徐富东
（江苏中核华兴工程检测有限公司，广西，防城港，538003）
（CHINA NUCLEAR INDUSTRY HUAXING CONSTRUCTION COMPANY）
【摘 要】有假凝的水泥会出现早期凝固，将影响到预应力管道灌浆施工，严重的会出现质量事故。因此在我国CPR1000核电站技术规格书中不仅明确规定预应力水泥不能有假凝，也提供了水泥假凝的试验方法和判断标准。本文介绍了CPR1000核电站预应力工程用水泥假凝的控制方法，为核电站预应力灌浆用浆体提供质量保证。
【关键词】预应力水泥；浆体；假凝；质量控制
【Abstract】Early solidification in the false set cement, will affect the prestressed pipeline grouting construction and will be serious quality accident. So the technical specifications for CPR1000 nuclear power plants in our country explicitly stipulate that prestressed cement can not have false clots, also provide a test method and criteria for false setting of cement. This paper introduces a control method of cement false coagulation for prestressed engineering, and provides quality assurance for prestressed grouting slurry in the CPR1000 nuclear power plant.
【Key words】Prestressed cement；slurry；false set；Quality control
引言
我国现行建材行业标准JC/T602-2009《水泥早期凝固检验方法》规定了水泥早期凝固检验和判定的一般原则，与美国的ASTMC有关标准检测方法一致性程度为修改采用，其试验方法和结果判定比较复杂，我国现行水泥国家标准和水泥厂也并没有将水泥假凝作为出厂的控制指标。水泥假凝的存在将影响到浆体的流变性能，使浆体失去流动性，影响预应力灌浆的施工。本文依据核电站技术书提供的试验方法来检测，并做出有无假凝的判定。
1．水泥假凝的几种原因
定义：假凝是指水泥的一种不正常的早期固化或过早变硬现象。浆体在经剧烈搅拌后又可以恢复塑性，并达到正常凝结，对浆体强度并无不利影响，但会给施工带来直接的影响。
影响水泥假凝的因素主要有：一是生产控制因素，如水泥中C3A含量过高、石膏掺量过多、石膏脱水、水泥比表面积过细，水化速度加快，水泥颗粒表面存在的相反电荷，这种表面颗粒相互作用的结果使得浆体产生触变性假凝。二是水泥存贮的环境，如果水泥出机温度过高，会使得二水石膏缓慢脱水，出现出厂时没有假凝，存储一段时间有可能再出现假凝。也有人指出，假凝是水泥在较高的湿度中因大气使得C3S活化而引起的。
2．水泥假凝对预应力浆体的影响
影响预应力浆体流变性能的因素很多，如原材料的质量、生产设备及生产工艺、投料顺序、搅拌时间、浆体温度等等，而水泥假凝对浆体的流变性产生直接的危害。CPR1000核电站工程一个安全壳预应力管道灌浆需用预应力专用水泥约450t，正常施工周期为6个月。预应力工程施工流程是：预应力管道穿索——张拉——管道密封性试验——合格后灌浆，并且一批验收合格的管道必须在15天内完成灌浆[1]，要一次性连续灌完，按每盘制浆量0.5m3计算，一次需要生产浆体20盘左右。期间如果水泥有假凝，将使得浆体在短时间内失去流动性，使得浆体无法泵送而堵泵；如果在管道内发生假凝，将会使预应力管道堵塞，造成无法挽回的损失，也是严重的质量事故。因此在核电站预应力浆体试验大纲中明确规定用于预应力管道灌浆的水泥不得有假凝[2]。表1是有假凝和无假凝两种水泥浆体流变情况对比结果。
表1 有假凝和无假凝两种水泥浆体的检测结果
3．假凝的测试方法和结果
CPR1000核电站沿用的是法国的核电技术，核电技术规格书是在法国核电技术的基础上编制而成。目前我国内各种型号的水泥对水泥假凝无特别要求。因此我们参照法国核电标准，对核电预应力水泥进行假凝控制，也取得了很好的效果。法标规定水泥假凝的测试方法主要是：称取一定量的水泥和水，用GB／T1346-2011《水泥标准用水量、凝结时间、安定性检验方法》中的水泥净浆搅拌机，按照规定的投料顺序和搅拌时间，将搅拌好的水泥立即装入截锥模中，用维卡仪分别测试5min、10min、15min的试针下沉深度。如果测得第15min时的试针下沉离试模底板的距离为0mm，则认为该批水泥无假凝[3]。
如前所述，我们使用的预应力水泥，厂家也是不做假凝试验的，出厂报告中也没有假凝的控制指标。不过，为了能给核电站提供合格的无假凝水泥，该水泥厂家前期已经做了大量的试生产和调试，现在基本能做到对水泥假凝的控制。为了避免进场水泥有假凝，我们采取了去水泥厂家，在水泥厂家的配合下，对水泥生产过程进行控制的措施。表2是我们在某水泥厂测试水泥的假凝结果。
