高溫氣冷堆一回路艙室保溫磚施工技術(shù)研究

李攀 曲文科 丁永勇

【摘要】高溫氣冷堆核電站示范工程反應(yīng)堆廠房一回路艙室保溫磚是艙室屏蔽混凝土冷卻系統(tǒng)的重要組成部分，是反應(yīng)堆重要安全系統(tǒng)之一。本文主要闡述了為保證保溫磚的施工達(dá)到高精度的設(shè)計(jì)要求，使其更好的發(fā)揮保溫隔熱的效果，經(jīng)過不斷的理論研究和試驗(yàn)驗(yàn)證，通過優(yōu)化耐火泥漿的配合比、細(xì)化磚體排版及磚型設(shè)計(jì)、固化貫穿物項(xiàng)的根部節(jié)點(diǎn)處理、強(qiáng)化磚體拉結(jié)加固措施等途徑，提高了保溫磚砌筑質(zhì)量、避免了通縫的出現(xiàn)，消除了保溫隔熱層的薄弱環(huán)節(jié)，確保了保溫磚滿足抗震及正常運(yùn)行下的穩(wěn)定性要求，為高溫氣冷堆的安全運(yùn)行提供了有力保障。

【關(guān)鍵詞】高溫氣冷堆;屏蔽混凝土;保溫隔熱層;保溫磚

核能是世界公認(rèn)的清潔、高效能源，科學(xué)利用核能，安全發(fā)展核電，對(duì)于優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)、減少環(huán)境污染具有十分重要的戰(zhàn)略意義。高溫氣冷堆是我國產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的自主創(chuàng)新成果，具有第四代核電安全特征，能夠保證在任何事故工況下不發(fā)生堆芯熔化和放射性大量釋放。高溫氣冷堆一回路艙室墻體起著反應(yīng)性控制、放射性包容和余熱導(dǎo)出等功能，是防止放射性物質(zhì)擴(kuò)散的第三道安全屏障，但由于混凝土材料所能承受的最高溫度有一定的限值，必須采取一定的冷卻及隔熱措施。保溫磚是艙室保溫隔熱層的設(shè)計(jì)形式之一，它的作用是保證屏蔽混凝土在反應(yīng)堆正常運(yùn)行期間溫度不超過70℃。

1、施工工藝特點(diǎn)

高溫氣冷堆一回路艙室由反應(yīng)堆艙室和蒸發(fā)器艙室組成，其中反應(yīng)堆艙室內(nèi)部直徑為8.76m和蒸發(fā)器艙室內(nèi)部尺寸為7.11m×7.00m，艙室豎向高度自標(biāo)高-15.550m～28.050m共計(jì)43.6m高。反應(yīng)堆艙室保溫磚的砌筑范圍為-4.05mm底板和-4.0～-1.02m墻體，蒸發(fā)器艙室保溫磚的砌筑范圍為-15.0m底板、-15.0～±0.00m墻體及2.651m牛腿頂部平面。保溫磚的砌筑厚度除蒸發(fā)器艙室底面為400mm厚，其余位置均為200mm厚。保溫磚共計(jì)約為230m?。

為保證保溫磚施工完成后起到最佳的保溫隔熱效果，工藝要求保溫磚施工必須達(dá)到磚縫不得大于3mm、泥漿飽滿度不得小于90%，保溫磚砌體采用錯(cuò)縫砌筑，錯(cuò)縫間距不小于12mm，不應(yīng)有三層及以上重縫，保溫磚砌筑時(shí)按照間距2000～2500mm設(shè)置一道膨脹縫，膨脹縫大小為5～6mm，封內(nèi)填充硅酸鋁纖維棉，膨脹縫上下層錯(cuò)開，并在高度方向上保持螺旋上升態(tài)勢。

2、耐火泥漿配合比研究

按照原設(shè)計(jì)推薦配合比耐火泥：水玻璃=2：1的配合比進(jìn)行了配合比試驗(yàn)，按照要求攪拌完成后，耐火泥成為含有一定濕狀泥塊的散料，完全沒有可塑性，不能成為流動(dòng)性泥漿，將其在保溫磚上壓抹，完全沒有粘結(jié)性，不滿足保溫磚的砌筑要求。

經(jīng)過試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析和與設(shè)計(jì)人員溝通，按照在滿足可操作性的前提下盡量減少水的用量的設(shè)計(jì)理念以盡量提高耐火泥漿的強(qiáng)度，最終確定按照水玻璃：水=4：1進(jìn)行稀釋然后按照耐火泥：水玻璃（稀釋后）=2：1的配合比，攪拌出的耐火泥漿的稠度、可操作性及可操作時(shí)間最符合保溫磚砌筑使用要求。

3、磚型及排版設(shè)計(jì)研究

3.1磚型尺寸設(shè)計(jì)

根據(jù)艙室結(jié)構(gòu)尺寸特點(diǎn)，結(jié)合保溫磚錯(cuò)縫及膨脹縫等相關(guān)要求，做到盡量減少現(xiàn)場切割磚體數(shù)量，經(jīng)反復(fù)研究、詳細(xì)計(jì)算和CAD精確排版，確定蒸發(fā)器艙室直墻選用200×230×65矩形磚、蒸發(fā)器艙室圓角處選用200×（88/150）×65梯形磚、壓力容器艙室弧形墻體選用200×（117/123）×65梯形磚，所有保溫磚均由專業(yè)廠家專門開模定型加工。

