南方沿海三代核电站非核部分混凝土结构耐久性设计参数研究.pdf
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1、2 0 1 2年 第 7 期 (总 第 2 7 3 期 ) N u mb e r 7 i n 2 0 1 2 ( To t a l No 2 7 3 ) 混 凝 土 Con c r e t e 理论研究 THE0RETI CAL RES E ARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 0 7 0 1 0 南方沿海三代核电站非核部分混凝土结构耐久性 设计参数研究 周玉 , ,郭文瑛 盈 ,王日云 ,杨医博 2 a ,b ,王恒昌矗 ( 1 广东省电力设计研究 院,广东 广州 5 1 0 6 6 3 ;2 华南理工大学 a 土木
2、与交通学院 ; b 亚热带建筑科学国家重点实验 室,广东 广州 5 1 0 6 4 0 ) 摘要: 近年来我国核电技术逐渐从二代和二代半向三代转变。 与二代及二代半核电不同, 三代核电机组设计寿命为 6 O 年, 相应的其非核 部分混凝土结构的设计使用年限也需达到 6 O 年, 但目 前相关标准中没有 6 O 年设计使用年限的具体耐久性设计参数。 针对这一问题, 通过对 相关标准、 典型海工工程中混凝土结构耐久性设计参数的分析, 提出了 南方沿海三代核电站非核部分混凝土结构耐久性设计参数。 关键词: 南方沿海;三代核电站;非核部分;混凝土结构;耐久性设计参数 中图分 类号: T U5 2 8
3、0 l 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 7 0 0 3 1 0 3 St udy on t he du r ab i l i t y d es i gn pa r ame t er o f con c r e t e s t r uc t ur e f or s ou t h co as t a l t hi r d-ge ne r a t i on n uc l e ar po w e r sta t i on non nuc l e ar c onstr uc t i on i n Chi na ZHOUYu , GUO We
4、n- y i n g , WANG Ri - yu n , YANG Yi b o , WANGHe n g- c h a n g ( 1 G u a n g d o n gE l e c t ric P o we r D e s i g nI n s t i t u t e , G u a n g z h o u 5 1 0 6 6 3 , C h i n a ; a S c h o o l o f Ci v i l En g i n e e r i n g a n d Tr an s p o r t a t i o n; b T h e S t a t e Ke yL a b o r a
5、t o r yo f S u b t r o p i c a l Ar c h i t e c t u r e S c i e n c e i n S o u t hC h i n a Un i v e r s i t yo f T e c h n o l o g y , Gu a n g z h o u 5 1 0 6 4 0 , C h i n a ) Abst r a c t :Th e n u c l e a r p o we r s t i o n t e c h no l o g y i s c h a ng i n g t o thi r d g e n e r a t i o
6、n i n China Be c a u s e the d e s i g n e d l i f e o f t h i r d g e n e r a t i o n n u c l e ar p o we r s mt i o ni s 6 0y e ars , t h ed e s i gn e dl i f eo f n uc l e a r p o we r s t a t i o nn o n n u c l e ar c o n s t r u c t i o nb u i l d i n gi sn e e dr e a c ht o6 0y e ars a l s o B
