核電廠結(jié)構(gòu)模塊用自密實(shí)混凝土的經(jīng)濟(jì)性分析

聶 黎 明

(上海核工程研究設(shè)計(jì)院，上海 200233)

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核電廠結(jié)構(gòu)模塊用自密實(shí)混凝土的經(jīng)濟(jì)性分析

聶 黎 明

(上海核工程研究設(shè)計(jì)院，上海 200233)

從核電廠結(jié)構(gòu)模塊用自密實(shí)混凝土的特點(diǎn)及施工工藝出發(fā)，分析了其與普通混凝土施工的人材機(jī)消耗的差異，比較了兩者的直接和間接經(jīng)濟(jì)效益，綜合評(píng)估出自密實(shí)混凝土具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

結(jié)構(gòu)模塊，自密實(shí)混凝土，施工工藝，經(jīng)濟(jì)性

AP1000核電站是模塊化建造在國(guó)內(nèi)核電領(lǐng)域的首次實(shí)踐，其中結(jié)構(gòu)模塊以鋼板、槽鋼、角鋼、錨固釘?shù)绕唇有纬蓧w、樓板等結(jié)構(gòu)構(gòu)件，在工廠完成制作，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝，最后整體吊裝，吊裝就位后，對(duì)其墻體和樓板等灌注混凝土以形成完整的廠房結(jié)構(gòu)。若采用普通混凝土灌注，將無(wú)法解決混凝土的振搗和填充難題，也無(wú)法滿足核電工程對(duì)結(jié)構(gòu)抗震和安全等級(jí)的嚴(yán)格要求，采用自密實(shí)混凝土雖是一條可行之路，但其經(jīng)濟(jì)性的評(píng)估卻無(wú)成法可依。

1 自密實(shí)混凝土的特點(diǎn)及施工工藝

自密實(shí)混凝土(Self-Compacting Concrete，簡(jiǎn)稱SCC)，指混凝土拌合物不需要振搗僅依靠自重即能充滿模板、包裹鋼筋并能夠保持不離析和均勻性，達(dá)到充分密實(shí)和獲得最佳性能的混凝土，屬于高性能混凝土的一種。

1.1 一般自密實(shí)混凝土的特點(diǎn)及施工工藝

1)特點(diǎn)。a.拌合物應(yīng)具有良好流動(dòng)性、填充性和保水性。b.從原材料如水泥、摻合料、粗細(xì)骨料等的選取，到配合比的設(shè)計(jì)均需精心設(shè)計(jì)，還需添加外加劑以保持高流動(dòng)性、抗離析性、間隙通過(guò)性和填充性。

2)施工工藝。一般自密實(shí)混凝土與普通混凝土施工工藝的區(qū)別除了材料要求不同外，澆筑過(guò)程是否需要振搗也是重要的影響因素，普通混凝土需要投入人工和機(jī)械振搗，保證澆筑質(zhì)量。一般自密實(shí)混凝土的施工工藝如圖1所示。

1.2 結(jié)構(gòu)模塊用自密實(shí)混凝土的特點(diǎn)及施工工藝

1)特點(diǎn)及要求。AP1000 的模塊化施工特點(diǎn)對(duì)自密實(shí)混凝土的性能提出更具體的要求。

a.結(jié)構(gòu)模塊由結(jié)構(gòu)鋼板充當(dāng)混凝土模板，需要嚴(yán)格控制由于自密實(shí)混凝土施工過(guò)程中的側(cè)壓力對(duì)鋼板造成的變形。

b.有些結(jié)構(gòu)模塊結(jié)構(gòu)高大，混凝土最高需下落20 m，因此需采取措施保證混凝土下落后不產(chǎn)生離析。

c.對(duì)狹小空間的自密實(shí)混凝土的施工縫處理，采取傳統(tǒng)的鑿毛和沖毛的施工工藝都無(wú)法進(jìn)行操作，需要采取更有效的施工縫處理施工工藝。

d.核電工程對(duì)結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)要求為一級(jí)，需保證自密實(shí)混凝土澆筑后混凝土成品性能良好。

2)施工工藝。AP1000核電站的CA01，CA02，CA03，CA20模塊的混凝土澆筑均采用了自密實(shí)混凝土，施工部署、施工準(zhǔn)備、施工方法、質(zhì)保措施有相通之處，其中CA20模塊尺寸為20.5 m×13.4 m×20.9 m，既有模塊混凝土墻的澆筑，也有模塊混凝土板的澆筑，遇到的施工特點(diǎn)和難點(diǎn)最具典型性，施工流程如圖2所示。

