核电站重混凝土施工技术的应用

核电站重混凝土施工技术的应用

李学展

中国核工业华兴建设有限公司 

摘要：社会经济的快速发展推动了工业工程的建设，为了保障电离辐射生物防护工作的工作质量和工作效率提升，部分核电站厂房会使用一些具有放射性的工艺和设备，其中为了提高房间内部的防辐射效果，就需要使用赤铁矿重混凝土。通过应用重混凝土可以有效地阻挡核电站在运行过程当中放出的辐射线，因此需要针对核电站重混凝土施工技术进行了进一步的研究，提出了以下观点，仅供参考。

关键词：核电站；重混凝土；施工技术

引言：

通过应用重混凝土来进行房间墙板的建设，可以有效地保护人们的身体健康，避免因为核电站运行产生辐射从而影响人们的日常生活。可以说就目前来看，重混凝土对于核电站的发展有着非常重要的影响，只有通过应用重混凝土才能够使核电站的发展更加健康，避免因为核电站运行产生的辐射造成不良的影响。为了进一步保证重混凝土的防辐射效果，就必须要重视选用合适的施工技术。

一、赤铁矿重混凝土简介

赤铁矿重混凝土采用重金属材质代替常规混凝土骨料，并利用化学物理性能实现建筑放射区域电离辐射生物保护，在原子核辐射源设备中普遍使用。赤铁矿自然条件稳定，赤铁矿作为骨料配制的混凝土具有重度高，均匀致密等特点，具有良好的χ, γ射线屏蔽阻断效果，能够达到生物防护目的。文章以某核电工程核辅助厂房局部生物防护用墙板为例，重混凝土骨料主要由赤铁矿组成，主要成分是Fe2O3含量达到了一定的水平，且由于来源地不同存在微小的差别。与普通混凝土相比，赤铁矿重混凝土有两个最显著特征：一是外观淡红（图1, 2）；二是自重高达34.5kN·m^-3，普通混凝土在24.0kN/m3左右。另外，赤铁矿重混凝土的成本为8000元/m3左右，一般C35混凝土的成本只有500元/m3左右。重混凝土除具有屏蔽射线等保护作用之外，还充当着结构承重受力构件。所以与普通构件相同，对强度的要求较高[1]。

图一  普通硅酸盐混凝土

图二  赤铁矿重混凝土

二、赤铁矿重混凝土性能

（一）密度

为了保证重混凝土的电离辐射生物效果就必须要保证使用新鲜自然的赤铁矿重骨料。同时还必须要保证赤铁矿重骨料当中不含有任何铁矿石的土质颗粒，碎石所占的比重最少不能少于4.6。

（二）强度

重混凝土在建筑当中有着非常大的作用，它不仅能够屏蔽辐射线，同时还需要担当承受重力构件的角色。所以必须要保证重混凝土的强度与普通结构当中承受重力构件的强度相同。目前在进行核电站房间建设过程当中往往会采用强度级别为C35级的赤铁矿重混凝土[2]。 参考其他核电站建设经验得知，重混凝土坍落度在短期内损失很大，为了确保现场浇筑坍落度60-80mm，应选择80-100mm，同时最大限度减少现场滞留时间。为了能够进一步掌握混凝土的最佳搅拌时间还需要进行模拟实验，通过大量的模拟实验来寻找最合适的时机。

三、重混凝土配合比的设计

在混凝土试配过程中，通常采用两种方法：一种是用铁矿砂提高混凝土的密度，这种方法存在骨料表观密度变化大和容易离析等缺点，另一种方法则是骨料采用铁矿石和铁矿砂等，这种方法最大的优点是骨料密度较均匀和减少了混凝土中离析现象[3]。

（一）水泥控制要求

水泥应达到国家标准，特别是不含氯化物，硫酸钠，碳酸钠及其他杂质。水泥须为42.5、52.5硅酸盐水泥，也可用普通硅酸盐水泥。水泥物理性能见表1。

                   表1 水泥的物理性能

（二）骨料控制要求

骨料须经过鉴定试验，并在委托人承认的供应地取得，其品质须达到规定标准，如受托人寻求改变骨料来源时，则须请求重新进行骨料验收试验及混凝土配合比设计。随着当前行业的不断发展，骨料的种类也越来越多，比如自然骨料，人工骨料，自然与人工混合物料等等。但不论是哪种骨料都必须要， 保证拥有较硬的颗粒。在其表面不能有任何有害物质的附着。

（三）拌和水的控制要求

拌和水必须经过验收试验和使用期间的校核验后才能用于混凝土的第一次使用。高温时用来灌溉混凝土的冰片水，也要按照同样的规定使用。不允许用混凝土搅拌站的未处理水对凝土进行搅拌。如果混凝土内各成分物质氯离子含量之和符合于混凝土供应规定的标准，那么水中氯离子含量就可能大于前述规定值。

