CN103723968A - 核电站px泵房蜗壳泵结构用混凝土及其浇筑成型的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种核电站PX泵房蜗壳泵结构用混凝土，每立方米的混凝土组成为：P·Ⅱ水泥261~296kg，硅灰27~40kg，粉煤灰88~110kg，硫铝酸盐类膨胀剂35~44kg，聚丙烯纤维0.9kg，复合氨基醇类钢筋阻锈剂12kg，聚羧酸盐减水剂6.63-8.62kg，粗骨料1068~1095kg，细骨料644~676kg，水166kg。本发明还涉及采用该核电站PX泵房蜗壳泵结构用混凝土浇筑成型的方法。本发明核电站PX泵房蜗壳泵结构用混凝土具有优异抗裂性能，且具有高耐久性，可以确保核电站运行期间，其混凝土结构不会因海水腐蚀而破坏，进而保证核电站寿命期内的安全可靠运行。

Description

核电站PX泵房蜗壳泵结构用混凝土及其浇筑成型的方法

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，尤其具有高抗渗性、高抗化学侵蚀性、高抗裂性的核电站用蜗壳泵混凝土及其浇筑涡壳形混凝土的方法。

背景技术

福清核电工程为国家十一五期间开工的重大工程项目，总体规划了六台百万千瓦级核电机组，采用依托M310堆型改进的国产二代半核电机组，目前1～4机组已陆续开建。在常规岛汽轮机厂房和PX泵房的地下工程结构混凝土中，大量使用了聚丙烯纤维补偿收缩防水混凝土，混凝土强度等级从C35～C45不等（以60天抗压强度为验收标准）。其中PX泵房涡壳泵混凝土结构是形状极为复杂的异型结构，且结构体积厚大，结构底部及内壁混凝土施工浇捣极为困难，工程设计使用寿命为50年，属于核电站运行寿命期内不可维修的永久性混凝土结构，与核安全直接相关。其所处的工作环境长年浸泡在海水之中，内壁混凝土结构要长年累月的经受海水的冲刷和腐蚀，若混凝土结构存在裂缝或其它缺陷，就会导致内部钢筋受到海水的腐蚀，进而损坏整体混凝土结构，影响到核电机组的安全运行。因此，要求混凝土拌和物具有优异的工作性能，浇筑后的混凝土结构具有优良的抗裂、抗渗透性能，不允许产生有害裂缝，并能承受流动海水长年累月的冲刷磨蚀，确保混凝土中钢筋不受到腐蚀，实现混凝土结构工程的高耐久性。而应用现有混凝土配方浇筑的核电站PX泵房蜗壳泵混凝土结构，受到当时混凝土结构设计规范及相关矿物掺合料使用规范的制约，浇筑形成的PX泵房蜗壳泵结构的抗压强度、抗水渗透性能、抗裂性等均不太理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种核电站PX泵房蜗壳泵结构用混凝土，其克服了现有技术中的不足，具有高氯离子抗渗性、高抗化学侵蚀性、高抗裂性，其流动性好。

一种核电站PX泵房蜗壳泵结构用混凝土，每立方米的混凝土组成为：P·II水泥261～296kg，硅灰27～40kg，粉煤灰88～110kg，硫铝酸盐类膨胀剂35～44kg，聚丙烯纤维0.9kg，复合氨基醇类钢筋阻锈剂12kg，聚羧酸盐减水剂6.63-8.62kg，粗骨料1068～1095kg，细骨料644～676kg，水166kg；所述P·II水泥是碱含量小于0.6%的低碱水泥，水泥中的C₃A含量小于5%,C₃S含量小于55%，且所述水泥中不得掺加窑灰；

