華龍一號核島基礎(chǔ)筏板C40混凝土配合比試配研究

苗曉強(qiáng)

中核工程咨詢有限公司福建分公司 福建福州 350000

1 難點(diǎn)分析

華龍一號堆型在設(shè)計(jì)文件中均采用我國標(biāo)準(zhǔn)，而前期堆型引用的為法國標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)文件變化導(dǎo)致前期M310機(jī)組所試配的混凝土配合比不可用。需要針對華龍一號的技術(shù)條件進(jìn)行逐條分析和逐個參數(shù)的研究驗(yàn)證[1]。

其使用年限提高為60年，對混凝土的耐久性提出更高要求。混凝土的碳化指標(biāo)、耐腐蝕指標(biāo)、收縮徐變指標(biāo)和抗堿-集料反應(yīng)等耐久性能指標(biāo)提高，所以對原材料的指標(biāo)和混凝土整體參數(shù)的控制是個難點(diǎn)。

核島基礎(chǔ)筏板均為大體積混凝土，單次混凝土澆筑最大量約9200m3，屬于超大體積混凝土，這對混凝土的入模性能要求特別高。同時(shí)混凝土的溫度裂縫控制難度加大。

2 原材料確定及試配流程設(shè)計(jì)

2.1 水泥確定

優(yōu)選水泥廠家，從水泥各項(xiàng)性能、實(shí)驗(yàn)室管理、供應(yīng)保證、水泥價(jià)格等方面進(jìn)行源地供方評價(jià)，定制核電專用水泥，其主要熟料成份及水泥基本性能見表1：

2.2 試配流程設(shè)計(jì)

參照前期機(jī)組的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合設(shè)計(jì)要求的變化，制定的試配流程為：基準(zhǔn)配合比影響因素研究及試配、配合比推演試驗(yàn)、配合比可行性試驗(yàn)、坍落度經(jīng)時(shí)損失試驗(yàn)研究、大體積混凝土配合比試驗(yàn)。

3 混凝土配合比試配研究

3.1 基準(zhǔn)混凝土配合比的確定

根據(jù)配合比參數(shù)研究結(jié)果，用于華龍一號筏板大體積混凝土施工的C40基準(zhǔn)配合比的水膠比大致在0.40-0.38范圍，粉煤灰摻量可選定在25%為宜，砂率可初步選定在0.42。

在整個C40基準(zhǔn)配合比的試配過程中，總共試驗(yàn)了15個不同混凝土配合比,初步篩選了三組C40混凝土配合比（見表2）進(jìn)行配合比推演試驗(yàn)。

表2 C40混凝土配合比

3.2 基準(zhǔn)配合比的推演試驗(yàn)

為提高混凝土強(qiáng)度保證程度，C40基準(zhǔn)配合比確定后進(jìn)行了推演試驗(yàn)：3次基準(zhǔn)配合比試驗(yàn)；4次改變砂率推演試驗(yàn)；4次改變水泥用量推演試驗(yàn)。以編號B為例，其配合比推演試驗(yàn)結(jié)果如下表3，試驗(yàn)結(jié)果表明：基準(zhǔn)配合比推演結(jié)果均能滿足強(qiáng)度要求。

表3 C40混凝土配合比推演試驗(yàn)結(jié)果

3.3 配合比可行性試驗(yàn)

經(jīng)過混凝土配合比可行性試驗(yàn)驗(yàn)證，確定的混凝土三組C40混凝土配合比均滿足要求，可行性試驗(yàn)的結(jié)果見表4：

表4 混凝土工作性能和抗壓強(qiáng)度可行性試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果分析：A、B、C三個配合比的工作性能良好，A、B的28d抗壓強(qiáng)度基本符合設(shè)計(jì)要求值，C的28d抗壓強(qiáng)度略低于設(shè)計(jì)要求值，最終是選擇了混凝土配合比B，作為核島基礎(chǔ)筏板施工用混凝土配合比，并以該混凝土配合比進(jìn)行相關(guān)性能試驗(yàn)。

3.4 坍落度經(jīng)時(shí)損失試驗(yàn)研究

坍落度經(jīng)時(shí)損失試驗(yàn)在室內(nèi)環(huán)境下進(jìn)行，分別模擬不同溫度條件下坍落度的變化規(guī)律，試驗(yàn)結(jié)果見表5：