2 自密實(shí)混凝土與普通混凝土的經(jīng)濟(jì)性比較

核電廠模塊化施工是對(duì)傳統(tǒng)施工工藝的革命性改革，對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)施工的組織和管理均產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，模塊化施工與傳統(tǒng)施工工藝之間的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不僅要考慮直接經(jīng)濟(jì)效益，還要考慮間接經(jīng)濟(jì)效益，本文不對(duì)模塊化施工的經(jīng)濟(jì)性做評(píng)估，僅評(píng)估模塊用自密實(shí)混凝土與普通混凝土之間由于材料差異以及由此而引起的施工工藝差異帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)性的差異。

2.1 直接效益比較

直接費(fèi)用包括混凝土材料費(fèi)用及澆筑費(fèi)用，自密實(shí)混凝土的材料配制過(guò)程及澆筑過(guò)程與普通混凝土均有不同。

2.1.1 混凝土制備價(jià)

核電廠通常自建混凝土攪拌站和土建實(shí)驗(yàn)室，不同的混凝土根據(jù)不同的配合比要求和試驗(yàn)要求進(jìn)行配制，生產(chǎn)合格的混凝土運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)。

核島預(yù)算定額中混凝土制備價(jià)按混凝土配合比計(jì)入，包含人工費(fèi)、材料費(fèi)、機(jī)械運(yùn)行維護(hù)費(fèi)、實(shí)驗(yàn)費(fèi)等。

普通混凝土選取C35石子31.5 mm的配合比，水泥、砂、石、水等單價(jià)參照核電廠核島預(yù)算定額材料基價(jià)；模塊用自密實(shí)混凝土也選取強(qiáng)度為C35的配合比，由于自密實(shí)混凝土配制時(shí)選材要求嚴(yán)格，尤其是砂和石，故考慮其單價(jià)分別較普通混凝土高20%和50%，粉煤灰和減水劑的價(jià)格按照市場(chǎng)價(jià)格水平計(jì)。自密實(shí)混凝土的配合比設(shè)計(jì)要求、性能試驗(yàn)要求和質(zhì)量要求比普通混凝土要高，需要投入更多的人力物力，故考慮人工費(fèi)上浮100%，機(jī)械費(fèi)上浮50%，實(shí)驗(yàn)費(fèi)上浮50%。

制備1 m3普通混凝土和自密實(shí)混凝土的價(jià)格比較情況見(jiàn)表1。

表1 混凝土制備價(jià)格比較

據(jù)測(cè)算，1 m3自密實(shí)混凝土的制備價(jià)格比普通混凝土的約高14.9%，今后隨著設(shè)計(jì)的成熟，自密實(shí)混凝土可確定更合理的配合比，選用更加高效的外加劑，充分利用成本低的粉煤灰等摻合料，提高質(zhì)量管理和控制水平，其制備價(jià)格有望持續(xù)下降。

2.1.2 混凝土澆筑費(fèi)用

混凝土從攪拌站制作到運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)后，還需經(jīng)過(guò)泵車或輸送泵輸送至澆灌點(diǎn)進(jìn)行澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)、施工縫鑿毛處理，一般自密實(shí)混凝土則不需要振搗，然而由于核電廠結(jié)構(gòu)模塊本身的特殊性，其施工工藝比一般自密實(shí)混凝土要復(fù)雜得多。

1)超高距離布料需要搭設(shè)串管，串管頂端布置漏斗，下部設(shè)置收口的泵管，隨著混凝土的澆筑逐步提升泵管。

2)模塊吊裝前后及自密實(shí)混凝土澆筑前均需進(jìn)行施工縫清理，吊裝后及混凝土澆筑前的清理均屬受限空間操作，人工降效嚴(yán)重。

3)盡管不需要振搗機(jī)械，在墻體的門洞處仍需適當(dāng)采取橡膠錘敲擊輔助振搗措施，以保證混凝土的密實(shí)。

4)模塊變形的監(jiān)測(cè)，泌水的處理均需要增加相應(yīng)的人工和輔材。

5)泵管的搭拆應(yīng)盡可能利用原有的平臺(tái)及通道，必要時(shí)需搭設(shè)腳手架，澆筑的料斗必要時(shí)需要塔吊配合。

6)為了保證在模塊受限空間內(nèi)澆筑混凝土的安全性，進(jìn)入內(nèi)部操作的人員須進(jìn)行受限空間培訓(xùn)，同時(shí)采取照明、通風(fēng)、防墜器、氣體檢測(cè)等安全措施。