所述硅灰中无定形SiO₂的含量占总质量的90%；

所述粉煤灰为F类I级；

所述聚丙烯纤维的平均分子量为180000～300000；

所述粗骨料的碎石粒径为5～25mm；

所述细骨料属于II区中砂（细度模数为2.6±0.2）。

本发明对硫铝酸盐类膨胀剂没有特别要求，只要是该类的膨胀剂均可，优选的，所述硫铝酸盐类膨胀剂为HEA型膨胀剂。硫铝酸盐类膨胀剂为抗裂防水剂，主要由C₃A·3CaSO₄·32H₂O和Ca(OH)₂两种膨胀源复合而成，在混凝土初始硬化后强度处于快速增长期，混凝土会产生收缩应力，而抗裂防水剂产生的膨胀能，在混凝土结构中建立适量的预压应力，可以有效补偿混凝土的收缩应力，减少和抑制混凝土硬化后的收缩裂缝。

所述聚丙烯纤维的长度为19mm±2mm，公称直径为31.5μm；密度：0.91g/cm³。上述聚丙烯纤维对处于塑性阶段的混凝土起着阻裂作用，主要是通过减少和抑制混凝土的塑性沉降裂缝和塑性收缩裂缝达到阻裂效果。

所述硅灰由上海天恺硅粉材料有限公司提供的型号为TOPKEN900D，硅灰的平均颗粒粒径为0.1μm，仅为水泥颗粒的几百分之一、表面积大约为15000m²/kg，具有火山灰效应和微粒效应两种优点，能显著改善新拌混凝土的泌水性和粘聚性，提高了水泥浆体与骨料的黏结强度，从而使得混凝土的耐磨性也得以提高。

本发明所述的核电站PX泵房蜗壳泵结构用混凝土通过低碱水泥与硅灰、粉煤灰、膨胀剂的共掺，充分发挥胶凝材料的超叠加效应，同时掺加新型建筑材料聚丙烯纤维和复合氨基醇类钢筋阻锈剂，共同实现对混凝土结构中钢筋的防护，确保混凝土结构的高耐久性，尤其是高氯离子抗渗性。

所述粉煤灰为F类I级，可显著降低混凝土的用水量，增加混凝土的流动性。与硅灰共掺可很好发挥填充效应和火山灰反应使混凝土变得更加致密。

本发明对复合氨基醇类钢筋阻锈剂没有特别要求，只要是该种类的钢筋阻锈剂均可使用。复合氨基醇类钢筋阻锈剂由分散组分、阻锈组分、防腐组分以及其它功能组分经过合理匹配复合而成，呈淡绿色透明液体。其阻锈机理可概括为：当阻锈剂分子到达钢筋表面时，逐步形成一层稳定的单分子或多分子膜，一般这层膜分子大致垂直于金属表面平行排列，亲水基团与钢筋结合，而憎水基团则形成疏水屏障将水分与氯离子等与钢筋隔离。

本发明对聚羧酸盐减水剂没有特别要求，只要是该种类的可用于混凝土的减水剂均可使用。聚羧酸盐减水剂是具有磺酸基、羧酸基、醚键的聚合物，呈淡黄色透明液体。可改善混凝土的流动性。由于硅灰在混凝土中不减水，而且憎水，其需水量比可达134％；聚丙烯纤维的掺入也会极大的降低混凝土的流动性，增大单方混凝土的用水量。通过聚羧酸盐减水剂的结合使用，能够在降低单方混凝土用水量的同时，保持混凝土拌和物的良好流动性以利于施工。

所述粗骨料的碎石粒径在5～25mm范围，减小骨料水泥浆界面的应力差，减少或消除混凝土内部微观裂缝。

水可以是符合现行国家标准《生活饮用水卫生标准》GB5749要求的饮用水。

在混凝土中掺入本发明所述质量的粉煤灰和硅灰，有利于抗裂性能的改善，尤其是适量粉煤灰和抗裂防水剂的掺入，可一定程度降低混凝土的自收缩，与硅灰共掺既可发挥掺硅灰混凝土电通量显著降低和早期强度易保证的优势，又可抑制掺硅灰更易发生早期干缩裂缝的作用。另外，新型建材“聚丙烯纤维”的掺入，可以减少和抑制混凝土塑性阶段的沉降或收缩裂缝，降低混凝土结构内部的毛细管孔隙率，同时有效抑制涡壳泵混凝土内壁表面的裂缝产生。

