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AP1000核岛工程自密实混凝土配合比设计

发布时间:2018-10-11 22:05:21 文章来源:未来智库    

刘强

[摘 要]本文主要介绍山东省某核电项目核岛工程自密实混凝土配合比设计,经过长周期及大量的自密实混凝土性能试验,经过多次优化,最终配制的自密实混凝土具有优良的填充性能、穿越性能和抗离析性能。

[關键词]混凝土;自密实;配合比

中图分类号:TH275 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)36-0118-02

1 概述

AP1000核岛工程采用先进的模块化施工技术,其中CA20模块内部混凝土结构多为SC结构(钢板-混凝土结构),由于受狭长的内部空间限制及浇注区域结构尺寸复杂等原因,采用常规浇注手段不能有效的进行振捣密实,因此采用目前国际上先进的自密实混凝土浇筑技术成为工程的首选。同时自密实混凝土浇筑技术也是在我国引进AP1000核电技术后,首次在核电施工领域中使用的新技术。

自密实混凝土技术虽然在核电领域还较为陌生,但是,我国从2000年起,在水利工程设计研究已开始开展这方面的研究工作,并且在三峡工程蜗壳二期回填施工中率先使用了该项新技术,在随后的景洪水电站和西龙池抽水蓄能电站蜗壳二期回填施工中多次使用。

本文主要介绍我国山东省某核电项目,经过长周期及大量的自密实混凝土各项性能试验,多次优化后,最终所配制的自密实混凝土具有优良的填充性能、穿越性能和抗离析性能。该配合比经过美国西屋公司审查,获得一次性通过。

2 技术要求

自密实混凝土技术要求见表1。核岛自密实混凝土由美国西屋公司设计,混凝土密度≥2250kg/m3。强度采用φ150×300mm圆柱体试件,压力单位为磅/平方英寸。

国标混凝土采用150mm立方体试件进行抗压强度试验。为了方便计算,将应力由磅/平方英寸转换为兆帕,即:1psi=0.00689MPa。试验结果评定仍按美标执行。

3 自密实混凝土配合比设计思路

自密实混凝土具有高流动性、不离析、均匀性和稳定性,浇筑时依靠其自重流动,无需振捣而达到密实的混凝土。自密实混凝土性能好坏主要取决于试验所使用原材料和配合比基本参数的选用,由于核电工程的粉煤灰掺量受到限制,不允许采用粉煤灰超量取代的方法来增加自密实混凝土拌合物中粉体量,为保证自密实混凝土具有较好的流动性、浆体携带骨料的穿透性和填充性,通过调整单位体积粗骨料用量来改变自密实混凝土中的浆体含量,从而达到自密实混凝土配合比试验设计的目的。

试验依据:参照《自密实混凝土应用技术规程》CECS203:2006、美国混凝土协会《自密实混凝土》ACI237R-07和西屋技术规格书的要求进行试验。

根据室内自密实混凝土试拌结果,并结合混凝土粉煤灰掺用标准技术要求,通过与美国西屋公司设计代表沟通,通过适当提高粉煤灰掺量进行自密实混凝土配合比试验,从而进一步改善自密实混凝土的工作性,为工程设计最优配合比。

自密实混凝土采用核岛工程使用的P·I42.5水泥、I级粉煤灰、人工机制砂石骨料(花岗岩)、减水剂、引气剂,通过试拌调整自密实混凝土配合比中粗骨料用量,控制水粉比、单位体积浆体量,使自密实混凝土拌合物工作性及硬化性能达到最佳。

4 自密实混凝土配制强度及主要参数确定

混凝土配合比试验设计依据美国标准《结构混凝土规范》ACI 301/301M-05、西屋公司技术规格书《混凝土搅拌与运输》CPP-CC01-ZO-010和国标《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2000)进行。

采用两种标准进行混凝土配制强度计算,由于采用的试件不同,根据美国标准中圆柱体与立方体试件的对应关系,将圆柱体强度转换成立方体强度,即:1.2×圆柱体强度=立方体强度,计算结果表明,采用两种标准进行混凝土配制强度计算其结果基本一致,计算结果见表2。

4.1 水胶比确定:根据《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2000),结合水泥抗压强度、混凝土配制强度结果进行水胶比计算,确定适合于混凝土配制强度范围的水胶比。

通过计算并结合设计要求的最大限制水胶比,核岛NI-E型、NI-F型混凝土强度等级均为4000psi(C35),水胶比拟采用0.42、0.40、0.39,粉煤灰掺量为25%、30%、33%。NI-M型、NI-N型混凝土强度等级均为6000psi(C50),水胶比拟采用0.34、0.32、0.30,粉煤灰掺量为25%、30%、40%,分别进行不同类型混凝土配合比试验。

