華龍一號核島基礎筏板C40混凝土配合比試配研究

苗曉強

中核工程咨詢有限公司福建分公司 福建福州 350000

1 難點分析

華龍一號堆型在設計文件中均采用我國標準，而前期堆型引用的為法國標準。設計文件變化導致前期M310機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)條件進行逐條分析和逐個參數(shù)的研究驗證[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、耐腐蝕指標、收縮徐變指標和抗堿-集料反應等耐久性能指標提高，所以對原材料的指標和混凝土整體參數(shù)的控制是個難點。

核島基礎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計

2.1 水泥確定

優(yōu)選水泥廠家，從水泥各項性能、實驗室管理、供應保證、水泥價格等方面進行源地供方評價，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 試配流程設計

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

3 混凝土配合比試配研究

3.1 基準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基準配合比的試配過程中，總共試驗了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）進行配合比推演試驗。

表2 C40混凝土配合比

3.2 基準配合比的推演試驗

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

表3 C40混凝土配合比推演試驗結(jié)果

3.3 配合比可行性試驗

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

表4 混凝土工作性能和抗壓強度可行性試驗結(jié)果

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

3.4 坍落度經(jīng)時損失試驗研究

坍落度經(jīng)時損失試驗在室內(nèi)環(huán)境下進行，分別模擬不同溫度條件下坍落度的變化規(guī)律，試驗結(jié)果見表5：

表5 混凝土坍落度經(jīng)時損失試驗記錄

試驗結(jié)果表明：坍落度經(jīng)時損失與環(huán)境溫度呈現(xiàn)負相關性，但是在90min內(nèi)坍落度均能滿足設計和泵送要求，所以后續(xù)施工過程中應嚴格控制入模時間不得超過90min。

4 配合比性能試驗結(jié)果及分析

4.1 力學性能試驗結(jié)果及分析

力學性能測試值可知：混凝土的28d軸壓強度/靜壓彈性模量值分別為34.3MPa/3.70×104MPa，60d軸壓強度/靜壓彈性模量值分別為42.1MPa/3.83×104MPa，要高于對應強度等級高性能混凝土的相應設計標準值，能夠保證核島基礎筏板混凝土結(jié)構(gòu)具有足夠的剛度和穩(wěn)定性[2]。

表6 混凝土力學性能試驗結(jié)果

表9 混凝土壓縮徐變試驗結(jié)果

4.2 混凝土碳化性能試驗結(jié)果及分析

表7 混凝土碳化性能試驗結(jié)果

試驗結(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，相當于《混凝土耐久性檢驗評定標準》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 收縮性能試驗結(jié)果及分析

表8 混凝土收縮性能試驗結(jié)果

各齡期收縮實際測試值可知：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，隨著試驗加荷齡期的增長，徐變的增長呈減慢的趨勢。

5 成果應用

5.1 核島筏板混凝土質(zhì)量趨勢統(tǒng)計分析

（1）混凝土出機性能統(tǒng)計分析。從圖1混凝土坍落度統(tǒng)計分析圖可以看出：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出機坍落度統(tǒng)計分析圖

（2）混凝土強度統(tǒng)計分析。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混凝土抗壓強度平均值mfcu=49.3MPa，抗壓強度標準偏差Sfcu=2.88MPa。所成型混凝土試件的28d抗壓強度值大都分布在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計和施工要求，經(jīng)過一個月的養(yǎng)護后進行了模板拆除，混凝土外觀未見有害缺陷，混凝土成型質(zhì)量較好，得到各方共同認可。

6 結(jié)語

通過針對華龍一號核島基礎筏板大體積混凝土特點的分析，嚴格控制混凝土原材料的選擇，通過一系列實驗研究和論證，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、施工檢驗等多方驗證，本次設計出的C40混凝土完全滿足設計、規(guī)范和施工要求。