7、yt he i n v e s t i g a t i o n o n the d u r a b i l i ty d e s i gn p a r a me t e r o f c o n c r e t e s t r u c t u r e o f r e l me d s t a n d ard a n d t y p i c a l ma rin e c i v i l e n g i n e e r i n g, p r e s e n t the r e c o mme n d a t i o n s o f the d u r a b i l i tyd e s i gn p
8、 aram e t e r o f c o n c r e t e s t r u c t u r e f o r s o u t h c o a s t a l t h i r d - g e n e r a t i o n n u c l e arp o we r s t a t i o n n o n n u c l e a r c o n s t r u c t i o n K e ywo r d s : s o u t h c o a s t a l ; thi r d - g e n e r a t i o n n u c l e ar p o w e r s t a t i o
9、n ; n o n n u e l e ar c o n s t r u c t i o n ; c o n c r e t e s t r u c t u r e ; d u r a b i l i ty d e s i gn p ara me t e r 0 引言 从 1 9 8 4年秦山核电站开工, 核能在我国迅速发展, 并已经 初步形成了浙江秦山、 广东大亚湾和江苏田湾 3个核电基地。 为保障我国能源供给, 我国正开始进行大规模的核电站建设【 , 其中南方沿海地区是核电发展的重点区域, 在建和待建的有福 建宁德、 广东陆丰、 岭澳、 台山、 阳江、 广西防城港等核电站。 大亚湾核电站和
10、岭澳核电站( 一期) 核电机组均采用第二 代核电技术 , 并按照欧洲标准设计。 岭澳核电站( 二期 ) 核电机 组采用的是二代半中广核集团具有 自主品牌的中国改进型压 水堆核电技术路线 C P RI O 0 0 核电技术, 其设计寿命均为 4 0年。 从 2 0 0 3年开始, 我国开始采用第三代核电技术 , 台山核电站采 用的就是三代核电技术3 】 , 其设计寿命为 6 0年, 相应的其非核 部分混凝土结构的设计使用年限也需达到 6 O 年。 南方沿海核电站所处环境为海洋氯化物环境, 应对混凝土 结构进行耐久性设计, 但 目前我国相关标准中没有 6 0年设计使 用年限的具体耐久性设计参数。
11、针对这一问题, 广东省电力设计 研究院联合华南理工大学土木工程系开展了专题研究。 通过对 相关标准、 典型海工工程中混凝土结构耐久性设计参数的分析 研究, 提出了南方沿海三代核电站非核部分混凝土结构耐久性 设计参数。 1 相关标准中混凝土结构耐久J陛 设计参数的规定 沿海钢筋混凝土建筑物中钢筋易受到氯离子侵蚀而导致 钢筋锈蚀和建筑物过早破坏。 为提高我国沿海混凝土结构耐久 寿命, 2 0 0 0年以后我国相关部委、 行业协会、 地方分别颁布实施 了混凝土结构耐久性相关规范, 包括有交通部 J T J 2 7 5 -2 0 0 0 海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范 、 中国土木工程学会 C C
12、E S叭一2 0 0 4 混凝土结构耐久性设计与施工指南 、 铁道部 铁建设 2 0 0 5 1 5 7号 铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定 、 交通部 J T G T B 0 7 _ _ o 1 2 0 0 6 公路工程混凝土结构防腐蚀技术 规范 、 住房与城乡建设部 G B T 5 0 4 7 6 -2 0 0 8 混凝土结构耐久 性设计规范 、 广东省质量技术监督局 DB 4 4 f r 5 6 6 -2 0 0 8 ( 抗海 水腐蚀混凝土应用技术导则 和国家能源局 D U T 5 2 4 1 -2 0 1 0 水工混凝土耐久性技术规范 等。 另外 , 在相关设计规范中, 也有耐久性设计
