核電廠重混凝土的施工質(zhì)量控制

孫紅軍，馬新朝

（北京四達(dá)貝克斯工程監(jiān)理有限公司，河北 石家莊050019）

1 生物防護(hù)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(shù)要求是設(shè)計(jì)依據(jù)法國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定，并有相應(yīng)國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)作為補(bǔ)充。

生物防護(hù)用重混凝土用于對電離輻射的生物防護(hù)，是一種高密度的混凝土，用來屏蔽核電廠運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的放射線，防止對人身造成輻射。生物防護(hù)用重混凝土的成分：水泥、外加劑、拌合用水及粗、細(xì)骨料，其中采用的粗、細(xì)骨料必須是密度大（比重大）且含有一定量的化學(xué)結(jié)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(hù)作用；骨料密度越大，防護(hù)性能越好。對重混凝土的技術(shù)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(biāo)稱抗壓強(qiáng)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(zhì)量控制

在前期對原材料的生產(chǎn)廠家進(jìn)行供方評價(jià)，評價(jià)合格供方的首要條件是看是否有相似工程的供貨經(jīng)驗(yàn)，材料廠家的質(zhì)量保證體系是否健全，生產(chǎn)的材料性能是否符合相關(guān)設(shè)計(jì)文件相關(guān)規(guī)范的要求，是否有能力及時(shí)供應(yīng)工程中所需的材料等，從源頭對產(chǎn)品質(zhì)量控制方面嚴(yán)格把關(guān)。材料到場后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)行規(guī)范做好原材料的驗(yàn)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(shè)計(jì)方面增強(qiáng)了生物防護(hù)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(yīng)是自然狀態(tài)的、新鮮的、且不含任何土質(zhì)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(guī)格，按級(jí)配可以分為三類：0～8 mm的骨料級(jí)配規(guī)格控制；0～5 mm赤鐵礦砂的級(jí)配控制；8～25 mm碎石級(jí)配控制。對于0～8 mm的級(jí)配規(guī)格應(yīng)按表1所示的規(guī)格在范圍內(nèi)選用。

表1 0～8 mm的骨料級(jí)配要求Table10～8 mm aggregate degree requisition

0～5 mm赤鐵礦砂應(yīng)保持在表2所示范圍內(nèi)。

8～25 mm碎石應(yīng)保持在表3所示范圍內(nèi)。

在實(shí)際的材料驗(yàn)收過程中，監(jiān)理人員見證取樣送檢，注重檢測過程對于級(jí)配的要求控制，對影響重混凝土制備質(zhì)量的各骨料進(jìn)行了專項(xiàng)檢查驗(yàn)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(guān)鍵控制點(diǎn)是要確定符合工藝要求的混凝土配合比。由于核電建設(shè)對于重混凝土施工的規(guī)格書規(guī)定，骨料級(jí)配必須符合RCC-G標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的中國國家標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際生產(chǎn)中，由于這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在篩孔分級(jí)和骨料粗細(xì)程度上完全不同，在國內(nèi)找不到按照RCC-G標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的骨料。因此，對于混凝土的配比控制以現(xiàn)行國家規(guī)范要求為準(zhǔn)。

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

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

3.1 試配工藝過程

根據(jù)以往的相同、相似核電施工控制經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本工程的實(shí)際情況及核電質(zhì)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(yàn)及強(qiáng)度的檢驗(yàn)工作。

3.1.1 材料選擇

根據(jù)合格供方評審程序，現(xiàn)場材料選用上海萬安企業(yè)總公司金山水泥廠生產(chǎn)的P·II42.5型水泥；選用遼寧市祥龍礦產(chǎn)品有限公司生產(chǎn)的連續(xù)級(jí)配5～25 mm的赤鐵礦碎石；選用遼寧市祥龍礦產(chǎn)品有限公司生產(chǎn)的細(xì)度模數(shù)為2.7的赤鐵礦砂；選用浙江五龍化工股份有限公司生產(chǎn)的高效緩凝泵送劑作為外加劑。

3.1.2 配比試驗(yàn)

