白志文，李 燕，孫勝偉，李 強

(中國建筑第二工程局有限公司，北京 100160)

1 工程概況

廣東太平嶺核電站核島反應堆廠房為雙層安全殼結(jié)構，內(nèi)安全殼帶有6mm厚鋼襯里，為大噸位后張拉有粘結(jié)預應力鋼筋混凝土結(jié)構，外安全殼為鋼筋混凝土結(jié)構。內(nèi)安全殼由公共筏基、筒體、環(huán)梁和穹頂組成，筒體內(nèi)徑45m、厚1.2m，混凝土強度等級為C60，設2個扶壁柱；外安全殼筒體厚度1.5m，混凝土強度等級為C50，內(nèi)、外安全殼間環(huán)廊間距1.8m。

內(nèi)安全殼共布置242束預應力鋼束，主要包括豎向鋼束、水平鋼束及Gamma鋼束(見圖1)，其中豎向鋼束44束，底部錨固在反應堆廠房下部預應力廊道頂，上部錨固于環(huán)梁頂部；水平鋼束98束，兩端分別錨固于133°，313°扶壁柱兩側(cè)；Gamma鋼束100束，底部錨固在反應堆廠房下部預應力廊道頂，上部跨過穹頂錨固在環(huán)梁底部，在穹頂區(qū)域分上、下2層，投影面上相互垂直布置。

圖1 內(nèi)安全殼預應力剛束布設

核電站通常采用有粘結(jié)后張拉預應力系統(tǒng)。在結(jié)構中預留預應力孔道并澆筑混凝土，待混凝土達到指定強度后再穿入鋼束張拉，并利用錨具將預張拉力傳遞給混凝土，使結(jié)構在承受外荷載前預先受到一定的壓應力。傳統(tǒng)手持式攪拌器或葉片強制式攪拌機在攪拌預應力水泥漿時，難以做到均勻性和產(chǎn)出量的平衡，存在水泥等膠凝材料沉底現(xiàn)象，通常會出現(xiàn)下層稠、上層稀的狀態(tài)，且易出現(xiàn)局部結(jié)塊情況。為解決以上問題，經(jīng)多方調(diào)研，綜合項目場地布置、設計要求等，研發(fā)渦輪式攪拌機，通過渦輪循環(huán)原理，實現(xiàn)上、下層物料對流，徹底解決攪拌機攪拌不均勻問題。該機組技術先進，性能可靠，與國外設備對比，成本低，性價比高，可替代進口，在核電建設中發(fā)揮重要作用。預應力水泥漿攪拌站場地布設如圖2所示。

圖2 預應力水泥漿攪拌站場地布設

2 設計原則

對高流動度預應力水泥漿渦輪式攪拌機組進行優(yōu)化設計，優(yōu)化范圍主要包括攪拌主機、二次攪拌裝置、成品儲存罐等，以滿足核電預應力漿體灌漿時對緩凝漿和膨脹漿的較高要求，須遵循以下原則。

1)緩凝漿攪拌后初始流動度須>9s且

2)膨脹漿攪拌后應即時測定流動度，應為14～26s，攪拌后應在30min內(nèi)完成灌漿，漿體溫度宜≤25℃。

3)水泥漿各組分在混合體系中均勻分布，勻質(zhì)性良好。

3 主要技術

3.1 渦流分散攪拌技術

新型渦流高速攪拌主機采用渦流分散攪拌技術，主要用于攪拌水灰比<1∶3.5的水泥漿，具有效率高、便捷、制漿均勻及短距離輸送等特點。

1)攪拌主機采用閉式精鑄高鉻合金葉輪，具有壓力大、流速快等特點，適合超低水灰比漿體。封閉式葉輪結(jié)構自循環(huán)流量達840L/min，葉片采用高鉻合金，精密鑄造，耐磨性好，壽命高，循環(huán)流量提高30%。

2)采用單個梯形擾流板渦流效果更好，渦流速度和循環(huán)速度更快，效率提高20%，制成的漿液具有高勻質(zhì)性、高流動性。

3)主機上端循環(huán)口低于液面額定漿體總高度1/3，循環(huán)口沿罐體切線方向布設，渦流效果更好，渦流速度和循環(huán)速度更快。

3.2 多旋流組合二次攪拌技術

漿體的二次攪拌工具采用4組攪拌裝置呈矩形布置，攪拌桿上均勻分布上、下3組三葉片設計，三葉片采用扇貝形，可形成軸流和旋流的組合，攪拌均勻，相比于1組攪拌裝置，攪拌均勻、效率高、無死角。