四、重混凝的施工方案选择

为了能够使核电站重混凝土的施工质量得到有效的保证就需要在这是建设之前对真实场景进行模拟。通过进行这种模拟可以有效地掌握最佳混凝土的配合比，同时对于配料运输等方面的细节也能够进行全面的模拟仿真测试。通过这类模拟实验，可以选择出真正适合重混凝土的施工工艺，同时还可以制定合适的混凝土密度均匀性指标。因此可以说通过模拟实验，可以有效地总结种混凝土的施工方案确保合理的工艺参数，使其能够顺利地应用于正规工程。低于250mg·L

-1，S含量低于100mL-1，pH值高于4，高于其数值均按照《混凝土用水标准》JGJ63进行[4]。

五、重混凝土施工技术

（一）水灰比

为了解决表观密度与密实性能之间的关系，粗细骨料都可以选择铁矿石。其组分中水泥与水表观密度最小，因此应以满足强度，坍落度及施工和易性为条件，采用掺加高性能减水剂等措施，尽量少用水，减小水灰比能有效预防混凝土裂缝。鉴于赤铁矿脆性大，易粉化及自重大且易造成骨料离析等特点，需要在处理之前对矿石进行冲洗干燥，并对处理后的粗骨料与细骨料进行分级单独打包，码放，在使用过程中又要按照一定比例将其合并成连续粒级较好。同时通过提高粗细骨料级配提高密实度降低离析发生。

（二）模板

墙体模板由自制模板支设并由φ 17高强拉杆加固。认为重混凝土比普通混凝土侧压力大，施工期侧压力约是普通混凝土侧压力的1.4倍、比普通混凝土拉杆水平间距800mm、重混凝土拉杆布置更密、间距600mm、竖向间距800mm等。楼板模板为WDJ碗扣式脚手架有早拆头支撑体系、板面为厚度为18mm双面覆膜胶合板、次龙骨为100*60mm木枋、主龙骨为双100*100mm木枋。混凝土墙模板各段支设高度以2m为限鉴于防辐射重混凝土高密性是常凝土侧压1.5倍。浇筑前要对模板进行验算。以确保砼自重或侧压力大不会损和形当墙洞盒宽大于300mm时，需要安装导管以插振捣棒，保证混凝土充入模板盒部的目的。褐铁矿混凝土易性很好，构件中能够充分充填满构件[5]。

（三）重混凝土的配制

重混凝土配合比中骨料的掺量都是根据干燥状态来确定，每一罐重混凝土都是由几种物料构成，每一种物料混合或者集料时，都要施加专人进行核对和记录，防止超料或者漏料现象。鉴于重混凝土密度大，装料率控制在普通混凝土的三分之二左右，各罐原材料的掺入量均按照既定配合比进行。

（四）重混凝土拌和

每一罐拌制重混凝土量要考虑因密度增加需要相应降低，以免拌制机械过载破坏。搅拌时要严格控制水和减水剂的添加量，确保坍落度满足要求。搅拌时间比普通混凝土宜延长30s，才能确保重混凝土的均匀混合。搅拌和运输搅拌时一定要按照下面的顺序添加物料：粗骨料，砂料，水泥，水，外料。

（五）输送重混凝土

输送重混凝土的汽车所走路面要事先修平，汽车行驶时出现停顿或者颠簸都会导致重混凝土出现不同程度的离析，因此浇灌位置要做好一段时间内二次搅拌至均匀后再浇灌入模。重混凝土的搅拌地点应该尽可能接近浇灌地点以便缩短运输时间和尽可能少转运。由于混凝后的粗料重量大，容易分析，所以一定要采专车运输提供。每辆车在装料的过程中，罐体要高速混合，在运输过程中要低速混合其中褐铁矿凝必先拌料1min，试验其坍落度在6~80mm范围内。通过采用这种方式保证种混凝土的坍落度在合理范围之内[6]。

（六）重混凝土浇筑

重混凝土浇筑前应先对已经浇注好的墙板的施工缝进行机械凿毛或者人工凿毛。施工缝要打扫干净并事先完全润湿，不允许有积水，横向施工缝宜先铺10～25厚度的水泥砂浆，组成同混凝土内砂浆。为了避免离析现象出现，它从高处落下自由高度不能超过1m，超过1m时应设溜槽或者用串筒落下，其开口直径不能低于200mm，开口处必须慢慢打开，重混凝土流速要适当减小，同时要注意预防堵塞现象出现。混凝土密度大、工程中容易离析、格控下料高度、采用溜槽或者柔软等。混凝土注模板槽高≤2.0米，须分层浇注，各层厚不大于0.30米。部分防护结构需要使用比较复杂的构件同时在施工过程当中部分混凝土还需要选用分层浇注的工艺，这个时候就需要选用灌浆混凝土。通过使用灌浆混凝土可以有效地降低骨料陈腐的问题出现。再将重混凝土模板拆除之后还需要将混凝土表面产生的气泡和锥体扣等问题进行清理修复。为了进一步降低赤铁矿重混凝土可能会产生的林夕问题就需要杜绝直接开采料斗的灌溉的行为。

