1、AP1000 核电自密实混凝土原材料的质量控制摘 要：通过对 AP1000 核电用自密实混凝土原材料的研究以及混凝土的和易性、施工性、经济性等方面综合研究与分析，总结提出了AP1000 核电用自密实混凝土原材料的选材标准与技术要求，对解决自密实混凝土大流动性与黏聚性难匹配、经时损失大、强度不稳定、收缩值大等性能缺陷提供了质保先决条件，为以后 AP1000 核电机组批量化生产对土建自密实混凝土原材料进行选择与试配时提供了具有现实意义的重要参考依据。 关键词：AP1000 核电；自密实混凝土；原材料试验；质量控制 AP1000 核电技术是目前唯一一项通过美国核管理委员会最终设计批准的第三代核电技术
2、，这是目前全球核电市场中最安全、最先进的商业核电技术。其模块化施工是其设计中的一个显著特点，可以大大缩短建设工期，节约成本。其模块里需要大量填充自密实混凝土，因此自密实混凝土的成功配制，对工程的顺利实施，意义重大。自密实混凝土拌合物要求具有良好的工作性，即使在密集配筋条件下浇筑时仅依靠混凝土自重无需振捣便能填充密实。近年来，配制高强混凝土、泵送自密实混凝土已得到一定的推广应用，但从混凝土的和易性、施工性，以及经济性等方面综合考虑，自密实混凝土仍存在大流动性与黏聚性难匹配、经时损失大、强度不稳定、收缩值大等性能缺陷。自密实混凝土要求浇筑前后均不离析、不泌水，粗细骨料均匀分布，保持混凝土结构的匀质
3、性，使水泥石与骨料、混凝土与钢筋具有良好的黏结，保持混凝土的耐久性。其品质不是只要根据配合比就能生产出来的，而是需要通过原材料控制、拌合物生产与施工过程质量控制来共同实现的。自密实混凝土的各项技术指标如高流动性、体积稳定性、匀质性、间隙通过性等对原材料的质量均很敏感，所以所用的原材料必须精心优选，严格控制原材料的性能和确定合理的掺量。 1 水泥 AP1000 核电用自密实混凝土的水泥都是采用硅酸盐水泥，标号一般都是 42.5，符合 GB175-2007通用硅酸盐水泥的要求。其中，不得含有超过 0.60 的碱性物质（以 Na2O+0.658K2O 计） ，水泥中铝酸三钙含量不超过 7%，氯离子含
4、量不超过 0.05%，3 天水化热不超过 240kJ/kg，7 天水化热不超过 290kJ/kg。 2 矿物质掺合料掺量的控制 自密实混凝土为了达到高强度、高耐久性、高工作性等性能，必须掺入一定量的高性能掺合物，如磨细矿渣、优质粉煤灰等，主要是利用其微粒效应和火山灰活性，以增加自密实混凝土的密实性，降低水化热，提高混凝土耐久性能，还可以降低混凝土生产成本。所谓的微粒效应就是掺合物可以填充水泥颗粒之间的空隙从而提高密实度，另外水泥水化生成的氢氧化钙对混凝土强度是有害的，此时掺入活性矿物质掺合物，通过火山灰反应（二氧化硅及氧化铝能与氢氧化钙进行二次反应）继续生成具有胶凝性质的稳定水化硅酸钙凝胶，这
5、样氢氧化钙的含量减少，使混凝土的强度得到提高。 粉煤灰采用 F 类 级粉煤灰，烧失量不大于 5%，强度活性指数不小于 70%，碱含量不超过 1.5%，细度、需水量比、含水量、三氧化硫、放射性等指标符合 GB/T1596-2005用于水泥和混凝土中的粉煤灰中 F 类一级粉煤灰的要求。 磨细矿渣粉一般采用 S95 级或 S105 级，市面上销售的绝大部分磨细矿渣粉是 S95 级的，其性能指标须符合 GB/T18046用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉中相应等级的要求。 通过自密实混凝土复合掺合料的研究试验，双掺粉煤灰和矿粉，粉煤灰和矿粉按 7：8 的比例，其掺量在 30%40%之间自密实混凝土的物
6、理性能、力学性能和耐久性效果最好。 3 骨料的质量控制 配制自密实混凝土时选择质量良好的骨料对其性能起着至关重要的作用。 3.1 粗骨料的品质、最大粒径与级配的控制 AP1000 自密实混凝土设计强度有 C35 和 C55 两种，粗骨料的粒径有5-10mm 和 5-20mm（或 5-16mm 替代） 。配制自密实混凝土的粗骨料要求选用强度高、颗粒表面粗糙、针片状含量低，可选择石灰岩、花岗岩、辉绿岩等质地坚实具有足够强度的碎石。岩石的抗压强度与自密实混凝土的抗压强度等级之比应大于 1.5。另外粗骨料的颗粒形状应选择三维长度相等或相近的球体或立方体形颗粒，减少骨料空隙的角度，提高混凝土强度。应严格