4.2 单位体积粗骨料用量:粗骨料用量过大会影响自密实混凝土的流动性,粗骨料用量过小,可以改善自密实混凝土的填充性能,但会影响混凝土的耐久性。选用的原则是在不影响自密实混凝土流动性、抗离析性和填充性的条件下,尽可能采用较大粗骨料用量,单位体积粗骨料用量为0.30~0.33m3。

4.3 水粉比:水粉比是影响自密实混凝土抗离析性和流动性的重要因素。水粉比过大将会导致自密实混凝土的流动性过大、抗离析性能不佳,过小将会导致自密实混凝土的流动性不足、过于粘稠,填充性能下降。结合试配情况,计算水粉比为0.84~1.12。

4.4 单位体积粉体量:粉体量大小将直接影响自密实混凝土拌合物的流动性和抗离析性,选择适宜的粉体量范围是保证自密实混凝土工作性的必要条件。结合试配情况,单位体积粉体量为0.165~0.220m3。

4.5 单位体积浆体量:浆体量过小,浆体携带骨料能力变差,流动性相应变差;浆体量过大,会导致混凝土过于粘稠,也会影响到流动性和填充性。结合试配情况,单位体积浆体量为0.350~0.405m3。

确定上述配合比设计基本参数后,核岛自密实混凝土配合比按照《自密实混凝土应用技术规程》CECS203:2006性能等级二级和《自密实混凝土》ACI 237R-07进行试验。endprint

5 自密实混凝土拌合物试验

通过对自密实混凝土拌合物进行试拌,最终确定不同强度等級自密实混凝土配合比参数。然后采用坍落扩展度、T50、V漏斗和U型箱等试验方法对混凝土拌合物性能进行检测,综合评价自密实混凝土拌合物工作性。

2010年01月,在德国进口的Stteter T1500型搅拌机(理论产能60立方米/小时)对已批准的自密实混凝土NI-E型(E-002)配合比进行生产性试验,搅拌时间50秒;自密实混凝土拌合量为1.5m3/盘,试验共拌合自密实混凝土10.5m3。试验情况如下:

5.1 自密实混凝土出机口性能检测:对出机口自密实混凝土进行拌合物性能检测,检测项目包括:气温、混凝土温度、坍扩度、T50、V型漏斗、J型环、U型箱、含气量、混凝土凝结时间和密度,成型7d、28d、56d圆柱体混凝土抗压强度,检测结果见表3。机口检测结果表明,自密实混凝土拌合物在出机口具有较好的工作性,性能检测结果满足设计要求。

5.2 泵车入口、出口处混凝土拌合物性能检测:自密实混凝土运输到现场后,分别在泵车入口、出口处进行检测,检测项目包括:气温、混凝土温度、坍扩度、含气量、U型箱、J型环和密度。同时,成型28d圆柱体混凝土抗压强度试件。

自密实混凝土自搅拌站到浇筑现场共历时35分钟,从不同浇筑地点取样(即80cm处和550cm),在泵入口、出口处对自密实混凝土拌合物进行检测,其检测结果均满足设计要求,并能获得较好的工作性。通过对泵出口自密实混凝土进行检测,自密实混凝土仍可获得较好的流动性。

5.3 现场自密实混凝土模拟浇筑试验:在现场准备两块6×1.5m的试验模块,并设有专门的隔板,通过现场模拟浇筑,使用NI-E型自密实混凝土配合比可以获得较好的流动性,自密实混凝土从泵出口流淌到最远端(即6.0米处)用时2分30秒。

5.4 小结:通过对NI-E型自密实混凝土配合比进行出机口、泵入口和泵出口生产性试验及现场浇筑模拟试验,各项检测结果均满足西屋技术规格书和《自密实混凝土应用技术规程》(CECS203:2006)二级性能设计技术要求,各项检测结果均达到设计指标。该配合比设计成功。

6 工程应用

为了确保超大结构模块SC结构混凝土施工质量,施工现场先后进行了5次自密实混凝土浇筑模拟试验,在取得良好相关试验数据情况下,获得了美国西屋公司对CA20模块自密实混凝土浇筑的许可。2011年3月核岛CA20结构模块顺利进行第一次自密实混凝土浇筑施工,整个施工共历时5小时,共浇筑自密实混凝土56.5m3。通过土建试验室对混凝土生产质量检测,各项指项均符合要求,未出现废弃混凝土。通过最终试验检测,含气量、扩展度、填充性、混凝土抗压强度等各项指标均符合技术规范的要求,混凝土自密实工作性能良好。

参考文献

[1] 《自密实混凝土应用技术规程》CECS203:2006.

[2] 美国混凝土协会《自密实混凝土》ACI237R-07.endprint

中国科技博览 2017年36期

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