AP1000核電廠自密實(shí)混凝土的設(shè)計(jì)試配和應(yīng)用

文/胡德亮 三門(mén)核電有限公司 浙江三門(mén) 317112

1、自密實(shí)混凝土原理

自密實(shí)混凝土的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)膠凝材料與細(xì)骨料形成的大量漿體在粗骨料表面形成的包裹層，大大降低粗骨料之間的摩擦力。隨著漿體量的進(jìn)一步增加，粗骨料在漿體介質(zhì)中處于懸浮狀態(tài)，拌合物形成了穩(wěn)定的流體狀態(tài)。在自重的作用下，處于穩(wěn)定流體狀態(tài)的拌合物通過(guò)鋼筋間隙充滿整個(gè)模板空間。

2、自密實(shí)混凝土技術(shù)難點(diǎn)

2.1 大流動(dòng)性實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)

自密實(shí)混凝土需要的極大的流動(dòng)性，擴(kuò)展度通常要達(dá)到600mm左右，存在較大的難度。

2.2 抗離析性的難點(diǎn)

當(dāng)膠凝材料增加時(shí)流動(dòng)度越大時(shí)，較小的剪切應(yīng)力即可破壞顆粒間的黏聚力，使拌合物發(fā)生流動(dòng)但也造成拌合物的抗離析性能降低。因此自密實(shí)混凝土需要兼顧拌合物的流動(dòng)性與抗離析性。

2.3 高水化熱的難點(diǎn)

自密實(shí)混凝土由于使用大量膠凝材料（400～550kg每立方米），導(dǎo)致混凝土水化溫升大。如何降低水化熱避免混凝土的裂縫出現(xiàn)，是自密實(shí)混凝土的難點(diǎn)。

3、AP1000核電站自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)

3.1 AP1000自密實(shí)混凝土技術(shù)要求

強(qiáng)度：4000psi（C35）擴(kuò)展度：610±50 mm 3.2混凝土原材料選用

3.2.1 水泥

由于自密實(shí)混凝土膠凝材料用量較大，為了避免水化溫升過(guò)大產(chǎn)生裂縫，選用中熱水泥，并控制早期水化成分C3A含量，最終選用上海萬(wàn)安水泥廠核電專(zhuān)供P II 42.5級(jí)水泥。

3.2.2 粉煤灰

為了進(jìn)一步降低水化熱，自密實(shí)混凝土中應(yīng)摻入粉煤灰，同時(shí)粉煤灰的摻入還能改善混凝土的和易性、降低成本。最終選用烏沙山電廠II級(jí)粉煤灰。

3.2.3 砂

砂的細(xì)度模數(shù)越大，比秒面積越小，包裹砂子的漿體用量就少，也就有達(dá)到同樣流動(dòng)性的要求下，可以減少膠凝材料的用量。最終選用高質(zhì)量的閩江中砂作為原材料。

3.2.4 碎石

碎石首先應(yīng)進(jìn)行堿骨料反應(yīng)檢測(cè)，對(duì)于存在堿骨料活性的石料嚴(yán)禁使用，以避免堿骨料反應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)造成破壞。

最終選用的碎石采用堿活性檢測(cè)合格的原石，經(jīng)兩次破碎一次整形后，篩分為4.75～9.5mm和9.5～19mm兩種粒徑的碎石。

3.2.5 外加劑

高效減水劑是自密實(shí)混凝土配置的關(guān)鍵。選擇外加劑時(shí)應(yīng)選擇性能穩(wěn)定，對(duì)用水量不是很敏感的減水劑。聚羧酸型的外加劑混凝土拌合物比較不容易離析，對(duì)用水量不敏感。最終選用的浙江五龍聚羧酸型外加劑，減水率高，與萬(wàn)安水泥適應(yīng)性良好。

4、配合比設(shè)計(jì)（絕對(duì)體積法）

4.1 確定單位體積粗骨料體積用量（Vg）

根據(jù)自密實(shí)性能等級(jí)選取0.33，單位體積粗骨料體積用量為330 L，計(jì)算出碎石質(zhì)量為878 kg。

4.2 確定單位體積用水量（Vw）、水膠比（W/B)、膠凝材料用量

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇單位用水量185 L, 粉煤灰參量35%，配合比設(shè)計(jì)強(qiáng)度f(wàn) cu,0=44.9 Mpa；W/C=0.398 取水膠比為0.4；水泥用量M=300 kg；粉煤灰用量M=162 kg。

