核電站安全殼預應力孔道灌漿

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恰?，敽穗娬竞朔磻褟S房安全殼采用了法國FREYSSINET公司K系列后張預應力體系。由于地處沙漠邊緣，且預應力施工正值高溫季節(jié)，晝夜溫度均在30℃以上，不能執(zhí)行本工程主要參考標準法國《90萬干瓦壓水堆核電站土建設計和建造規(guī)則》(RCC—G)中灌漿時對環(huán)境溫度小于30℃的要求。因此必須針對高溫條件進行漿體配合比試驗，并模擬現(xiàn)場條件進行孔道灌漿試驗，選擇滿足技術要求的漿體配合比和相應的灌漿工藝，并在實際施工過程中嚴格控制。
    1、漿體室內(nèi)配合比試驗 
    本工程的預應力施工在綜合了法國RCC—G(80版)、美國《混凝土反應堆容器和安全殼規(guī)范》ACI一359(89版)和有關中國標準的基礎上，制定了《PC工程預應力混凝土安全殼施工規(guī)定》。預應力孔道灌漿用水泥漿體的試配，主要針對漿體的流動度、泌水率、凝結時間、化學成分及強度等展開。 
    1．1 水泥漿體原材料選擇 
    水泥選擇核島主體混凝土使用的按英國標準生產(chǎn)的楓葉牌525號硅酸鹽水泥；水是符合飲用水標準的地下水。相應的水泥和水的化學成分分析符合技術條件的要求。 
    經(jīng)過對相同配合比、出機溫度、貯存條件的多種不同外加劑的水泥漿體的流動度、泌水率和凝結時間等漿體性能方面的分析比較，最后緩凝漿選用FOSROC公司生產(chǎn)的緩凝型減水劑COMPLAST423，膨脹漿選用CONBEX—100為膨脹劑。 
    1. 2 溫度對水泥漿體性能的影響 
    環(huán)境溫度分別為2l℃、36℃時，水泥漿體不同出機溫度對出機流動度和存放6h后的流動度影響的試驗情況顯示，相同環(huán)境溫度下，出機溫度不同，對漿體的流動度影響很?。坏谫A存6h以后，漿體出機溫度不同，其流動度的變化就很大，出機溫度越高流動度下降越快(秒數(shù)增加)，但出機溫度20℃時漿體的流動度損失較小。而漿體的出機溫度可以通過降低水泥溫度，使用冷卻水來解決。
    據(jù)此，選定漿體出機溫度20℃，將其置于20、35、40、45℃的環(huán)境下貯存并觀測其流動度隨時間發(fā)展的變化。結果表明，環(huán)境溫度在20一40℃時，相同貯存時間的漿體，溫度越高，流動度也高，當溫度為45℃時，流動度有所下降，6h為12．8s，但幅度并不大，仍可使用。即在高溫條件下，只要控制出機溫度在20℃以內(nèi)，就可以正常進行孔道灌漿施工。
    1．3 從標準漿和緩凝漿試驗得到的規(guī)律
    在做了大量的配合比試驗基礎上，我們得到如下規(guī)律：①水灰比愈大，流動度愈大，同時泌水率也愈大；②減水劑摻量增加，流動度明顯地增大(秒數(shù)減少)，同時泌水率也增大；③只要漿體的出機溫度控制在20℃以下，對使用過程中的環(huán)境溫度可以不必控制得太嚴格，施工時的環(huán)境溫度可以放寬至40℃；④水泥漿的水灰比與水泥細度有密切關系，為保證一定的流動度，越細的水泥所需的水灰比愈大；⑤在配合比和漿體出機溫度已定的情況下，影響水泥漿泌水率的最主要因素是貯存時間，貯存時間愈長，泌水率愈大，所需的泌水吸干的時間也愈長；⑧各種材料在攪拌時的摻加次序嚴重影響水泥的泌水率。
