高温条件下石粉替代粉煤灰在核电站混凝土中的应用

［内容提要］介绍石粉替代粉煤灰在核电站混凝土中的应用。两座电站建设间隔近十年,验收和试验标准、技术条件等都发生了很大的变化。但实践证明,石粉替代粉煤灰在核电站混凝土中应用是可行和成功的。使用磨细石粉作为掺合料,且在高温环境下施工是混凝土施工新的探索和尝试。

［关键词］核电站、石粉、强度、配合比

中图分类号：TL48 文献标识码：A 文章编号：

1. 引言

恰希玛核电站一期、二期工程(以下简称为一期、二期)是中国援建巴基斯坦的两座300兆瓦压水堆商用核电站，分别于1993年和2005年开始建设。电站地处沙漠边缘,气候炎热、干燥。当地最高气温为48.8℃,最低气温为0.3℃，一年中有大半年平均气温在30℃以上。

混凝土掺合料主要有磨细矿渣、优质粉煤灰、硅粉等矿物质。加入掺合料是增加流动性和填充水泥石中的微孔,提高混凝土的强度和密实性，特别是改善混凝土的耐久性、降低水化热。混凝土中掺入粉煤灰有许多成功的工程实例，但掺入石粉却没有先例，更没有在核电站混凝土中使用过。巴基斯坦没有I级粉煤灰,若从中国采购运输到施工现场,极大地增加施工成本,也因运输时间长而影响工程进度。因此结合巴国当地原材料,采用磨细石粉代替粉煤灰作为掺合料在电站混凝土中应用。

2. 混凝土用原材料

2.1 水泥

水泥采用当地产水泥。试验和验收水泥的中国标准发生很大改变,但均能满足核电站水泥技术要求,且质量稳定。稳定的水泥质量是保证混凝土质量的前提。

2.2 粗、细骨料

2.2.1 砂

一期用砂为自产破碎砂和掺入25%特细砂组成中砂，送国内进行潜在活性(ASTM289-71)试验，无潜在碱活性。

二期采用当地沉积河砂。采用压蒸方法测定骨料潜在的活性反应（CECS48：93），砂浆棒试体6h压蒸膨胀率均小于0.1%,无潜在活性。采用化学方法测定骨料潜在的活性反应，评定为合格。

2.2.2 碎石

一期用碎石为自产碎石。经国内检测骨料的活性(ASTM289-71)，无潜在的碱活性。

二期用碎石为当地产碎石。经国内检测骨料潜在的碱活性反应（CECS48：93）。三种胶砂比（10：1、5:1、2:1）条件下砂浆棒试体6h压蒸膨胀率均小于0.1%,无潜在碱活性。

2.3 拌合水和外加剂

拌合水为施工现场地下水。一期使用的外加剂为两种,分别为D17和W+H。二期使用康普SP420高效缓凝泵送减水剂。

2.4 掺合料--石粉

石粉技术条件要求：细度≤30%、氯离子≤0.02%、含水率≤1.0%。采用快速压蒸法（CECS48：93）检测不同掺量石粉（取代水泥质量0%、10%、20%、30%）对水泥浆体、碎石的膨胀性及其抑制ASR效果的影响。试验表明石粉对水泥浆体膨胀无显著影响，不会导致水泥浆体膨胀增加。石粉取代部分水泥可以使碎石小砂浆试体的膨胀略有减少，但抑制膨胀效果不显著。石粉取代量变化对抑制ASR膨胀效果无显著影响。

3. 混凝土配合比设计

3.1. 掺石粉对强度的影响

3.1.1一期配合比试验

掺石粉与空白试验及不同掺量石粉对强度和坍落度的影响。试验说明石粉掺量为10%时各龄期强度均增加,早期强度提高5～11%,28天强度提高2～3%, 60天强度提高2～5%。不同石粉掺量并不能产生不同的强度增长。石粉增加导致混凝土中灰浆总量增加，骨料间的摩擦减少而致坍落度增加，但是坍落度增加是有限的。