3.3 智能控溫技術

成品漿罐智能冷水循環(huán)保溫系統(tǒng)可根據(jù)罐內(nèi)漿體實時溫度智能控制冷水循環(huán)速度和時長，達到節(jié)能保溫的目的。原料溫度智能控制系統(tǒng)可根據(jù)環(huán)境溫度及攪拌桶內(nèi)漿體實時溫度，智能控制冷水和水泥等原料的入罐溫度，必要時啟動加冰系統(tǒng)實行溫控。

3.4 分段變頻雙向螺旋投料技術

雙向螺旋投料技術實現(xiàn)了向2個主機交替投料，均勻可控，同時避免堵料。分段變頻投料技術前段投料速度快，后段投料速度慢,適合核電超低水灰比漿體，避免投料過快，水泥與水無法充分接觸而形成結(jié)塊。前段水泥投料440kg，頻率50Hz，投料時間183s；后段水泥投料260kg，采用間歇投料技術，使用氣動蝶閥控制投料時間為停4s、開1s，頻率30Hz，投料時間58s。

3.5 智能控制技術

液體計量采用流量計量方式，攪拌站采用傳感器自動電子稱量，提高了精度和自動化程度。故障自診斷和過程回溯功能實現(xiàn)了故障診斷與預測和過程回放追溯，對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行處理利用。傳感器免碼標定稱量控制技術免碼標定，第1次標定后，后期程序可自動計算角差和重量微調(diào)系數(shù)，自動校稱，減少人工工作量，適合核電超低水灰比漿體投料時序的控制，自動控制投料程序，減少人工，提高運作效率。

4 預應力水泥漿攪拌站設置要點

預應力水泥漿攪拌機組為一個全封閉系統(tǒng)，有利于抵御沿海非正常工況下風荷載和海洋氣候?qū)υO備的侵襲。機組分4個功能區(qū)，即粉料區(qū)、生產(chǎn)區(qū)、操作區(qū)、廠外區(qū)，相對隔離，實現(xiàn)4個區(qū)域的不同控溫要求。

粉料區(qū)配置2個粉料倉，均可用于儲存水泥，最大容量可達70m3，其中1個可作為降溫待用倉，確保生產(chǎn)時所用水泥溫度<30℃，有利于漿體制備。

生產(chǎn)區(qū)配備2套制漿主機、3套自動稱量系統(tǒng)、8個成品儲存罐。2套制漿主機可單獨生產(chǎn)，也可雙機交替生產(chǎn)，確?？煽啃匀哂喽取C組運用3套自動稱量系統(tǒng)，實現(xiàn)水、外加劑、水泥的高精度自動稱量，滿足預應力漿體制備對相關材料的精度控制要求；8個成品儲存罐用于儲存成品漿并進行二次攪拌，漿體制作完成后，通過管道排放至儲存罐，確保效率匹配。攪拌站內(nèi)的成品儲存罐配置1套可移動二次攪拌裝置，可高效快速地對成品儲存罐內(nèi)的漿體進行二次攪拌，實現(xiàn)水泥、水和外加劑的快速均勻攪拌，制成的漿液具有高勻質(zhì)性、高流動性。預應力水泥漿攪拌站設備布設如圖3所示，設備施工布置如圖4所示。

圖3 預應力攪拌站設備布設

圖4 預應力攪拌站設備施工布置

5 模塊功能設計

攪拌機組可分為5大功能模塊：攪拌模塊、計量模塊、成品儲存和二次攪拌模塊、智能化控制模塊、智能溫控模塊，具有高可靠性、高穩(wěn)定性、模塊化、智能化等特點，各模塊相互協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)，高效快速地滿足生產(chǎn)需求。

1)攪拌模塊 由2套攪拌主機和配套平臺、梯子和欄桿組成。

2)計量模塊 由水泥計量系統(tǒng)、水計量系統(tǒng)和外加劑計量系統(tǒng)構成，實現(xiàn)水泥、水和外加劑計量的高可靠性、高精度性。

3)成品水泥漿儲存和二次攪拌模塊 實現(xiàn)一次攪拌后檢驗合格漿體的儲存，加入膨脹劑后進行二次攪拌。二次攪拌罐采用雙層結(jié)構，配備冷水循環(huán)保溫功能，由8套成品儲存罐、1套二次攪拌及吊裝裝置、配套平臺和欄桿構成。一次攪拌完成后漿體再輸送至二次攪拌罐，加入緩凝劑，進行二次攪拌。8套成品儲存罐配備1套可移動二次攪拌裝置。