    1．4 膨脹漿配合比試驗 
    為找出影響膨脹漿的流動度、膨脹率和泌水率的因素及其規(guī)律，做了大量試驗，簡要摘錄如下： 
    (1)水灰比直接影響流動度、膨脹率和泌水率，水灰比增加，泌水率和流動度加大，而膨脹率明顯減少。在膨脹劑摻量一定時，水灰比是決定流動度的最重要因素，因此與緩凝漿不同，只要求其流動度在一定范圍內(nèi)即可。
    (2)溫度高的水泥漿由于水泥和膨脹劑的反應速度快，故其膨脹率也最大，正因為初期反應劇烈，在反應后期相對減緩，所以在水泥漿貯存0．5h，再測定其膨脹率時，溫度高的水泥漿膨脹最低。
    (3)膨脹率和泌水率隨時間發(fā)展的規(guī)律為膨脹漿從制備到lh左右，膨脹率增長較快，lh后膨脹率逐漸減慢，至3h已極慢，如果漿體貯存0。5h后再測，其規(guī)律也如此，只是膨脹減少，泌水增大。 
    (4)膨脹漿的流動度隨時間發(fā)展的關系為膨脹漿的流動度的下降在初期較快，接近30min時明顯減慢，只要盡量做到在0．5h內(nèi)將漿體用完，其技術性能完全符合要求。
    2、漿體的接收性試驗 
    在完成試驗室各種試驗并得出漿體配合比后，模擬現(xiàn)場施工，驗證生產(chǎn)出的漿體是否具有試驗室相同的特性，并對其配合比進行修正、確認。 
    2．1 緩凝水泥漿 
    緩凝水泥漿由渦輪式攪拌機生產(chǎn)，該機功率4．5kW，轉速1450r／min，附1個J7型攪拌器(功率1．5kW，轉速1450r／min)。取樣測得出機流動度9．7s，出機溫度18．2℃，3h泌水率為0．6％，并在24h內(nèi)泌水被吸干。
    2．2 標準水泥漿 
    標準水泥漿攪拌設備和制漿工藝同緩凝漿，出機流動度9．2s，出機溫度19．6℃，3h泌水率為0．3％，并在24h內(nèi)泌水被吸干。 
    2．3 膨脹水泥漿 
    膨脹水泥漿使用1個J7型攪拌器在直徑600mm、高900mm的罐中生產(chǎn)。試驗過程中發(fā)現(xiàn)漿體粘底，拌合不勻，流動度損失較快。為此對配合比進行了調(diào)整，增加了緩凝型減水劑COMPlAST423，修改了攪拌程序。經(jīng)對修改后生產(chǎn)出的漿體性能進行系統(tǒng)測試，結果是滿意的。
    2. 4 接收試驗結論 
    經(jīng)現(xiàn)場攪拌的接收試驗檢驗，得到如下3點結論：①確定了標準漿、緩凝漿和膨脹漿3種漿體的配合比，它們的性能良好，滿足要求，且與試驗室的一致；②確認標準漿、緩凝漿的出機流動度可在9一l3s之間，突破RCC—G中l(wèi)3—19s的限制，膨脹漿突破18—24s的限制；②建議3種漿體的使用范圍為標準漿用于起拱不大于1．2m的水平孔道，緩凝漿用于所有預應力孔道，膨脹漿用于彎頂和起拱大于1.2m需二次灌漿部位。
    3、全比例模擬孔道灌漿試驗
    3．1 孔道選擇
    為能真實地反映出灌漿后孔道內(nèi)漿體的充實程度和制定出切實可行的灌漿工藝，選擇5根最具代表性且灌漿難度相對較大的孔道作全比例模擬灌漿試驗：①H85號水平孔道，位于設備閘門下方，向下彎曲3．5m，是水平管中向下彎曲最大的一根；②H88號水平孔道，位于設備閘門上方，上供3．5m，是向上拱高最大的水平管，需在拱起處二次灌漿；②DBl8、l9號穹頂孔道，是拱高最大(7．52m)的穹頂孔道；④垂直孔道，因受條件限制，只搭設了12m高的架子，孔道高度為10m。 
