張 杰 任永清 陳云飛 王利民 劉洪斌

中國電建集團核電工程有限公司

1 引言

某三代核電工程是在引進、消化和吸收西屋AP1000技術的基礎上，自主研發(fā)的國家科技重大專項。結構大量采用模塊化設計，模塊空間狹小，構件密布，混凝土澆搗困難，成型后實體不可見，設計采用自密實混凝土技術。因此，開展核電站自密實混凝土技術攻關，掌握關鍵技術，具有重要意義。

品質良好的混凝土應由優(yōu)質的材料制成，同時具有良好的耐久性、工作性和勻質性。自密實混凝土對原材料性能異常敏感，有著“既嬌且貴”的特性。核電工程涉及輻射安全，質量控制更加嚴格。因此，核電自密實混凝土的原材料質量應嚴格控制，對比優(yōu)選。

2 原材料選擇基本原則

原材料是構成混凝土的基本要素，優(yōu)質的材料是混凝土良好性能的前提與保障。在配合比設計前，應對擬定的原材料開展性能試驗，分析、對比、優(yōu)選。核電工程建設周期長，材料來源要求質量穩(wěn)定、供應充足。開工前應對項目周邊的原材料市場進行考察，對原材料產地、種類、產量、分布等情況進行詳細的調查研究。建立滿足核電工程技術要求的原材料清單，以備工程選取和使用。

從長期施工經驗來看，原材料的選用宜考慮質量、技術、經濟等因素，具體原則如下：

（1）品質穩(wěn)定。相較于普通混凝土，原材料性能波動對自密實混凝土影響更大，也更敏感。因此，自密實混凝土用原材料質量應保持穩(wěn)定，波動不可過大，否則不利于現場混凝土質量的控制。對于粗細骨料，可考慮一次集中采購或生產，確保品質穩(wěn)定性。選料時，對潛在廠家開展供應商評審，可獲得產品質量技術等相關信息，為選料提供依據。

（2）符合性。對所選材料，應開展材料試驗以驗證各項指標是否滿足標準和圖紙設計要求。

（3）就近原則。一般，原材料的選擇遵循就近原則，過遠的距離會導致運輸成本的增加，經濟性差。特別是砂、石骨料，應堅持就近原則。

（4）經濟性。原材料的選擇要兼顧經濟性。材料的各項指標不僅要滿足設計和規(guī)范要求，其價格也要經濟合理。

（5）材料適應性。選擇水泥和外加劑時，應開展外加劑和水泥的適應性試驗，確保各種材料間具有良好的相容性。混凝土中添加多種外加劑宜選取同一廠家，可有效避免相容性不良的現象。

總之，自密實混凝土原材料控制與選擇應綜合考慮，滿足標準和設計要求是前提，良好的質量管理是質量穩(wěn)定的保證，材料的相容性是基礎；統(tǒng)籌兼顧經濟性和就近原則，方能選出性能優(yōu)異、經濟合理的材料。

3 水泥

水泥是配制性能良好的自密實混凝土的關鍵。同時，水泥也影響外加劑的適應性。選擇品質優(yōu)異、適應性良好的水泥是材料選擇的首要任務。

一般，摻加礦物摻合料的自密實混凝土，宜選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。硅酸鹽水泥熟料中礦物摻合料用量低（≤5%），水化熱高，凝結時間短，價格高昂；普通硅酸鹽水泥熟料中摻合料用量為5%～20%，可有效降低水化熱；凝結時間延長，價格相對較低。

自密實混凝土膠凝材料用量較大，一般高于450kg/m3，核電站結構涉及大體積混凝土施工，應考慮混凝土絕熱溫升對結構穩(wěn)定性的影響。硅酸鹽水泥水化熱高，不利于混凝土溫升控制，易產生溫度裂縫。因此，普通硅酸鹽水泥更適合大體積混凝土施工。

除常規(guī)指標滿足標準要求外，核電工程對影響混凝土耐久性和質量穩(wěn)定性的指標嚴加控制。其中3d 水化熱≤240kJ/kg,7d水化熱≤290kJ/kg；水泥堿含量（以Na2O+0.658K2O 計）≤0.6%，鋁酸三鈣含量≤7.0%，氯離子含量≤0.05%。

水泥的礦物組成影響其與減水劑的適應性。一般鋁酸三鈣低和標準稠度用水量低的水泥更適合配制自密實混凝土。在進行水泥選擇時，應在上述兩個指標上再進行優(yōu)選。

4 礦物摻合料

礦物摻合料可有效改善混凝土的各項性能。自密實混凝土膠凝材料用量大，單用水泥的混凝土早期水化熱高，自生收縮大，易導致混凝土產生溫度裂縫和收縮裂縫?；炷林袚郊觾?yōu)質的活性礦物摻合料可有效降低水化熱，減少自生收縮。另外，品種適宜的優(yōu)質活性礦物摻合料可以和水泥顆粒形成良好的級配，有效降低混凝土用水量，改善拌合物的工作性能。