磚型設(shè)計(jì)圖

3.2保溫磚排版研究

3.2.1反應(yīng)堆艙室排版

反應(yīng)堆艙室墻體保溫磚排版時(shí)，除去中間3.5m寬的熱氣導(dǎo)管洞口區(qū)域的部分，將剩余部分平分為10等份，每份作為一個(gè)單元，每個(gè)單元的圓心角為32.290°，保溫磚內(nèi)邊線的弧長為2277.3mm，每個(gè)單元中砌筑19塊保溫磚，每兩個(gè)單元之間設(shè)置一個(gè)膨脹縫。兩層保溫磚的豎向磚縫錯(cuò)開半個(gè)磚的寬度，每個(gè)單位及對(duì)應(yīng)的膨脹縫的位置在高度方向上保持螺旋上升態(tài)勢。

3.2.2熱氣導(dǎo)管洞口排版

熱氣導(dǎo)管洞口側(cè)面的保溫磚與反應(yīng)堆艙室的保溫磚同時(shí)砌筑，每一層均在同一個(gè)標(biāo)高，熱氣導(dǎo)管洞口與反應(yīng)堆艙室轉(zhuǎn)角的接口處采用錯(cuò)縫處理，奇數(shù)層與偶數(shù)層采用不同的砌筑方式進(jìn)行交替砌筑。熱氣導(dǎo)管洞口與蒸發(fā)器艙室轉(zhuǎn)角處在偶數(shù)層預(yù)留半個(gè)標(biāo)準(zhǔn)磚的寬度，形成齒形的馬牙槎。

3.2.3蒸發(fā)器艙室排版

蒸發(fā)器艙室墻體保溫磚自-15.0m標(biāo)高開始砌筑，主要采用200×230×65型保溫磚進(jìn)行砌筑，蒸發(fā)器艙室角部的圓角采用200×（88/150）×65型保溫磚進(jìn)行砌筑。蒸發(fā)器艙室墻體保溫磚砌筑時(shí)按照錯(cuò)縫及膨脹縫的相關(guān)要求進(jìn)行，每條邊砌筑時(shí)起止的兩塊磚的尺寸應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行現(xiàn)場切割使用。

3.2.4墻體頂部企口設(shè)計(jì)

艙室墻體保溫磚砌筑時(shí)，最頂部3層保溫磚采用100長保溫磚進(jìn)行砌筑，保證保溫磚上部形成一個(gè)企口，已便于與保溫盒的更好連接。

4、貫穿物項(xiàng)根部節(jié)點(diǎn)處理研究

一回路艙室墻體是有大量的檢修平臺(tái)、熱電偶等物項(xiàng)的支撐架及支吊架，均需從保溫磚中穿出，為保證保溫磚的保溫隔熱效果，消除保溫隔熱層的薄弱環(huán)節(jié)，研究制定出特定處理措施。

保溫磚砌筑至每層檢修平臺(tái)標(biāo)高之前，先將檢修平臺(tái)的支撐架（先裝段）與墻體預(yù)埋件焊接，焊接完成檢查合格后，在支撐架兩側(cè)分別增加一塊鋼板將挑梁側(cè)邊封堵，鋼板與挑梁采用點(diǎn)焊固定，鋼板的高度與支撐架的高度相等，鋼板與支撐架形成的空腔內(nèi)填塞保溫棉，最后在側(cè)面鋼板端部在增加橫向鋼板與側(cè)面鋼板及支撐架點(diǎn)焊，將保溫棉封閉在空腔內(nèi)。

5、磚體拉結(jié)加固措施研究

一回路艙室墻體保溫磚砌筑高度大、厚度小，若不采取加固措施，存在較大的傾倒風(fēng)險(xiǎn)，且無法滿足抗震設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過研究與對(duì)比分析，確定了一種簡單、有效，方便施工的拉結(jié)加固措施。拉結(jié)筋的豎向間距1.0m、水平間距2.0m，上下相鄰兩層的拉結(jié)筋交錯(cuò)布置。保溫磚每砌筑2m高左右時(shí)，暫停保溫磚砌筑，完成保溫磚外側(cè)支撐板與拉結(jié)筋的焊接加固后，再繼續(xù)向上砌筑保溫磚。

結(jié)論：

保溫隔熱層與埋設(shè)于混凝土內(nèi)部的屏蔽冷卻水管共同組成了屏蔽混凝土冷卻系統(tǒng)，是重要的核安全保障系統(tǒng)。一回路艙室保溫磚施工技術(shù)的研究與成功應(yīng)用為高溫氣冷堆的安全運(yùn)行提供有力保障，取得了良好的社會(huì)效益和社會(huì)影響力，為加快推進(jìn)60萬千瓦高溫氣冷堆電站的落地及積極推動(dòng)高溫氣冷堆技術(shù)“走出去”的發(fā)展戰(zhàn)略提供了技術(shù)支持。

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