    3．2 主要灌漿設備 
    ①法國產(chǎn)灌漿泵PHl25，最大壓力11MPa，泵送量14m3／h，用于泵送緩凝漿；②法國產(chǎn)灌漿泵P200l，最大壓力3MPa，泵送量3m3／h，用于泵送膨脹漿；②空壓機6m3／min，用于密封性試驗及吹風。
    3．3 孔道密封性檢查 
    在孔道內(nèi)穿完鋼絞線，并切割完后(不張拉)，安裝灌漿帽和各灌漿口的球形閥，進行孔道密封性檢查。關閉所有閥門以壓縮空氣對孔道加壓，持壓1min，檢查灌漿帽、閥門等各處是否密封，同時觀察壓力表，如降壓速度小于0．1MPa／min，該孔道的密封性符合要求，可以進行灌漿。
    3．4 孔道灌漿 
    (1)H88號水平孔道灌漿 采用緩凝水泥漿，灌漿方向從最接近拱起端向另一端進行。灌漿泵出口處漿體流動度達到9—13s時，連接進口端，注意控制灌漿速度，當出口端出現(xiàn)勻質(zhì)漿體，流動度達到9一l3s時，關閉出口端。升高泵壓，持壓30s，檢查壓力穩(wěn)定性。待緩凝漿灌入若干小時后，用壓縮空氣對拱起段反復進行吹風，以吹掉該段的全部漿體和水，保持暢通。 
    在緩凝漿硬化后對拱起段灌注膨脹漿。進漿口處漿體流動度在11—24s時，將漿體灌入孔道，直到出漿口處流出勻質(zhì)漿體，流動度達到11—24s時關閉出口端，保持壓力數(shù)秒，打開出口端，讓孔道內(nèi)水-漿懸浮液自由地從出口端流出。再次泵漿，直到出口端有勻質(zhì)漿體流出，此動作可重復1—2次。將兩端的灌漿管延伸高出孔道的最高點，保持兩端出口處于開放狀態(tài)，讓漿體能自由膨脹和泌水自由流出。
    (2）H85號水平孔道灌漿 采用標準水泥漿，灌漿由最低點向兩端分別進行。先由最低點向最接近出口端灌漿，此時關閉另—端，當出口端流出勻質(zhì)漿體，流動度達到9—13s時，關閉該端，打開另一端，直到該處也流出勻質(zhì)且流動度9—13s的漿體。為防止在先灌段漿體返流，再次打開先灌段出門閥。泵漿，使該處再次流出勻質(zhì)漿體。
    (3)DB18、19號穹頂孔道灌漿 采用緩凝水泥漿，灌漿順序為從一端到另一端。二次灌漿方法同H88號水平孔道。
    (4)豎向孔道灌漿 采用緩凝水泥漿，自下往上壓力灌漿。當上端流出勾質(zhì)、流動度9—13s的漿體時繼續(xù)泵壓，直到頂部重力罐溢漿口有漿體流出?？椎纼?nèi)的泌水往上排入重力罐中，同時重力罐中的漿體對孔道內(nèi)進行補充，12h后或重力罐內(nèi)漿體開始變硬時，取下灌漿罐。
    3．5 灌漿結果分析 
    水平和穹頂孔道每5m剖一截面，在二次灌漿區(qū)則加密剖面并開設200mm長的觀察窗。垂直孔道在頂部承壓板往下500mm內(nèi)每100mm開一剖面，再往下每2．5m剖一截面。水平孔道剖33個截面，所有空隙高度均小于5mm，在二次灌漿區(qū)的月牙空隙較明顯，但小于5mm，其余部位的空隙小于3mm；穹頂孔道剖22個截面，在拱頂處有2mm左右的空隙；垂直孔道剖7個截面，包括上部端蓋在內(nèi)均為100％充填。
    5根孔道共剖62個截面，其中100％充填42個，占67．7％；A＝3mm以下17個，占27．4％；A＝5mm以下3個，占4．9％。