首先制定相應(yīng)的配比工藝指導(dǎo)書，混凝土需要達(dá)到強(qiáng)度等級(jí)為C35，坍落度控制在6.0～8.0 cm區(qū)間要求，制定了相應(yīng)的配比，并制作混凝土強(qiáng)度試塊，控制制備過程，按常規(guī)混凝土制作要求分三組進(jìn)行制作和試驗(yàn)（序號(hào)1～3為3個(gè)基準(zhǔn)配合比，序號(hào)4～7為砂率變化的配合比，序號(hào)8～11為推演水泥用量的配合比），試驗(yàn)結(jié)果見表4。

由結(jié)果判定，以上配合比的各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)均滿足要求。從表4來看，增加水泥用量，強(qiáng)度增加，密度增加。

為了便于現(xiàn)場的施工，我們又按照相應(yīng)的工藝指導(dǎo)書做了進(jìn)一步的調(diào)整，試配出5種適合現(xiàn)場的施工配合比，見表5。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果控制

在調(diào)整試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，根據(jù)經(jīng)濟(jì)適用原則，選取表5中的施工配合比1，按照重混凝土試驗(yàn)大綱要求，在施工現(xiàn)場按實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)際模擬施工。出機(jī)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(yùn)至澆注現(xiàn)場無離析現(xiàn)象，卸料在吊斗內(nèi)，吊至墻體模板內(nèi)，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(cè)面表層觀察，內(nèi)部混凝土密實(shí)，且骨料分布均勻。在混凝土制備及模擬試驗(yàn)時(shí)對坍落度的損失情況也是重點(diǎn)檢查及監(jiān)測內(nèi)容，為后續(xù)的施工做好數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和經(jīng)驗(yàn)依據(jù)。由試驗(yàn)過程檢查得出，運(yùn)輸過程中其平均坍落度損失在1.5 cm左右。檢驗(yàn)結(jié)果表明以上施工方法可行，能滿足設(shè)計(jì)要求，具有可操作性。

表4 配比試驗(yàn)結(jié)果Table4 The results of the concrete mixture test

表5 施工配合比結(jié)果Table5 The results of concrete mixture

4 現(xiàn)場施工質(zhì)量控制

現(xiàn)場的重混凝土施工主要從混凝土制備、運(yùn)輸、澆注、澆注過程見證檢查、澆注后的養(yǎng)護(hù)五個(gè)方面進(jìn)行綜合控制，由于施工環(huán)境的特殊性，需要在后續(xù)的廠房、房間區(qū)域內(nèi)進(jìn)行管道γ源、X射線探傷，對該廠房區(qū)域內(nèi)的防輻射性能檢測，以測量防輻射效果。為確保工程質(zhì)量，現(xiàn)場施工工序過程控制非常重要。

4.1 混凝土制備

生物防護(hù)用重混凝土由攪拌站負(fù)責(zé)攪拌，采用德國產(chǎn)DHS型號(hào)為DKXS2.25雙臥軸攪拌機(jī)，所用的材料都為電子精確稱重，確保用量的準(zhǔn)確性?？紤]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(shí)間設(shè)置為60 s。

原材料進(jìn)場通過了嚴(yán)格的驗(yàn)收，且要備料充足，避免出現(xiàn)重混凝土澆注時(shí)因材料不足人為留置施工縫。澆注前檢查計(jì)量儀器的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，并做好記錄，確保都在正常運(yùn)轉(zhuǎn)。依據(jù)混凝土制備程序，嚴(yán)格執(zhí)行混凝土開盤鑒定。重點(diǎn)檢查攪拌機(jī)設(shè)置的混凝土攪拌時(shí)間，必須符合要求。混凝土的出機(jī)坍落度控制在7.5～10 cm，出機(jī)溫度嚴(yán)格控制在5～30 ℃以內(nèi)。制備過程中攪拌站實(shí)驗(yàn)室根據(jù)要求留置抗壓強(qiáng)度試塊和密度試驗(yàn)試塊。

4.2 運(yùn)輸

因重混凝土設(shè)計(jì)要求的坍落度范圍較小，在混凝土運(yùn)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(yùn)至澆灌地點(diǎn)，因坍落度較小，無法用泵車泵送，需采用塔吊的吊斗運(yùn)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(dǎo)管注入墻體內(nèi)，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(xiàn)象。

實(shí)際澆注過程中，罐車從攪拌站運(yùn)至現(xiàn)場的保守時(shí)間為10 min，1 m3重混凝土卸入料斗到注入模板的時(shí)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(guī)格書的要求。

