AP1000核電廠自密實混凝土的設計試配和應用

文/胡德亮 三門核電有限公司 浙江三門 317112

1、自密實混凝土原理

自密實混凝土的實現是通過膠凝材料與細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。隨著漿體量的進一步增加，粗骨料在漿體介質中處于懸浮狀態，拌合物形成了穩定的流體狀態。在自重的作用下，處于穩定流體狀態的拌合物通過鋼筋間隙充滿整個模板空間。

2、自密實混凝土技術難點

2.1 大流動性實現的難點

自密實混凝土需要的極大的流動性，擴展度通常要達到600mm左右，存在較大的難度。

2.2 抗離析性的難點

當膠凝材料增加時流動度越大時，較小的剪切應力即可破壞顆粒間的黏聚力，使拌合物發生流動但也造成拌合物的抗離析性能降低。因此自密實混凝土需要兼顧拌合物的流動性與抗離析性。

2.3 高水化熱的難點

自密實混凝土由于使用大量膠凝材料（400～550kg每立方米），導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，是自密實混凝土的難點。

3、AP1000核電站自密實混凝土配合比設計

3.1 AP1000自密實混凝土技術要求

強度：4000psi（C35）擴展度：610±50 mm 3.2混凝土原材料選用

3.2.1 水泥

由于自密實混凝土膠凝材料用量較大，為了避免水化溫升過大產生裂縫，選用中熱水泥，并控制早期水化成分C3A含量，最終選用上海萬安水泥廠核電專供P II 42.5級水泥。

3.2.2 粉煤灰

為了進一步降低水化熱，自密實混凝土中應摻入粉煤灰，同時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級粉煤灰。

3.2.3 砂

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

3.2.4 碎石

碎石首先應進行堿骨料反應檢測，對于存在堿骨料活性的石料嚴禁使用，以避免堿骨料反應對結構造成破壞。

最終選用的碎石采用堿活性檢測合格的原石，經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混凝土配置的關鍵。選擇外加劑時應選擇性能穩定，對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，與萬安水泥適應性良好。

4、配合比設計（絕對體積法）

4.1 確定單位體積粗骨料體積用量（Vg）

根據自密實性能等級選取0.33，單位體積粗骨料體積用量為330 L，計算出碎石質量為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

根據經驗選擇單位用水量185 L, 粉煤灰參量35%，配合比設計強度f 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 計算單位體積細骨料用量（VS）

根據VS+Vp+Vg+Vw =1000 L,計算出細骨料用量VS =320 L，質量為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、自密實混凝土的檢測

由于自密實混凝土具有高流性，配合比設計從流動性，間隙通過率，抗離析性來綜合判定，不宜使用單一方法進行判定，在試驗中綜合采用以下方法來進行自密實混凝土性能的判定。

5.1 坍落擴展度

坍落擴展度測試是一種基于坍落度測試來評價無障礙條件下自密實混凝土在水平面上自由流動能力的方法。可通過測定坍落流動度來評價自密實混凝土的流動性和填充能力，進而判斷抗離析能力。

5.2 T50時間

通過測定T50來評價自密實混凝土的填充能力，對特定新拌自密實混凝土，T50越小，填充能力越好。

5.3 J-RING

用來測定自密實混凝土的間隙通過能力。通過比較坍落擴展度與J-RING擴展度，差值在0～25mm表明其通過性能良好，＞50mm表明通過性差。

5.4 圓柱法檢測SCC的靜態離析值

用來測定自密實混凝土拌合物的抗離析性，其值越小表明其間隙通過能力越好。

6、配合比的確認

最終經調整后的配合比如下：

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

全性能檢測結果如下：

?

全性能檢測結果經設計單位審核，各指標均符合AP1000設計要求。

7、配合比設計總結

在自密實混凝土拌合物中應加入粉煤灰（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。粉煤灰可以發揮其形態效應，增加混凝土的和易性，改善自密實混凝土的工作性。同時粉煤灰的摻入降低了水化溫升，是自密實混凝土抗裂的重要措施。

AP1000技術規格書對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量偏低，此時容易發生混凝土泌水。通過在保證7d水化熱的前提下，適當提高水泥細度，有效地解決了混凝土的泌水問題。

AP1000技術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%造成混凝土強度降低明顯。為了更好的調配引氣與減水的關系，建議引氣劑與減水劑分開使用，在配合比設計時將兩者比例調配好，使含氣量控制在設計范圍內盡可能低的值。