AP1000核电厂自密实混凝土的设计试配和应用

胡德亮

【摘要】本文通过介绍AP1000核电厂自密实混凝土设计试配以及应用过程，阐述了自密实混凝土控制的难点以及相应的技术措施，总结了AP1000自密实混凝土的试配经验。

【关键词】AP1000;自密实混凝土;配合比

1、自密实混凝土原理

自密实混凝土的实现是通过胶凝材料与细骨料形成的大量浆体在粗骨料表面形成的包裹层，大大降低粗骨料之间的摩擦力。随着浆体量的进一步增加，粗骨料在浆体介质中处于悬浮状态，拌合物形成了稳定的流体状态。在自重的作用下，处于稳定流体状态的拌合物通过钢筋间隙充满整个模板空间。

2、自密实混凝土技术难点

2.1 大流动性实现的难点

自密实混凝土需要的极大的流动性，扩展度通常要达到600mm左右，存在较大的难度。

2.2 抗离析性的难点

当胶凝材料增加时流动度越大时，较小的剪切应力即可破坏颗粒间的黏聚力，使拌合物发生流动但也造成拌合物的抗离析性能降低。因此自密实混凝土需要兼顾拌合物的流动性与抗离析性。

2.3高水化热的难点

自密实混凝土由于使用大量胶凝材料（400～550kg每立方米），导致混凝土水化温升大。如何降低水化热避免混凝土的裂缝出现，是自密实混凝土的难点。

3、AP1000核电站自密实混凝土配合比设计

3.1 AP1000自密实混凝土技术要求

强度：4000psi（C35）扩展度：610±50 mm

3.2混凝土原材料选用

3.2.1 水泥

由于自密实混凝土胶凝材料用量较大，为了避免水化温升过大产生裂缝，选用中热水泥，并控制早期水化成分C3A含量，最终选用上海万安水泥厂核电专供P II 42.5级水泥。

3.2.2 粉煤灰

为了进一步降低水化热，自密实混凝土中应掺入粉煤灰，同时粉煤灰的掺入还能改善混凝土的和易性、降低成本。最终选用乌沙山电厂II级粉煤灰。

3.2.3 砂

砂的细度模数越大，比秒面积越小，包裹砂子的浆体用量就少，也就有达到同样流动性的要求下，可以减少胶凝材料的用量。最终选用高质量的闽江中砂作为原材料。

3.2.4 碎石

碎石首先应进行碱骨料反应检测，对于存在碱骨料活性的石料严禁使用，以避免碱骨料反应对结构造成破坏。

最终选用的碎石采用碱活性检测合格的原石，经两次破碎一次整形后，筛分为4.75～9.5mm和9.5～19mm两种粒径的碎石。

3.2.5 外加剂

高效减水剂是自密实混凝土配置的关键。选择外加剂时应选择性能稳定，对用水量不是很敏感的减水剂。聚羧酸型的外加剂混凝土拌合物比较不容易离析，对用水量不敏感。最终选用的浙江五龙聚羧酸型外加剂，减水率高，与万安水泥适应性良好。

4、配合比设计（绝对体积法）

4.1确定单位体积粗骨料体积用量（Vg）

根据自密实性能等级选取0.33，单位体积粗骨料体积用量为330 L，计算出碎石质量为878 kg。

4.2确定单位体积用水量（Vw）、水胶比（W/B）、胶凝材料用量

根据经验选择单位用水量185 L， 粉煤灰参量35%，配合比设计强度f cu，0=44.9 Mpa;W/C=0.398 取水胶比为0.4;水泥用量M=300 kg;粉煤灰用量M=162 kg。

4.3 计算单位体积细骨料用量（VS）

根据VS+Vp+Vg+Vw =1000 L，计算出细骨料用量VS =320 L，质量为320/1000*2650=850 Kg。

4.4 外加剂掺量通常为胶凝材料的0.75～0.15之间，初步取4 kg。

4.5 初步配合比为：水：水泥：粉煤灰：砂：石：外加剂=185：300：162：850：878：4

5、自密实混凝土的检测

由于自密实混凝土具有高流性，配合比设计从流动性，间隙通过率，抗离析性来综合判定，不宜使用单一方法进行判定，在试验中综合采用以下方法来进行自密实混凝土性能的判定。

5.1坍落扩展度

坍落扩展度测试是一种基于坍落度测试来评价无障碍条件下自密实混凝土在水平面上自由流动能力的方法。可通过测定坍落流动度来评价自密实混凝土的流动性和填充能力，进而判断抗离析能力。

5.2 T50时间

通过测定T50来评价自密实混凝土的填充能力，对特定新拌自密实混凝土，T50越小，填充能力越好。

5.3 J-RING

用来测定自密实混凝土的间隙通过能力。通过比较坍落扩展度与J-RING擴展度，差值在0～25mm表明其通过性能良好，>50mm表明通过性差。

5.4 圆柱法检测SCC的静态离析值

用来测定自密实混凝土拌合物的抗离析性，其值越小表明其间隙通过能力越好。

6、配合比的确认

最终经调整后的配合比如下：

全性能检测结果经设计单位审核，各指标均符合AP1000设计要求。

7、配合比设计总结

在自密实混凝土拌合物中应加入粉煤灰（25%～45%），由于粉煤灰比表面积较大，增加了浆体的保水能力，提高了拌合物的抗分离能力。粉煤灰可以发挥其形态效应，增加混凝土的和易性，改善自密实混凝土的工作性。同时粉煤灰的掺入降低了水化温升，是自密实混凝土抗裂的重要措施。

AP1000技术规格书对水化热控制措施较多，水泥要求采用低热水泥、水泥中C3A含量低，这就造成拌合物早期水化反应量偏低，此时容易发生混凝土泌水。通过在保证7d水化热的前提下，适当提高水泥细度，有效地解决了混凝土的泌水问题。

AP1000技术为了保证混凝土的耐久性，要求混凝土含气量为5±1.5%，为了保证含气量符合要求，需选用引气型减水剂，但由于含气量大于4%造成混凝土强度降低明显。为了更好的调配引气与减水的关系，建议引气剂与减水剂分开使用，在配合比设计时将两者比例调配好，使含气量控制在设计范围内尽可能低的值。