采用上述核电站PX泵房蜗壳泵结构用混凝土浇筑成型的方法，包括下述步骤：

1）称取各组分后将各组分混合，搅拌均匀，浇注入模，混凝土入模温度应小于30℃，且混凝土入模前模板和钢筋的温度以及附近的局部气温均不宜超过40℃；

浇注时混凝土采取整体分层或推移式连续浇筑，每层混凝土厚度须控制在30～50cm，应在下层混凝土初凝之前，完成上层混凝土的浇筑覆盖；

采用***式振捣棒对混凝土振捣，***式振捣棒应快插慢拔，插点要均匀排列，逐点移动，顺序进行，不得遗漏；***式振捣棒的移动间距不大于振捣棒作用半径的1.5倍，振捣上一层时应***下一层5～10cm，以使两层混凝土结合牢固；振捣棒不得触及钢筋和模板，当振捣至混凝土不再不沉，无显著气泡上升，混凝土表面出现薄层水泥浆，表面达到平整时振捣完成；

2）混凝土振捣完成3～5小时后，对混凝土表面进行再次抹压，并在混凝土终凝后立即在混凝土表面覆盖湿麻袋片，然后覆盖塑料薄膜，塑料薄膜上面再覆盖干麻袋片或彩条布，定期喷水始终保持混凝土表面处于湿润状态。

步骤1）中混凝土浇筑后形成的混凝土浇筑体在入模温度基础上的温升值不宜超过40℃，混凝土浇筑体的里表温差不超过25℃，且不含混凝土收缩的当量温度；混凝土浇筑体的降温速率为2.0℃/d；混凝土表面与大气温差不超过20℃。

步骤1）中，混凝土浇注入模时其下料高度不宜超过2m；在浇筑竖向或块状结构混凝土时，混凝土出料口离侧模板内侧不得小于50mm，同一地方混凝土堆积厚度不超出30～50cm。

步骤1）中，在高温季节浇筑混凝土时，采取掺入制冷水或冰屑的方式尽可能降低混凝土的入模温度，尽量避免模板和新浇筑的混凝土直接受阳光照射。

步骤2）中，当施工环境相对湿度较小、风速较大时，混凝土成型后应及时覆盖塑料薄膜，以阻止混凝土中蒸发出来的水份的散失，让其重新转化成液态水返回并湿润混凝土表面。

上述浇筑涡壳形混凝土的方法，还包括后续的养护过程，具体步骤如下

（1）派专人检查混凝土表面，如混凝土表面干燥，则立即实施人工浇水养护，养护水不能直接浇在混凝土表面上，而是均匀浇在塑料薄膜下面的湿麻袋片上，使麻袋片充分湿润，保持整个混凝土表面呈湿润状态；

（2）在混凝土浇筑7天后，侧面模板拆除，然后先在混凝土表面洒水湿润后，立即采用塑料薄膜包裹严实，塑料薄膜要紧贴混凝土表面，不漏缝、不透风，外侧再挂上土工布；在养护期限内，混凝土表面自始自终要出现水珠；要经常检查薄膜的完整性，如有破损应及时修补完整；

（3）涡壳形混凝土结构的涡壳形内壁模板及支撑需要待强度达到设计强度等级后，才能拆除，否则只能是带模养护。

上述浇水养护的频度应结合混凝土测温情况而定，混凝土的温度从浇筑起，即测温头埋入混凝土时，就进行监测，每2h测一次。混凝土浇筑后3-4d，每4h测一次，5-7d每8h测一次，及时分析每天的测温数据，绘制温度—时间曲线，当各部位温差进入安全范围后取消保温。测温期限应包括混凝土内部温度从升温、高温、降温、趋近于环境温度及拆除保温，进入安全范围的全过程，测温时间原则上延续14d，必要时应适当延长测温时间。

步骤（3）中，混凝土的拆模时间不仅要考虑拆模时的混凝土强度外，还应考虑到拆模时的混凝土温度不能过高，以免混凝土接触空气时降温过快而开裂，更不能在此时浇凉水养护。混凝土内部开始降温以前以及混凝土内部温度最高时不得拆模，结构或构件混凝土的里表温差大于25℃、混凝土表面与大气温差大于20℃时不宜拆模。大风或气温急剧变化时不宜拆模。在炎热和大风干燥季节，应采取逐段拆模、边拆边盖的拆模工艺。