（七）重混凝土振捣

在进行重混凝土震荡过程当中，需要保证使用的设备为高频振捣棒，同时还要保证合理的间距。目前在这一环节大多采用300毫米的间距来进行插点。相较于其他材料来说，重混凝土的流动性不佳，所以必须要快速完成振捣浇筑。在进行墙板混凝土初浇之前需要先放置振捣棒。在完成浇筑之后，立即将振捣棒打开。在放置振捣棒的时候，必须要保证振捣棒紧贴模板，避免后期钢筋接触到模板。振捣时间视混凝土坍落度和分层厚度而定，30～45s为宜，为了不发生离析现象，混凝土表层浮浆后须马上停止。混凝土振捣时，浇筑面积水的情况应使用海绵或者吸尘器进行及时清理。每一层混凝土振捣约30s以后，施工人员放入振捣棒沿着模板内侧面给砼进行二次振捣并控制约10s的振捣时间[7]。具体的混凝土振捣点可以根据墙体的结构特而定。在墙体钢筋安装完毕之后，在板设置之前先对振捣点观设，以免后期墙体钢筋对振捣作业造成影响。铁矿混凝土振捣点按填构所填点位布置，捣时不与构件接触。

（八）施工缝的布置

混凝土坍落对于后期的建设影响很大。尤其是在搅拌运到现场这段距离当中往往会导致混凝土出现一定程度的坍落。所以在施工过程当中就需要格外地小心控制混凝土在每段7~8米的浇筑量不能大于15m

3。通过这种方式就可以有效地避免，因为施工长度分段太多太长造成出现冷缝的问题。

（九）养护重混凝土

重混凝土正常养护时间通常不应少于14个昼夜，每天浇水次数要能够使重混凝土墙板的表面保持在充分潮湿的条件下进行。养护过程中，当重混凝土外表温度和环境温差超过15C℃时，应在重混凝土的外表用保温材料包裹，由养护人员负责并记录养护情况。

（十）缺陷修补

缺陷修补这一环节对于重混凝土墙板的整体建设有着很大的影响。如果再拆除重混凝土墙板模板的时候，发现其表面出现了蜂窝麻面或者是其他质量问题，就需要及时地采取措施来进行修补[8]。首先要其表面凿开一直找到砂石层，然后观察其强度是否符合建设要求。如果符合那么需要在建筑表面刷上一到二层的建筑胶，然后再使用同种标号材料的重混凝土砂浆来进行修复。

六、结束语

在进行重混凝土浇筑这一环节当中必须要重视进行完善的振捣工作。振捣对于混凝土的整体质量有着非常重要的影响，所以必须要根据不同工段的不同需求采用合适的振捣方式。同时还要重视选用合理的原材料精确材料配比预防重混凝土浇筑出现质量缺陷。

参考文献：

[1] 王栋， 郝亚辉， 吴泽坤，等. 核电站厂房筏基大体积混凝土施工技术应用研究[J]. 安徽建筑， 2021, 28(12):2.

[2] 肖军华. 一种核电站施工用混凝土混合制备装置：, CN212919901U[P]. 2021.

[3] 张喜胜, 顾民金, 嵇永臣,等. 一种双壳型核电站外壳混凝土泄漏率测量装置:, CN210295924U[P]. 2020.

[4] 孙美娟, 张唐召, 董月亮. 某核电站SC结构自密实混凝土施工工艺研究[J]. 工程技术研究, 2020, 5(19):2.

[5] 张海明, 潘乐, 荣华,等. 某“华龙一号”核电站核岛基础大体积混凝土施工裂缝控制[J]. 工业建筑, 2019.

[6] 无, 潘蓉, 张兴斌,等. 先进核电站大型模块化钢板-混凝土组合结构关键技术及应用[J]. 中国科技成果(1):4.

[7] 王开华. 百万千瓦级压水堆核电站成套施工技术开发与应用[J]. 核科学与工程, 2018, 38(3):6.

[8] 聂俊. CAP1400堆型核电站钢板混凝土结构模块吊装技术研究[D]. 华南理工大学, 2019.

作者简介：李学展，出生年月19830202，户口：江苏南京江宁区，工作单位：中国核工业华兴建设有限公司，现为：一级建造师、工程师