预冷混凝土在干热地区核电站工程中的应用

预冷混凝土在干热地区核电站工程中的应用巴基斯坦恰希玛核电站位于沙漠边缘，每年中有半年以上处于酷暑天气。尤其是5~7月，最高日平均温度达41℃，而午间极端温度竟达50~52℃，如不采取特殊措施，搅拌站的混凝土出机温度将高达41~43℃，而新鲜混凝土自身进入水化热高峰期时叠加温度将可能超过80℃。混凝土结构核心区绝热温升过高，造成强度受损，出现温度裂缝，用较经济的制冷装置和临时措施保证设计技术条件规定的该工程混凝土入模温度不超过32℃，成为工程的重大课题。第1章确定混凝土搅拌站的出机温度首先，估计从搅拌站至浇灌地点路段上制冷量的散失，即混凝土温度由于外部条件影响造成的上升d主要是500~800m运输过程5℃，混凝土泵送或料斗注入过程1℃，运输车辆在浇筑地点可能的等待过程1℃，据此确定出机温度为32℃-7℃=25℃。第2章几种可供选择的制冷方式混凝土在浇筑前预冷有两种途径，一是对其原材料进行冷却，二是用冷冻水或冰片代替部分搅拌用水。在极炎热干燥地区，如果混凝土结构又是特厚大体积，须两种途径并取。第1节原材料的冷却方法石子的冷却：混凝土混合成分中占最大量的是石子。石子一般有大小两种规格。从资料上看，冷却石子可以用浸冷、淋冷和风冷3种方法。这3种方法的共同缺陷一是冷却时间长，一般都要在1h以上，如浇灌量大，则设施耗费巨大；二是保温材料消耗很大，增加投资；三是由于浸冷和淋冷都会增大石子自由水的含量，造成坍落度不稳定。经过计算，要达到25℃出机温度的要求，如果仅考虑冷却骨料（包括砂子），需从55~60℃降至30℃，同时须用4℃冷冻水搅拌。此外，较容易的方法是搭设凉棚，避免日光直射，以尽量减少堆场表层石子温度（一般堆场表层50cm以下石子温度较稳定）。砂子未采取冷却措施。水泥除了尽量靠停放散热外未采取其他措施。第2节冷冻水和冰片的掺加方法利用冷冻水和冰片代替自来水的方案，是最实用也是最经济的办法。单纯用冷冻水的方案，在气温为30℃左右时是可以实现的。否则，便要考虑掺加冰片，掺冰搅拌冷却效果相当显著。掺加冰片必须注意：（1）冰片的掺量绝不可超过拌和用水的85%，必须有15%的自由水使混凝土添加剂能迅速而均匀地掺和。（2）冰片的厚度应控制在1.5~2mm，过厚，搅拌中难以充分融解。第3节预冷混凝土的几种基本思路预冷混凝土的几种基本思路设定一定的出机温度，再根据最不利气温、浇筑速度、最大一次混凝土量、每立方米混凝土允许的拌和水用量等，通过计算确定预冷方案。根据要求预冷的温差（温差=不采取任何措施的出机温度-要求的出机温度），优先进行组合性选择的次序如表3-21-1。第3章制冷方案的选择根据恰希玛地区最近6年气温资料选择制冷方案，搅拌用水基本是地下水夏季为30℃动机为28℃。典型的工艺流程见图3-21-1。第1节计算方法及取值不考虑掺冰制冷时：考虑掺冰制冷时：其中：T——新鲜混凝土的出机温度（℃）；Ta——骨料温度（℃），这样棚下同气温，特定月份日平均最高温度；Tc——水泥温度（℃，取70℃）；Tw——水温度（℃）；Twa——沙含水温度（℃，同气温）；Wa——骨料重量（kg）；Wc——水泥重量（kg）；Ww——税种量（kg）；Wwa——沙含水重量（kg）；Wi——冰片重量（kg）；C1——骨料及水泥比热；C2——水的比热。具体进行取值分析时，是以浇灌反应堆安全壳C40混凝土每立方米配合比为例，同时根据搅拌机制造厂家提供的混凝土搅拌摩擦热进行综合计算。从计算得知：仅通过掺加冰片即可获得理想的出机温度，从而确定购买l套制冰系统作为搅拌站的配套制冷设施的方案。第2节制冰能力的计算以6月份的天气条件作为采用掺冰方案的计算依据，但选择制冰能力时，还要考虑到一次最大浇筑量。这样，最不利的条件应是8月份，气温较高同时底板阶段一次性混凝土量都很大（约l400m3）。考虑到每立方米混凝土需掺加占拌和用水65%的冰，则总计需连续供冰0.65×148×1400=135t。搅拌站为2台额定能力为30m3/h的搅拌机，考虑75%的效率，则每小时产混凝土45m3，1400m3约需3lh浇灌完成。第3节实际选用的制冰能力及弥补措施为降低成本，充分利用制冷设备，仅选择日产18t的制冰能力及2座20t冰库。据推断，此能力在6月和8月的一次性最大浇灌量分别不能大于300m3和600m3。对此只能采取特殊措施加以弥补，以保证混凝土的入模温度。实际工作中采取如下措施：l.砂石堆场均加设遮阳棚，在供冰能力显然不足的底板阶段，于石子堆放处连续洒水降温，流水通过盲沟排走。尽可能避开正午时间浇灌，宜傍晚开始，于次日早晨结束。3.在搅拌站设50t水池，内投当地购买的机制冰块，以降低搅拌水的温度（一般控制在9~12℃之间）。4.对特大浇灌量，适当放慢浇灌速度，为制冰争取时间。5.根据气温的变化，及时调整掺冰量。如逢下半夜至次日凌晨，适当放大出机温度至28℃~30℃。6.混凝土搅拌运输车上部加设遮阳罩，运输途中往搅拌罐上喷水，以减少辐射热。第4章制冰系统选用立筒片状冰的制冰系统。为节省现场调式时间和安拆方便，主要装置放在5个集装箱中，接上水、电线路，便可制冰。其工艺流程如图3-21-2所示。该系统的特点是：选择2套9t制冰机，可防止因故障而全线停产。系统可迅速启动，并能连续7d一刻不停地产冰。冰片厚度在1.5~2mm，故无须延长搅拌时间便可迅速融化。4.每座制冰机由1台压缩机带动，被压缩后的高压氟利昂进入低压区一个直径约1.2m的碳钢筒壁上蒸发，上端往复式淌水，冷却成冰，再由中心旋转的齿刀将冰层刮下，并直落下方冰库中。可以通过调节齿刀的旋转速度来控制冰片的厚度。5.冰片落入冰库后，通过延时装置使冰把运作，将冰片均匀装布于冰库内，装满后通过限位开关立即停止制冰。一旦需要送冰，冰库后门开启，冰粗逐层将冰送入输送口，再通过鼓风传送，冰片沿铝管直达搅拌机上方临时储罐（容量2t）内待用。6.由于送冰系统与搅拌系统已实行联动，故操作员只需在搅拌控制室进行全自动控制。通过数码显示的混凝土的温度，在气温下降或上升时，通过电脑自动调节掺冰量。核电站预冷混凝土工程中，尽管制冰能力偏小，但通过采用各种较廉价的弥补措施调节混凝土的人模温度后完全符合设计要求，混凝土结构也未发现有害裂缝。因冬季较寒冷，要求搅拌站进一步降低混凝土的出机温度，以减少结构中心温度与外表温度之差，从而缩短混凝土强度增长期的保温时间，加速模板的周转，因此将出机温度定为l8~20℃。试验证明降低了人模温度，有利于混凝土的强度增长。