表2 不同生产线取样假凝测试结果
4．测试结果分析
水泥取样频率为从生产线上每1h取样一次，试验一式两份，一份供现场检测，一份厂家留样。试样送至试验室，冷却至室温后马上进行检测。从表2中我们发现：一、生产正常后，无论是3#磨还是4#磨，生产的水泥基本无假凝，且质量稳定；二、对于综合样，出现了三种不同的结果。3#磨的Y533综合样，用在试验室内无密封状态下、自然冷却3h后的余样混均后测试，无假凝；4#磨的Y538综合样1，用在试验室内无密封状态下、自然冷却11h后的余样混均后测试，结果试针距离试模底板31mm，有假凝，且很严重；点样无假凝，而综合样却出现了严重的假凝现象。为了找出原因，我们用厂家同时段留存的密封样Y538综合样2检测，结果没有假凝。
为了排除试验结果的偶然性，我们对点样和三份综合样进行了复检，结果发现，此时在试验室内自然冷却的未密封样品，无论点样还是综合样均出现了不同程度的假凝，而厂家密封保存的综合样复检结果没有假凝。图表1是点样和综合样的假凝检测结果柱状图，直观反映了不同样品有无假凝的情况。
图表 1点样和综合样假凝 检测结果
同一时间段取样检测，为何出现这种现象呢？原因出在样品的存储上面。由于试验室内的综合样，是在自然状态下冷却的，当时试验室内的温度为20.6℃～21.1℃，湿度62%～73%，水泥在较高的湿度中因大气使得C3S活化而引起假凝。水泥颗粒表面吸附了空气中的水汽，在拌合期间，这些新生的活化的表面会非常迅速地与更多的水化合，这种快速水化会产生假凝。这就是密闭封存的试样没有假凝，而自然冷却的试样有假凝的原因。至于3#磨Y533综合样初检没有假凝，是因为该综合样从取样到试验间隔3h，短时间内还不能产生吸附水后的反应，因而也没有假凝。这一现象验证了英国A.M.内维尔《混凝土的性能》中提出的水泥假凝的理论[4]。
5．核电站预应力用水泥的假凝控制
5.1出厂控制
首先要对出厂水泥进行假凝控制。要求厂家对粉磨的温度、水泥中C3A含量、石膏掺量、水泥比表面积等均加以控制，从而保证生产出无假凝的水泥。在厂家生产线上抽样检测结果表明，该厂家已经基本掌握了控制水泥假凝的生产工艺。
5.2进场控制
水泥进场后，需要对进场水泥取样进行假凝复检，并按照施工配合比在试验室和预应力搅拌站搅拌浆体，进行实体验证，确保浆体性能符合技术要求，才能入库或入罐存储。
5.3存储条件控制
根据施工进度和当地的气候条件，选择使用袋装或散装水泥。施工进度快，水泥进场存贮时间短，预应力搅拌站浆体生产工艺允许，可以使用袋装水泥。而对于核电站预应力施工，预应力搅拌站为集中生产的自动化生产设备，水泥采用散装，存储在水泥罐中，防水防潮，密闭性好。尽管如此，根据标准要求，超过3个月的水泥需要复检合格后方能使用。
5.4过程检测
如前所述，存储期间的水泥也可能出现假凝。为了预防使用有假凝的水泥，预应力搅拌站浆体生产实行“二次成浆”工艺，对每盘制成的浆体先静置一段时间，再进行二次搅拌。同时，对每盘出机的浆体都要进行流动度和温度检测，浆体必须满足流动度和温度要求后，才能进行灌浆施工，不合格的浆体必须报废。当连续两盘不合格，要停止搅拌，分析原因后才能继续生产。同时，对运输到现场的浆体，在灌浆期间还要进行流动度和温度复检，确保每一次灌浆的浆体都合格。
6．小结
在我国有关水泥标准中，目前还没有对水泥假凝提出具体要求，有假凝的水泥对混凝土工程的影响还需要进一步研究。而在我国核电站预应力工程中，对水泥假凝都有严格的控制指标。预应力管道内除了钢绞线，就是浆体了，用浆体将钢绞线保护起来，纵横交错的预应力管道像“金箍”一样，在安全壳的四周像蜘蛛织网，把安全壳紧紧的箍起来，和安全壳混凝土形成一个整体，成为核电站最后一道安全屏障。所以，控制好水泥的质量，是确保浆体质量的关键，而假凝的控制又是预应力水泥质量控制的关键。因此，为了确保预应力浆体的质量，水泥假凝的控制显得尤其重要。
某核电站预应力工程所用水泥，采取以上方法和措施控制假凝，取得了很好的效果。一期预应力工程共用无假凝水泥约900t，历时11个月，顺利完成了两个核岛的预应力灌浆施工，没有发生一起由于水泥假凝造成的施工质量事故，确保了预应力工程的质量。
参考文献：
[1]CPR1000核电站技术规格书B.T.S 6.03
[2]CPR1000核电站预应力浆体试验大纲
[3]CPR1000核电站预应力水泥进场检验工作程序
[4][英]A.M.内维尔 2011年4月第一版 《混凝土的性能》P.13～14
作者简介：
徐富东，男，1964年8月28日出生，江苏仪征人，工程师，试验室主任，目前在某核电站从事核电土建工程质量检测和施工质量控制。
论文作者:徐富东
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年8月供稿
论文发表时间:2015/12/4
标签：水泥论文; 预应力论文; 核电站论文; 管道论文; 厂家论文; 核电论文; 试验室论文; 《工程建设标准化》2015年8月供稿论文;