13、参数的内容, 如 收稿 日期 :2 0 1 2 - 0 1 - 2 6 基金项 目:2 0 0 9 年度广东省粤港关键领域重点突破项 目( 2 0 0 9 A0 1 1 6 0 3 0 0 2) ; 广东省 电力设计研究院科 研项 目 31 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m s L 1 9 1 2 0 0 8 水工混凝土结构设计规范 、 D L T 5 0 5 7 -2 0 0 9 水工混凝土结构设计规范 、 GB 5 0 0 1 0 - - 2 0 1 0 ( 混凝土结构设计 规范 等。 在上述标准中, 对混凝土结构耐久性设计参数的规定只有 针对设计使用年限为
14、5 O 年、 7 O 年和 1 0 0 年的, 未有设计使用年 限为 6 0年的。 混凝土结构耐久性设计参数主要包括原材料质 量要求、 胶凝材料用量、 矿物掺合料种类和掺量、 最大氯离子含 量、 碱含量、 最低强度等级、 最大水胶比、 保护层最小厚度、 混凝 土抗氯离子侵入性指标、 防腐蚀附加措施等方面。 通过对上述标准中混凝土结构耐久性设计参数的对比分 析。 可得如下结论: ( 1 ) 为达到一定的设计使用年限, 需设定混凝土最大水胶 比、 抗氯离子侵人性和保护层最小厚度 , 当上述 3个指标中一 个变化时, 可通过调整其他指标来满足设计使用年限要求。 ( 2 ) 在同样设计使用年限时, 随
15、着环境等级的增加, 需采用 降低水胶比、 提高混凝土强度等级和抗氯离子侵入性指标、 增加 保护层厚度等措施。 在同样环境等级时, 随着设计使用年限增加, 也需采用类似技术措施。 ( 3 ) 与板墙等面形构件相比, 在同样设计使用年限和环境 作用等级下, 采用同样水胶比和性能的 昆 凝土, 梁柱等条形构 件的保护层最小厚度通常需增加 5 mm。 对大截面柱、 墩等构 件 , 需增加保护层最小厚度。 当采用预制件时, 可降低保护层最 小厚度 。 ( 4 ) 在不同标准中, 同样设计使用年限和环境作用等级所 对应的混凝土强度等级、 最大水胶 比、 抗氯离子侵入性指标存 在差异。 相同最大水胶比对应的
16、混凝土最低强度等级存在较大 差异。 以水胶比0 4为例, 不同标准中对应的最低强度等级从C 3 0 至 C4 5 。 ( 5 ) 采用防腐蚀附加措施, 可在一定设计使用年限时降低 混凝土保护层最小厚度或增加严酷环境条件下的结构设计使 用年限。 从胶凝材料水化和硬化角度考虑, 采用低水胶比和大掺量 矿物掺合料的混凝土抗氯离子性能较高, 而强度等级与混凝土 抗氯离子性能的相关性较差, 强度等级多是作为一种辅助指标。 在采用大掺量矿物掺合料混凝土时, 应主要保证混凝土的水胶 比和抗氯离子性能。 考虑到提高混凝土的抗氯离子性能, 需采用优质原材料和 降低水胶比等方法 , 其难度较大, 且较低水胶 比的
17、混凝土养护 不 良时易收缩开裂 , 从而影响混凝土结构 耐久 寿命 。 因此对 于设 计使用寿命 6 0 年的南方三代核电厂而言, 宜采用适当增加保护 层厚度的方式。 综合上述标准要求和考虑, 对于海洋环境下设计使用寿命 6 0 年的核电站非核部分混凝土结构, 初步提出如下耐久性设计 参数 : ( 1 ) 混凝土采用优质原材料 , 采用非碱活性骨料, 混凝土中 碱含量不超 过 2 5 k g m, 。 ( 2 ) 混凝土中最大氯离子含量限值( 水溶性氯离子与胶凝 材料质量比) 取 0 0 6 。 ( 3 ) 胶凝材料中矿物掺合料总掺量应大于 5 0 , 宜以矿渣微 粉为主要矿物掺合料, 可掺加
18、少量的粉煤灰和硅灰。 胶凝材料宜 使用水泥厂采用优质原材料和优化矿物掺合料比例制备的专用 水泥。 混凝士中胶凝材料最大和最小限值按 G B T 5 0 4 7 6 - - 2 0 0 8 混凝土结构耐久性设计规范 的规定执行。 ( 4 ) 混凝土的最小强度等级、 最大水胶比、 抗氯离子性能和 保护层最小厚度规定应符合表 I 的规定。 在环境作用等级为 E 和 F时, 应采用防腐蚀附加措施。 表 1 南方沿海三代核电站混凝土性能和保 护层最小厚度初步规定 环境作 最小强最大 保护层最小厚度 mm 2 8 d D 用等级 度等级 水胶 比 板 、 墙等面形构件 梁 、 柱等条形构件 ( 1 mV
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