本发明所述的核电站PX泵房蜗壳泵结构用混凝土在合理利用工业废料，实现节能减排的同时，得到了单一材料掺入无法产生的有益功能，获得了具有优异抗裂性能的混凝土；且具有高耐久性，可以确保核电站运行期间，其混凝土结构不会因海水腐蚀而破坏，进而保证核电站寿命期内的安全可靠运行。

具体实施方式

以下结合具体实施例进一步说明本发明。

实施例中使用的“HEA型膨胀剂”为江西武冠新材料股份有限公司生产的型号为WG—HEA型抗裂防水剂。

实施例中使用的“复合氨基醇类钢筋阻锈剂”为西卡（中国）有限公司生产的型号为Sika Ferro Gard901。

实施例中使用的“细骨料”是质地坚硬洁净的闽江中砂，为非碱活性骨料。

实施例中使用的“聚丙烯纤维”的长度为19mm±2mm，公称直径为31.5μm；密度：0.91g/cm³。

实施例中使用的“P·II水泥”是碱含量小于0.6%的低碱水泥，水泥中的C₃A含量小于5%,C₃S含量小于55%，且所述水泥中不得掺加窑灰。

表1为各实施例中每立方米的核电站PX泵房蜗壳泵结构用混凝土中的各组份及其含量。

表1

采用2m³行星式双卧轴搅拌机组对混合后的各组分进行充分搅拌，除了聚丙烯纤维按单方用量定量包装（水溶性包装袋的成份与聚丙烯一致），采用人工方式投料外，其他原材料均采用自动计量、自动投料方式加入搅拌机中进行搅拌，混凝土搅拌时间为75秒，再运输至施工地点后将混凝土浇筑入模，混凝土入模温度应小于30℃，且混凝土入模前模板和钢筋的温度以及附近的局部气温均不宜超过40℃；混凝土浇筑后形成的混凝土浇筑体在入模温度基础上的温升值不宜超过40℃，混凝土浇筑体的里表温差不超过25℃，且不含混凝土收缩的当量温度；混凝土浇筑体的降温速率为2.0℃/d；混凝土表面与大气温差不超过20℃。在高温季节浇筑混凝土时，采取掺入制冷水或冰屑的方式尽可能降低混凝土的入模温度，尽量避免模板和新浇筑的混凝土直接受阳光照射。

混凝土浇注入模时其下料高度不宜超过2m；在浇筑竖向或块状结构混凝土时，混凝土出料口离侧模板内侧不得小于50mm，同一地方混凝土堆积厚度不超出30～50cm。浇注时混凝土采取整体分层或推移式连续浇筑，每层混凝土厚度须控制在30～50cm，应在下层混凝土初凝之前，完成上层混凝土的浇筑覆盖。间歇的最长时间应按所用水泥品种、气温及混凝土凝结条件确定，且不得大于混凝土的初凝时间。

采用***式振捣棒对混凝土振捣，***式振捣棒应快插慢拔，插点要均匀排列，逐点移动，顺序进行，不得遗漏；***式振捣棒的移动间距不大于振捣棒作用半径的1.5倍，一般为30～40cm，振捣上一层时应***下一层5～10cm，以使两层混凝土结合牢固；振捣棒不得触及钢筋和模板，当振捣至混凝土不再不沉，无显著气泡上升，混凝土表面出现薄层水泥浆，表面达到平整时振捣完成。

混凝土振捣完成3～5小时后，对混凝土表面进行再次抹压，并在混凝土终凝后立即在混凝土表面覆盖湿麻袋片，然后覆盖塑料薄膜，塑料薄膜上面再覆盖干麻袋片或彩条布，定期喷水始终保持混凝土表面处于湿润状态；当施工环境相对湿度较小、风速较大时，混凝土成型后应及时覆盖塑料薄膜，以阻止混凝土中蒸发出来的水份的散失，让其重新转化成液态水返回并湿润混凝土表面。