3.1.2在一期经验的基础上,二期配比设计进一步分析不同的掺量和掺法对混凝土的工作度和强度的影响并进行优化。

3.1.2.1采用空白与外掺石粉40Kg对比试验。结果表明掺入石粉能提高混凝土的流动性。而水泥用量相同时，要达到相同的坍落度，则加入石粉，能降低用水量。用水量降低,对耐久性十分有利的。强度等级不高时,因灰浆量相对较少, 掺入一定量的石粉颗粒填充骨料间缝隙,提高了混凝土的密实性和强度。强度等级相对较高时,混凝土中的灰浆量相对较多, 掺入一定量的石粉,石粉颗粒填充骨料间的缝隙,减少骨料间摩擦阻力,改善混凝土的工作度,对强度影响不明显。

3.1.2.2外掺40kg、50kg的混凝土强度比较，结果见表1。

表1

编号1～5为外掺40kg石粉试验。编号6～7为外掺50kg石粉试验。试验表明：50Kg掺量效果最佳，40Kg较好。采用同样的方法，外掺60kg石粉进行试验，结果表明60Kg掺量相对于50Kg掺量，强度不增反降，则60Kg掺量不可取。

3.1.2.3掺40kg、50kg石粉，同时取代10%的水泥后，与空白比较。试验表明：①取代10%水泥用量后，强度均不及空白高。石粉掺入法宜采用外掺，不取代水泥；②水泥用量少的混凝土主要考虑改善其和易性，宜采取加50kg石粉；③对于C20、C25等级混凝土，主要考虑其和易性、可泵性，宜采取加40kg石粉；④对于C30、C35、C40等级混凝土，主要考虑其收缩性，宜采取加50kg石粉；⑤细石混凝土相对于同等级混凝土水泥用量要多，宜采用加40kg石粉。

当水泥用量较小时，石粉活性主要体现在微颗粒效应上，填充混凝土内部的空隙而达到增强的效果，当水泥用量达到一定量时，空隙被填充，骨料与胶凝材料界面的结合力主要体现在水泥强度上，石粉增强效果则不显著。

3.2掺石粉对拌合物性能的影响

3.2.1 坍落度

石粉细微颗粒在砼中起起作用，泵送施工时减少骨料对管壁的摩擦,提高砼的可泵性。掺入适量石粉能适当延缓砼的坍落度损失,为在炎热条件下施工赢得一定的时间。

3.2.2 泌水率

一期掺石粉的砼泌水率为3.4%，不掺石粉的砼泌水率为4.8%。二期掺石粉的砼泌水率为2.6%，不掺石粉的砼泌水率为4.5%。数据表明在砼中掺入石粉能适当降低砼的泌水率，对砼的施工与强度增长和抗渗等耐久性能是十分有利的。

3.2.3 含气量

一期掺石粉砼的含气量为1.8%；二期掺石粉砼的含气量为2.2%。

3.2.4 掺石粉对混凝土其他性能的影响

掺入一定量的石粉对砼的含气量、劈裂强度、抗渗等性能有一定改善,对凝结时间和泊桑比影响很小，但能适当延缓混凝土的坍落度损失。

4.工程实践

采用磨细石粉代替粉煤灰作为掺合料的混凝土配合比经过两期工程实践，砼的工作度和性能均满足现场各项技术要求，质量可控。下表为工程主要工程部位强度统计评定。

数据说明一、二期工程混凝土强度全部合格。混凝土全比例性能试验经中国权威检测机构检测，各项性能指标均满足《PC工程预应力混凝土安全壳施工规定》和《核安全有关的混凝土结构施工规定》,同时工程实体的混凝土强度符合《混凝土结构工程施工质量验收规范》的要求。

5.结语

实践证明在巴基斯坦高温条件下，采用磨细石粉作掺合料替代粉煤灰加入到核电站混凝土中是可行和成功的。恰希玛核电站混凝土中采用石粉作为掺合料，既解决了工程现场的实际问题，也取得较好的经济效益。混凝土配合比设计应结合当地原材料实际情况配制，通过大量的试验，总结和摸索石粉替代粉煤灰掺入混凝土中的各种变化规律,寻找符合技术条件和验收标准的最佳配合比。

6.参考文献

[1]中国建筑科学研究院．混凝土结构设计规范GB50010-2002．北京：中国建筑工业出版社，2002

[2]普通混凝土力学性能试验方法标准 GB/T50081-2002 中国建筑工业出版社,2003

[3]龚洛书．混凝土实用手册．北京：中国建筑工业工业出版设

[4]硅酸盐、普通硅酸盐水泥 GB175-1999