7、控制含泥量和泥块含量指标，含泥量2%，泥块含量0.5%，表观密度2600kg/m3，连续级配空隙率43%，吸水率1%，坚固性质量损失5%，硫化物及硫酸盐0.8%，氯化物0.015%，洛杉矶磨损率40%，针片状含量8%，压碎指标值10%。其它指标应满足GB/T14685-2011建筑用卵石、碎石标准和技术规格书的要求。 3.2 细骨料的选择 细骨料宜选择坚固性良好的天然河砂，细度模数在 2.6-3.0 级配区在 2 区的中砂。当没有天然河砂时，也可以选用机制砂，机制砂的细度模数一般比较稳定，一般在 2.6-2.8 左右比较好。机制砂的石粉对自密实混凝土的流动性有一定的有益作用，起到惰性胶凝材料的
8、作用，增加胶凝材料的体积。通过试验确定合理砂率，以保证混凝土拌合物具有高工作性。应严格控制含泥量和泥块含量指标，含泥量2%，泥块含量0.5%，机制砂石粉含量 MB 值不大于 1.4 或快速法试验合格，石粉含量应不大于 4%，若机制砂 MB 值大于 1.4 或快速法试验不合格时，石粉含量应不大于 2%，表观密度2500kg/m3，松散堆积密度1400kg/m3，空隙率44%，坚固性按 5 次循环后质量损失8%，氯化物0.015%，硫化物及硫酸盐0.5%，单级最大压碎指标20%，云母含量1.5%。其它指标应满足 GB/T14684建筑用砂标准和技术规格书的要求。 粗细骨料的放射性指标和碱集料反应都
9、要满足相应标准的要求。 4 高效减水剂的选择 4.1 高效减水剂的质量控制 自密实混凝土必须掺入与所用水泥具有相容性的高效减水剂，来解决低水胶比与混凝土拌合物工作性能之间的矛盾。当水泥加水拌合后，由于水泥颗粒间分子凝聚力的作用，使水泥浆形成絮凝结构，这种絮凝结构中包裹了一定的拌合水，从而降低了混凝土拌合物的工作性能。掺入高效减水剂后，絮凝结构被解体，拌合水被充分利用，改善了拌合物的流动性能，而且减水剂的颗粒能在水泥颗粒间起到润滑作用，也改善了拌合物的工作性能。通过对高效减水剂的研究对比建议采用减水率25%且保坍性能良好的聚羧酸外加剂为宜。 在选择高效减水剂时，要注意其掺量。高效减水剂的掺量不能
10、简单地根据厂家推荐的掺量确定，必须通过试验确定合适的掺量，并且根据水泥批次的不同，以及河砂含泥量的不同，随时进行调整。技术指标符合 GB8076-2008混凝土外加剂的技术指标。 4.2 外加剂与水泥的适应性试验 外加剂与水泥的适应性试验按 GB50119-2003混凝土应用技术规范标准进行试验，水泥和外加剂做外加剂适应性试验，每种掺量按推荐掺量上下浮动，选取 5 个掺量，记录试验参数为初始流动度，30min 流动度、60min 流动度。外加剂饱和掺量点以外加剂掺量为横坐标，净浆流动度为纵坐标，画曲线，外加剂掺量与水泥净浆流动度变化曲线的拐点即为饱和点。最终确定外加剂掺量低、流动度大、流动度损
11、失小的外加剂对水泥的适应性最好。 5 结语 为保证自密实混凝土达到设计要求的品质目标，除了根据配合比生产外，更重要的是要通过原材料质量控制来实现，通过对原材料质量控制以改善混凝土结构，提高混凝土耐久性能。 （1）选择标号为 42.5 的硅酸盐水泥，其他指标满足 GB175-2007通用硅酸盐水泥和技术规格书的要求。 （2）选择级配良好、细度模数在 2.6-3.0 级配区为 2 区的中砂，也可采用机制砂，通过试验确定合理砂率。 （3）选择石灰岩、花岗岩、辉绿岩等品质良好、级配良好的碎石，最大粒级一般不超过 20mm。 （4）选择复合矿物掺合料，粉煤灰与矿粉的比例按 7：8，掺量在30%40%之间
12、为最佳。 （5）通过试配确定外加剂的具体掺量。 （6）通过外加剂与水泥的适应性试验，选择外加剂减水率大、掺量低、流动度大、流动度损失小且对水泥的适应性好的外加剂。 参考文献 1 吴中伟，廉慧珍.高性能混凝土.北京：中国铁道出版社，1999. 2 代艳荣，肖桂宗，赵明伟.探讨高性能混凝土掺合料及性能研究J.中国建设信息，2009， （14）. 3 廖青，丛成河，申慧，李伟，黄跃龙，陈海波.AP1000 自密实混凝土复合掺合料研究与试验J.中国房地产业，2013 年第 6 期. 4 王春阳.建筑材料M.北京：高等教育出版社，2006. 5 陈小娟.混凝土的耐久性问题J.甘肃科技，2009（2）. 作者简介： 李伟（1984- ） ，男，工程师，山东省荣成市宁津镇石岛湾核电检测中心，从事建筑材料研究。