上述浇筑涡壳形混凝土浇注完成后，就要进行后期的养护，派专人检查混凝土表面，如混凝土表面干燥，则立即实施人工浇水养护，养护水不能直接浇在混凝土表面上，而是均匀浇在塑料薄膜下面的湿麻袋片上，使麻袋片充分湿润，保持整个混凝土表面呈湿润状态。浇水养护的频度应结合混凝土测温情况而定，混凝土的温度从浇筑起，即测温头埋入混凝土时，就进行监测，每2h测一次。混凝土浇筑后3-4d，每4h测一次，5-7d每8h测一次，及时分析每天的测温数据，绘制温度—时间曲线，当各部位温差进入安全范围后取消保温。测温期限应包括混凝土内部温度从升温、高温、降温、趋近于环境温度及拆除保温，进入安全范围的全过程，测温时间原则上延续14d，必要时应适当延长测温时间。

在混凝土浇筑7天后，侧面模板拆除，然后先在混凝土表面洒水湿润后，立即采用塑料薄膜包裹严实，塑料薄膜要紧贴混凝土表面，不漏缝、不透风，外侧再挂上土工布；在养护期限内，混凝土表面自始自终要出现水珠；要经常检查薄膜的完整性，如有破损应及时修补完整。涡壳形混凝土结构的涡壳形内壁模板及支撑需要待强度达到设计强度等级后，才能拆除，否则只能是带模养护，不采取其它措施。涡壳形混凝土结构的涡壳形内壁模板及支撑的拆模时间不仅要考虑拆模时的混凝土强度外，还应考虑到拆模时的混凝土温度不能过高，以免混凝土接触空气时降温过快而开裂，更不能在此时浇凉水养护。混凝土内部开始降温以前以及混凝土内部温度最高时不得拆模，结构或构件混凝土的里表温差大于25℃、混凝土表面与大气温差大于20℃时不宜拆模。大风或气温急剧变化时不宜拆模。在炎热和大风干燥季节，应采取逐段拆模、边拆边盖的拆模工艺。

在混凝土结构养护结束，模板全部拆除后，混凝土表面及侧壁均未发现肉眼可见裂缝，只是在涡壳形内壁混凝土部分表层存在疏松，部分表面上出现了少量的微细裂缝（涡壳形内壁混凝土结构质量是最关键质量要点），经检测裂缝宽度均小于0.2mm，深度不足5mm，均为无害的浅表裂缝，设计方对整体涡壳泵混凝土结构质量是非常满意的。

分析裂缝产生原因，主要是与涡壳形内壁模板及支撑需要待强度达到设计强度等级后才能拆除，无法采取保温、保湿措施有关；且涡壳形结构内腔的入口没有遮挡，外界风力顺着入口吹入，在内腔形成了回旋，加速了内壁混凝土表面的干燥失水。

表层的疏松，则是由于结构内部钢筋密集，且结构形状复杂，致使内壁处混凝土的振捣不够充分导致的。

为确保混凝土结构的长期安全使用，采用高压水枪清除了表面的疏松层，并采用环氧树脂压力灌浆进行了修补，封闭了所有的裂缝

在整个涡壳泵混凝土浇筑施工过程中，混凝土展现了良好的施工性能，虽然泵送管管路长达200多米，泵送的落差也有30米以上，但浇筑过程极为顺利。得到涡壳形混凝土浇注体的性能参数见表2：

表2

Claims (8)

1.一种核电站PX泵房蜗壳泵结构用混凝土，其特征在于每立方米的混凝土组成为：

P·                                                   水泥261~296kg，硅灰27~40 kg，粉煤灰88~110kg，硫铝酸盐类膨胀剂35~44 kg，聚丙烯纤维0.9kg，复合氨基醇类钢筋阻锈剂12kg，聚羧酸盐减水剂6.63-8.62 kg，粗骨料1068~1095 kg，细骨料644~676 kg，水166kg；