對于非高強的自密實混凝土，采用粉煤灰和礦渣粉復摻體系是配合比設計的常用做法。按照摻合料特性復合摻加，改善工作性能，提高強度和耐久性能。兩種摻合料之間性能疊加，優(yōu)勢互補、相互作用，可獲得性能優(yōu)異的自密實混凝土。粉煤灰和礦渣粉在膠材體系中的摻量可通過相關試驗確定。

（1）粉煤灰。用于自密實混凝土的粉煤灰宜采用Ⅰ級F類；C類高鈣粉煤灰由于可能存在體積安定性問題，不宜采用。市面上Ⅰ級粉煤灰的產量較低，采購困難和連續(xù)供應是應考慮的因素。粉煤灰的價格約為普通硅酸鹽水泥的1/3～1/2，粉煤灰的摻加可有效降低自密實混凝土的單方價格。

除常規(guī)指標外，對粉煤灰的堿含量、放射性應有嚴格限制。其中，堿含量（以Na2O+0.658K2O計）≤2.0%；放射性應滿足《建筑材料放射性核素限量》（GB6566）中建筑主體材料規(guī)定的指標要求。

（2）礦渣粉。礦渣粉是重要的活性摻合料，其品質的優(yōu)劣影響混凝土的各項性能。S95 級礦渣粉是市場的主流，性能優(yōu)良，經濟合理。其中，比表面積應≥400cm2/kg，以確保活性。

5 砂、石骨料

骨料是影響自密實混凝土工作性能的關鍵性因素。相較于普通混凝土，自密實混凝土對砂、石骨料的品質要求更高，對骨料的含泥量、泥塊含量、石子粒徑、針片狀顆粒含量等應做嚴格的限定。骨料中的含泥量、泥塊含量是影響混凝土性能的重要因素。過高的含泥量、泥塊含量會導致混凝土用水量增大，也會使減水劑的效能降低。

（1）砂子。建筑用砂按照產源分為天然砂和人工砂兩種，以使用天然河砂居多。為保證混凝土拌合物的高流動性，自密實混凝土砂漿含量高，一般砂率在50%上下。

砂子的粗細會對自密實混凝土的性能產生影響。過細的砂子會導致混凝土強度和彈性模量等力學性能受到不利影響；細砂的比表面積大，會導致用水量增加，影響混凝土的工作性能。如果采用粗砂，則導致混凝土粘聚性降低，極易產生離析。因此，應選用中砂作為原材料，為了進一步降低混凝土需水量，保證流動性，可選用偏粗的2區(qū)中砂，細度模數為2.6～3.0。

（2）石子。石子是影響自密實混凝土工作性能的首要因素，所選石子粒形應為圓形或方形，粒形飽滿。石子分為卵石和碎石兩類。符合要求的天然卵石難以滿足核電混凝土大方量需求，因此，選用經機械破碎、篩選的碎石比較可靠。

自密實混凝土用石子的粒徑不大于20mm。較大粒徑的石子有利于改善硬化后自密實混凝土的彈性模量、收縮、徐變等性能，因此，在滿足結構設計和混凝土性能的前提下，盡可能選用粒徑大的石子。

石子中的針片狀顆粒含量直接影響混凝土流動性能和間隙通過性能。它會導致孔隙率增大，相同工作性能要求下的砂漿量需求增加。影響混凝土的密實性，不利于力學性能的提高和長期耐久性能。自密實混凝土用石子的針片狀顆粒含量≤8%。

6 外加劑

外加劑已成為混凝土中不可或缺的組分，它可顯著改善混凝土的性能。對于自密實混凝土來講，為了實現大流動性、高粘聚性和優(yōu)良的填充性，必須摻加減水率高、保水性好的高效減水劑。同時，在配制自密實混凝土時應加入引氣劑。性能良好的、分散均勻的引氣劑在混凝土內部可形成封閉的微觀氣泡，不僅帶來工作性能的改善，還可提高混凝土抗凍性能和抗?jié)B性能。引氣劑還可以明顯改善混凝土的收縮性能，在一定程度上彌補自密實混凝土收縮較大的缺陷。但引氣劑也會導致混凝土強度的降低，對含氣量必須加以控制，含氣量為：5.0±1.5%。

國內聚羧酸系高性能減水劑發(fā)展迅速，其特點是摻量低、減水率高，強度增長快、坍損小，拌合物黏滯阻力小，利于混凝土各項性能。配制自密實混凝土宜優(yōu)先選擇聚羧酸系高性能減水劑。

7 拌合用水

自密實混凝土對拌合用水并無特殊要求，和普通混凝土一樣，滿足現行行業(yè)標準《混凝土拌合用水標準》JGJ63 要求即可。通常情況下，符合現行國家標準《生活飲用水衛(wèi)生標準》GB5749要求的飲用水，可不經檢驗直接作為混凝土拌合用水。

8 結束語

由于核電安全至上的理念，對核電用自密實混凝土原材料技術指標須嚴加控制。經過精心的策劃，遵循上述材料選取和控制原則，研究不同材料的作用機理，經過試驗論證，最終可遴選出性能優(yōu)異，符合設計的原材料。