表5 混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失試驗(yàn)記錄

試驗(yàn)結(jié)果表明：坍落度經(jīng)時(shí)損失與環(huán)境溫度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，但是在90min內(nèi)坍落度均能滿足設(shè)計(jì)和泵送要求，所以后續(xù)施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制入模時(shí)間不得超過90min。

4 配合比性能試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1 力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果及分析

力學(xué)性能測試值可知：混凝土的28d軸壓強(qiáng)度/靜壓彈性模量值分別為34.3MPa/3.70×104MPa，60d軸壓強(qiáng)度/靜壓彈性模量值分別為42.1MPa/3.83×104MPa，要高于對應(yīng)強(qiáng)度等級高性能混凝土的相應(yīng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值，能夠保證核島基礎(chǔ)筏板混凝土結(jié)構(gòu)具有足夠的剛度和穩(wěn)定性[2]。

表6 混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

表9 混凝土壓縮徐變試驗(yàn)結(jié)果

4.2 混凝土碳化性能試驗(yàn)結(jié)果及分析

表7 混凝土碳化性能試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果分析：混凝土28d碳化深度為9.1mm，混凝土具有良好的抗碳化性能，相當(dāng)于《混凝土耐久性檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》中的“T-IV”等級，證明該配合比更適用于對混凝土抗碳化性能要求較高的混凝土結(jié)構(gòu)。

4.3 收縮性能試驗(yàn)結(jié)果及分析

表8 混凝土收縮性能試驗(yàn)結(jié)果

各齡期收縮實(shí)際測試值可知：180d干燥收縮率為337×10-6，能較好地滿足高性能混凝土180d干燥收縮率的控制要求。

4.4 混凝土壓縮徐變試驗(yàn)結(jié)果及分析

各齡期徐變測試值可知：混凝土的徐變在加荷早期增長較快，隨著試驗(yàn)加荷齡期的增長，徐變的增長呈減慢的趨勢。

5 成果應(yīng)用

5.1 核島筏板混凝土質(zhì)量趨勢統(tǒng)計(jì)分析

（1）混凝土出機(jī)性能統(tǒng)計(jì)分析。從圖1混凝土坍落度統(tǒng)計(jì)分析圖可以看出：華龍一號5RX筏基B層混凝土澆筑期間C40混凝土的出機(jī)坍落度均控制在160±30mm范圍內(nèi)，大部分坍落度測試值在160-190mm之間，生產(chǎn)供應(yīng)的混凝土能夠很好的滿足現(xiàn)場泵送要求，表明混凝土拌合物出機(jī)質(zhì)量得到了很好的控制[3]。

圖1 5RX筏基B層混凝土C40出機(jī)坍落度統(tǒng)計(jì)分析圖

（2）混凝土強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)分析。從圖2可以看出：華龍一號5RX筏基B層混凝土澆筑期間生產(chǎn)的C40混凝土抗壓強(qiáng)度平均值mfcu=49.3MPa，抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差Sfcu=2.88MPa。所成型混凝土試件的28d抗壓強(qiáng)度值大都分布在mfcu±2×Sfcu范圍內(nèi)，并全部處于mfcu±3×Sfcu范圍內(nèi)。表明華龍一號5RX筏基B層混凝土澆筑期間所生產(chǎn)混凝土的抗壓強(qiáng)度值保持穩(wěn)定，質(zhì)量控制效果良好。

圖2 5RX筏基B層C40混凝土抗壓強(qiáng)度趨勢分析圖

5.2 混凝土成型效果

華龍一號5RX筏基B層及后續(xù)筏基施工過程中，混凝土坍落度和混凝土和易性均滿足設(shè)計(jì)和施工要求，經(jīng)過一個月的養(yǎng)護(hù)后進(jìn)行了模板拆除，混凝土外觀未見有害缺陷，混凝土成型質(zhì)量較好，得到各方共同認(rèn)可。

6 結(jié)語

通過針對華龍一號核島基礎(chǔ)筏板大體積混凝土特點(diǎn)的分析，嚴(yán)格控制混凝土原材料的選擇，通過一系列實(shí)驗(yàn)研究和論證，最終試配出適用于福清核電華龍一號核島基礎(chǔ)筏板的高性能混凝土配合比，經(jīng)過第三方檢測、全性能試驗(yàn)、施工檢驗(yàn)等多方驗(yàn)證，本次設(shè)計(jì)出的C40混凝土完全滿足設(shè)計(jì)、規(guī)范和施工要求。