4.3 計(jì)算單位體積細(xì)骨料用量（VS）

根據(jù)VS+Vp+Vg+Vw =1000 L,計(jì)算出細(xì)骨料用量VS =320 L，質(zhì)量為320/1000＊2650=850 Kg。

4.4 外加劑摻量通常為膠凝材料的0.75～0.15之間，初步取4 kg。

4.5 初步配合比為：水：水泥：粉煤灰：砂：石：外加劑 =185：300：162：850：878：4

5、自密實(shí)混凝土的檢測(cè)

由于自密實(shí)混凝土具有高流性，配合比設(shè)計(jì)從流動(dòng)性，間隙通過(guò)率，抗離析性來(lái)綜合判定，不宜使用單一方法進(jìn)行判定，在試驗(yàn)中綜合采用以下方法來(lái)進(jìn)行自密實(shí)混凝土性能的判定。

5.1 坍落擴(kuò)展度

坍落擴(kuò)展度測(cè)試是一種基于坍落度測(cè)試來(lái)評(píng)價(jià)無(wú)障礙條件下自密實(shí)混凝土在水平面上自由流動(dòng)能力的方法。可通過(guò)測(cè)定坍落流動(dòng)度來(lái)評(píng)價(jià)自密實(shí)混凝土的流動(dòng)性和填充能力，進(jìn)而判斷抗離析能力。

5.2 T50時(shí)間

通過(guò)測(cè)定T50來(lái)評(píng)價(jià)自密實(shí)混凝土的填充能力，對(duì)特定新拌自密實(shí)混凝土，T50越小，填充能力越好。

5.3 J-RING

用來(lái)測(cè)定自密實(shí)混凝土的間隙通過(guò)能力。通過(guò)比較坍落擴(kuò)展度與J-RING擴(kuò)展度，差值在0～25mm表明其通過(guò)性能良好，＞50mm表明通過(guò)性差。

5.4 圓柱法檢測(cè)SCC的靜態(tài)離析值

用來(lái)測(cè)定自密實(shí)混凝土拌合物的抗離析性，其值越小表明其間隙通過(guò)能力越好。

6、配合比的確認(rèn)

最終經(jīng)調(diào)整后的配合比如下：

水：水泥：粉煤灰：砂：石：外加劑=185：293 ：158：845：979：4.06

全性能檢測(cè)結(jié)果如下：

?

全性能檢測(cè)結(jié)果經(jīng)設(shè)計(jì)單位審核，各指標(biāo)均符合AP1000設(shè)計(jì)要求。

7、配合比設(shè)計(jì)總結(jié)

在自密實(shí)混凝土拌合物中應(yīng)加入粉煤灰（25%～45%），由于粉煤灰比表面積較大，增加了漿體的保水能力，提高了拌合物的抗分離能力。粉煤灰可以發(fā)揮其形態(tài)效應(yīng)，增加混凝土的和易性，改善自密實(shí)混凝土的工作性。同時(shí)粉煤灰的摻入降低了水化溫升，是自密實(shí)混凝土抗裂的重要措施。

AP1000技術(shù)規(guī)格書(shū)對(duì)水化熱控制措施較多，水泥要求采用低熱水泥、水泥中C3A含量低，這就造成拌合物早期水化反應(yīng)量偏低，此時(shí)容易發(fā)生混凝土泌水。通過(guò)在保證7d水化熱的前提下，適當(dāng)提高水泥細(xì)度，有效地解決了混凝土的泌水問(wèn)題。

AP1000技術(shù)為了保證混凝土的耐久性，要求混凝土含氣量為5±1.5%，為了保證含氣量符合要求，需選用引氣型減水劑，但由于含氣量大于4%造成混凝土強(qiáng)度降低明顯。為了更好的調(diào)配引氣與減水的關(guān)系，建議引氣劑與減水劑分開(kāi)使用，在配合比設(shè)計(jì)時(shí)將兩者比例調(diào)配好，使含氣量控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)盡可能低的值。