4.3 澆注和養(yǎng)護(hù)

澆注前的普通混凝土處的施工縫處理很重要，根據(jù)規(guī)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(tái)階，臺(tái)階的垂直邊大于3 cm非常關(guān)鍵，避免此處產(chǎn)生薄弱環(huán)節(jié)。墻體的澆注采用導(dǎo)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(nèi)；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(yán)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(shí)間對混凝土進(jìn)行振搗，就會(huì)產(chǎn)生石子和漿體分層現(xiàn)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(shí)間的合理性。

混凝土的養(yǎng)護(hù)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(yǎng)護(hù)在混凝土初凝后對墻體上部用無紡布進(jìn)行覆蓋，并保證無紡布和模板的濕潤。養(yǎng)護(hù)時(shí)間控制在15 d。

4.4 現(xiàn)場見證檢查

在混凝土施工過程中需要對過程試驗(yàn)進(jìn)行見證檢查。首先重混凝土澆注第一車時(shí)測出混凝土的坍落度、入模溫度，確保符合設(shè)計(jì)及規(guī)范的要求?；炷亮糁猛瑮l件試塊和密度試塊的見證，后續(xù)來確定混凝土強(qiáng)度和密度；對于澆注過程時(shí)的坍落度、溫度檢查頻率為每2 h檢查一次，如過程中發(fā)現(xiàn)和易性有變化，及時(shí)抽查，確保各項(xiàng)指標(biāo)符合要求。

4.4.1 坍落度的檢查

在開始施工時(shí)的控制中，我們在攪拌站測試了三組出機(jī)坍落度數(shù)據(jù)：9.1 cm、9.3 cm、9.8 c m；經(jīng)罐車運(yùn)至現(xiàn)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(yàn)收試驗(yàn)結(jié)果基本相符。

4.4.2 混凝土試塊強(qiáng)度報(bào)告的檢查

按照設(shè)計(jì)要求和澆注過程試塊留置，檢查周期以3 d、7 d、28 d強(qiáng)度報(bào)告，檢查混凝土的密度報(bào)告，結(jié)果均符合工藝技術(shù)條件的要求，從而更進(jìn)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(fā)現(xiàn)的問題及解決方法

避免澆注過程中產(chǎn)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(jī)組人員誤操作，攪拌機(jī)輸入的配比變動(dòng)，導(dǎo)致第二車重混凝土的澆注間斷時(shí)間超過1.5 h，又因現(xiàn)場環(huán)境溫度在36 ℃，檢查已澆注的重混凝土發(fā)現(xiàn)局部已初凝。解決措施：為避免出現(xiàn)冷縫，削弱重混凝土的屏蔽作用，現(xiàn)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(jìn)行綜合隱蔽驗(yàn)收，做好重新澆注準(zhǔn)備。針對攪拌站攪拌機(jī)組人員對攪拌機(jī)誤操作問題召開專題會(huì)，提出試驗(yàn)室人員對攪拌機(jī)組的配合比監(jiān)控，防止誤操作引起的配合比變動(dòng)。對此墻體進(jìn)行了重新澆注，澆注過程符合要求。

出現(xiàn)離析現(xiàn)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(fā)現(xiàn)達(dá)到21.1 cm，出現(xiàn)了離析現(xiàn)象。解決措施：對坍落度為21.1 cm重混凝土報(bào)廢，并立即通知攪拌站，對原材料的含水率進(jìn)行重新測試，并及時(shí)調(diào)整水的用量，攪拌出的混凝土重新測得出機(jī)坍落度為9.2 cm，現(xiàn)場測得坍落度為8.0 cm；符合方案要求。

5 結(jié)束語

1）生物防護(hù)用重混凝土用的粗、細(xì)骨料級(jí)配要求的控制非常重要，符合要求的骨料級(jí)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(hù)性能的重點(diǎn)，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(xì)骨料時(shí)要求密度高，級(jí)配要均勻；澆注振搗過程中嚴(yán)禁過振，避免產(chǎn)生礦石與漿體分離現(xiàn)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(shí)嚴(yán)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(tái)階，臺(tái)階的垂直邊大于3 cm非常關(guān)鍵。

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