concrete, construction craft, economical performance

1009-6825(2016)11-0234-03

2016-02-02

聶黎明(1983- )，男，碩士，工程師

TM623

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