所述P·   

水泥是碱含量小于0.6%的低碱水泥，水泥中的C₃A含量小于5%, ，C₃S含量小于55%，且所述水泥中不得掺加窑灰；

所述硅灰中无定形SiO₂的含量占总质量的90%；

所述粉煤灰为F类   级；

所述聚丙烯纤维的平均分子量为180000～300000；

所述粗骨料的碎石粒径为5～25mm；

所述细骨料属于   

区中砂（细度模数为2.6±0.2）。

2.根据权利要求1所述的核电站PX泵房蜗壳泵结构用混凝土，其特征在于所述硫铝酸盐类膨胀剂为HEA型膨胀剂。

3.根据权利要求1或2所述的核电站PX泵房蜗壳泵结构用混凝土，其特征在于所述聚丙烯纤维的长度为19mm±2mm，公称直径为31.5μm。

4.根据权利要求3所述的核电站PX泵房蜗壳泵结构用混凝土，其特征在于所述硅灰由上海天恺硅粉材料有限公司提供的型号为TOPKEN 900D。

5.采用上述任一权利要求所述的核电站PX泵房蜗壳泵结构用混凝土浇筑成型的方法，其特征在于包括下述步骤：

1）称取各组分后将各组分混合，搅拌均匀，浇注入模，混凝土入模温度应小于30℃，且混凝土入模前模板和钢筋的温度以及附近的局部气温均不宜超过40℃；

浇注时混凝土采取整体分层或推移式连续浇筑，每层混凝土厚度须控制在30~50cm，应在下层混凝土初凝之前，完成上层混凝土的浇筑覆盖；

采用***式振捣棒对混凝土振捣，***式振捣棒应快插慢拔，插点要均匀排列，逐点移动，顺序进行，不得遗漏；***式振捣棒的移动间距不大于振捣棒作用半径的1.5倍，振捣上一层时应***下一层5～10cm，以使两层混凝土结合牢固；振捣棒不得触及钢筋和模板，当振捣至混凝土不再不沉，无显著气泡上升，混凝土表面出现薄层水泥浆，表面达到平整时振捣完成；

2）混凝土振捣完成3～5小时后，对混凝土表面进行再次抹压，并在混凝土终凝后立即在混凝土表面覆盖湿麻袋片，然后覆盖塑料薄膜，塑料薄膜上面再覆盖干麻袋片或彩条布，定期喷水始终保持混凝土表面处于湿润状态。

6.根据权利要求5所述的浇筑成型的方法，其特征在于步骤1）中混凝土浇筑后形成的混凝土浇筑体在入模温度基础上的温升值不宜超过40℃，混凝土浇筑体的里表温差不超过25℃，且不含混凝土收缩的当量温度；混凝土浇筑体的降温速率为2.0℃/d；混凝土表面与大气温差不超过20℃。

7.根据权利要求5所述的浇筑成型的方法，其特征在于步骤1）中，混凝土浇注入模时其下料高度不宜超过2m；在浇筑竖向或块状结构混凝土时，混凝土出料口离侧模板内侧不得小于50mm，同一地方混凝土堆积厚度不超出30～50cm。

8.根据权利要求5或6或7所述的浇筑成型的方法，其特征在于还包括后续的养护过程，具体步骤如下

（1）派专人检查混凝土表面，如混凝土表面干燥，则立即实施人工浇水养护，养护水不能直接浇在混凝土表面上，而是均匀浇在塑料薄膜下面的湿麻袋片上，使麻袋片充分湿润，保持整个混凝土表面呈湿润状态；

（2）在混凝土浇筑7天后，侧面模板拆除，然后先在混凝土表面洒水湿润后，立即采用塑料薄膜包裹严实，塑料薄膜要紧贴混凝土表面，不漏缝、不透风，外侧再挂上土工布；在养护期限内，混凝土表面自始自终要出现水珠；要经常检查薄膜的完整性，如有破损应及时修补完整；

（3）涡壳形混凝土结构的涡壳形内壁模板及支撑需要待强度达到设计强度等级后，才能拆除，否则只能是带模养护。