    參照法國電力公司EDF對大亞灣核電站預應力孔道灌漿的技術條件，月牙形空隙不超過5mm即為合格。據(jù)此，本次試驗的孔道灌漿充填度為100％，按合格予以驗收。
    4、預應力孔適灌漿施工 
    4．1 漿體工程量 
    由于標準水泥漿僅用于水平或微彎的孔道，且與緩凝漿的區(qū)別僅在于外加劑摻量的不同，為便于操作，減少施工時出錯，在實際施工過程中，所有孔道(共485束)一次灌漿均 使用緩凝漿，二次灌漿為膨脹漿，共灌注孔道長度約3．3萬m、245m3水泥漿。 
    4．2原材料控制
    對漿體原材料進場除進行正常的驗收外，必須進行每種成分的CL ˉ和NO3ˉ的分析以確定漿體中的含量，特別注意水泥有無假凝現(xiàn)象及水泥細度的檢查，貯存時間以不超過3 個月為宜。 
    4．3 溫度控制 
    預應力施工經(jīng)歷了819、lo三個月的高溫季節(jié)，其日間最高溫度曾達46℃，因此，這段時間的灌漿施工均安排在夜間氣溫較低時進行。為保險起見，盡量安排灌漿時的環(huán)境溫度不超過35℃，并嚴格控制漿體的出機溫度不超過20℃，這是保證灌漿質(zhì)量的關鍵。為此，專設水泥(袋裝)存放倉庫，并加裝空調(diào)以降低水泥溫度；設臨時貯冰庫和貯水罐，使攪拌水溫度不超過4℃。同時盡量縮短漿體的貯存時間，使灌漿時的漿體溫度不超過38℃。
    4．4 結論 
    根據(jù)全比例模擬試驗的結果，制定了一系列預應力孔道灌漿工作程序。對所有參加灌漿施工的人員進行技術培訓，模擬操作，考核合格后持證上崗。嚴格執(zhí)行工作程序，加強施工過程的監(jiān)督控制，特別是漿體出機溫度不超過20℃，灌漿口和出漿口的流動度不超過規(guī)定范圍，緩凝漿在制漿完1．5h內(nèi)、膨脹漿在0．5h內(nèi)灌注完畢，泵送時的壓力控制和灌漿速度控制等，保證了預應力孔道灌漿的施工質(zhì)量。
    5、體會 
    5．1 有關漿體的技術指標 
    法國RCC—G(80版)、美國ACI一359(89版)對預應力孔道灌漿用漿體的技術要求比較具體、全面，相對而言，我國《混凝土結構工程施工及驗收規(guī)范》(GB50204—92)中對此無具體指標要求。比如，除考慮了施工的可操作性、漿體強度、環(huán)境條件外，還考慮了漿體中有害成分對鋼絞線的腐蝕問題，但法國RCC—G對此顯得比較籠統(tǒng)，而美國ACI—359(89版)對漿體中有害成分比較明確，特別是針對核電站安全殼預應力孔道灌漿，作為補充的R．G導則1．107“安全殼預應力束水泥漿的質(zhì)量規(guī)定”中更是明確：C1ˉ≦100×l0ˉ6或200×l0ˉ6(如果pH≥12)，NO3ˉ≦l00×l0ˉ6、SO42ˉ≦250×l0ˉ6、S2ˉ≦2×l0ˉ6。
    5．2 影響漿體性能的因素
    為找出影響漿體性能的因素及規(guī)律，在試驗室內(nèi)做了1200多組2000多次試驗，周期很長，由于影響因素多，而且必須考慮其單獨和各種因素疊加后對漿體性能產(chǎn)生的影響，故試驗必須留有充足的時間，并應制訂全面詳細的試驗方案。
    5．3 漿體接收性試驗 
    水泥漿體室內(nèi)配合比確定后，必須在現(xiàn)場環(huán)境—廠，按實際生產(chǎn)方式進行接收性試驗。