4)智能溫控模塊 由溫度采集、制冰和制冷系統(tǒng)組成；可將水泥漿出機溫度控制在15～25℃。攪拌主機和成品罐安裝溫度傳感器，實時檢測溫度，當超過設定值，啟動溫控措施，控制漿體溫度，確保漿體質(zhì)量。

5)智能化控制模塊 由工業(yè)控制計算機、控制管理軟件和電柜組成，實現(xiàn)漿體生產(chǎn)過程中整個環(huán)節(jié)的自動化運行，控制系統(tǒng)采用計算機+PLC控制模式，實現(xiàn)全自動、半自動、手動工作方式自由切換，多重保障提高攪拌效率和計量精度。

6 制備工藝

6.1 主要工藝流程(見圖5，6)

圖5 緩凝漿制備工藝流程

圖6 膨脹漿制備工藝流程

6.2 攪拌站建設

預應力攪拌站建設位置選擇在距離核島直線距離1km以內(nèi)，確保在10min內(nèi)可將漿體運送至現(xiàn)場，確保漿體流動性和溫度滿足施工需求。建筑尺寸約為19.5m×11.5m(軸線尺寸)，圍墻尺寸約為27.0m×57.0m。攪拌站建設采用鋼結(jié)構設計方案，樓板采用鋼格柵板，料倉及攪拌間屋架為雙坡屋面形式，圍護結(jié)構為彩鋼夾心板。

表1 緩凝漿配合比試驗數(shù)據(jù)

表2 膨脹漿配合比試驗數(shù)據(jù)

6.3 漿體試驗

6.3.1研究性試驗

通過調(diào)整不同材料質(zhì)量，對配合比進行微調(diào)，根據(jù)漿體流變性能和硬化性能，得出較優(yōu)配合比范圍。緩凝漿、膨脹漿配合比試驗數(shù)據(jù)分別如表1，2所示。根據(jù)多次試驗結(jié)果對比，得出緩凝漿較優(yōu)配合比為1∶0.310∶0.024∶0.002 3，膨脹漿較優(yōu)配合比為1∶0.32∶0.018。

6.3.2上機(驗收)試驗

考慮到預應力攪拌站生產(chǎn)設備與實驗室攪拌器具原理和功率的不同，生產(chǎn)滿足技術要求的漿體所需水灰比與實驗室可能有差別，因此，可根據(jù)漿體性能在研究性試驗的基礎上適當調(diào)整水灰比，最后通過試驗驗證擬用配合比生產(chǎn)的漿體性能。膨脹漿環(huán)境溫度20℃、水溫4.5℃、配合比為1∶0.32∶0.018；緩凝漿環(huán)境溫度23.5℃、水溫4.4～7.5℃、配合比為1∶0.310∶0.024∶0.002 3。膨脹漿、緩凝漿上機試驗數(shù)據(jù)分別如表3，4所示。

表3 膨脹漿上機試驗數(shù)據(jù)

表4 緩凝漿上機試驗數(shù)據(jù)

由試驗結(jié)果可知，量產(chǎn)狀態(tài)下漿體流動度、勻質(zhì)性、穩(wěn)定性和溫控滿足質(zhì)量需求，各項指標均滿足施工需求，預應力水泥漿攪拌站功能良好。

6.3.3小比例灌漿模擬試驗

通過使用正式施工的生產(chǎn)設備，對實體工程局部縮小后進行灌漿試驗，從而驗證量產(chǎn)狀態(tài)下的漿體配合比和各項工藝性能滿足設計要求的情況。試驗條件同上機試驗。膨脹漿、緩凝漿小比例試驗數(shù)據(jù)分別如表5，6所示，小比例試驗導管切面效果如圖7所示。

表5 膨脹漿小比例試驗數(shù)據(jù)

表6 緩凝漿小比例試驗數(shù)據(jù)

圖7 小比例試驗導管切面效果

小比例試驗結(jié)果表明，漿體各項指標均滿足施工需求，且漿體硬化后外觀質(zhì)量良好，滿足正式施工需求，預應力水泥漿攪拌站經(jīng)過4個月的生產(chǎn)運行，性能穩(wěn)定可靠。

7 結(jié)語

研究充分借鑒了已施工項目施工經(jīng)驗及技術基礎，結(jié)合相關國家及行業(yè)規(guī)范要求，針對已知問題和可能存在的不足之處，對預應力水泥漿攪拌站建設進行探索、改進、優(yōu)化與固化，形成完善的預應力水泥漿攪拌站施工建設技術體系，能在后續(xù)施工中滿足多個核電站同時建造要求，也為相關領域或相同情況下預應力水泥漿攪拌站建設提供指導和借鑒意義。