7)模塊自密實(shí)混凝土的應(yīng)用在我國(guó)尚屬先例，除了一般的常規(guī)檢測(cè)外，為驗(yàn)證其性能及施工方案所做的各種模擬試驗(yàn)為一般自密實(shí)混凝土所無(wú)。

根據(jù)上述分析，模塊用自密實(shí)混凝土的澆筑費(fèi)用與普通混凝土澆筑費(fèi)用比較見(jiàn)表2。

據(jù)表2的比較情況，澆筑1 m3模塊用自密實(shí)混凝土比普通混凝土的直接工程費(fèi)約高49%，全費(fèi)用綜合單價(jià)約高53%。而如果不考慮模塊混凝土的特殊性，其直接工程費(fèi)僅比普通混凝土約高6.7%。

2.1.3 直接成本降低的可能性

由于核電廠初次采用模塊化施工，模塊用自密實(shí)混凝土的設(shè)計(jì)和施工均不是很成熟，隨著經(jīng)驗(yàn)的積累，配合比設(shè)計(jì)和施工方案持續(xù)優(yōu)化，施工管理水平不斷提高，相應(yīng)的材料費(fèi)及人工和機(jī)械的消耗有望進(jìn)一步下降。根據(jù)前面的分析，影響直接成本的因素有自密實(shí)混凝土的材料設(shè)計(jì)試驗(yàn)費(fèi)、混凝土澆筑人工消耗、混凝土施工的試驗(yàn)費(fèi)等，1 m3自密實(shí)混凝土直接成本的敏感性分析見(jiàn)圖3。

表2 普通混凝土與模塊自密實(shí)混凝土澆筑費(fèi)用比較

根據(jù)分析，模塊自密實(shí)混凝土的直接成本的敏感性因素是澆筑的人工消耗及材料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)費(fèi)，這就需要嚴(yán)格控制施工現(xiàn)場(chǎng)的人工消耗，有效降低材料的制備價(jià)格，以節(jié)約成本。在上述兩個(gè)敏感因素降低40%的情況下，1 m3模塊自密實(shí)混凝土的直接成本約1 450元，降低約23%，僅比普通混凝土的直接成本高約18%。

2.2 間接效益比較

模塊采用自密實(shí)混凝土澆筑，直接成本會(huì)有一定提升，但可帶來(lái)巨大的間接效益：

1)施工的自動(dòng)化程度高，可以加快施工進(jìn)度，縮短工期，節(jié)約了工期，就是節(jié)約了人工和機(jī)械的費(fèi)用。

2)解決現(xiàn)澆混凝土施工難題，確?；炷恋馁|(zhì)量。結(jié)構(gòu)模塊內(nèi)部空間狹小，鋼筋、管道密集，不具備振搗的條件，采用自密實(shí)混凝土可解決澆筑的難題，有效避免因現(xiàn)場(chǎng)施工人員人為因素、施工管理等原因造成的混凝土施工質(zhì)量問(wèn)題，進(jìn)而生產(chǎn)出品質(zhì)均勻無(wú)缺陷的優(yōu)質(zhì)混凝土，從而大幅提升構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的可靠度，提高混凝土的耐久性，減少或避免用于缺陷修補(bǔ)和維護(hù)的費(fèi)用。從這個(gè)角度看，自密實(shí)混凝土的質(zhì)量效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通混凝土。

3)具有良好的環(huán)境效益。應(yīng)用自密實(shí)混凝土可以改善工作環(huán)境，消除因振搗帶來(lái)的噪聲；節(jié)約水泥用量，有效減少水泥生產(chǎn)中的CO2,SO2,NOX等有害氣體和廢渣的排放。

4)保障施工人員的生命安全和身體健康。結(jié)構(gòu)模塊采用自密實(shí)混凝土施工，可以免除在一些狹小的空間或結(jié)構(gòu)復(fù)雜地區(qū)的人工作業(yè)，有利于保障施工人員的生命安全和身體健康。

3 結(jié)論及建議

模塊用自密實(shí)混凝土的直接成本明顯增加，但同時(shí)帶來(lái)無(wú)法衡量的質(zhì)量和環(huán)境效益，總體上看還是經(jīng)濟(jì)的。

對(duì)于模塊化施工這種優(yōu)良的、處于萌芽狀態(tài)的、在生產(chǎn)力發(fā)展過(guò)程中富有標(biāo)桿作用的新興工藝，分析其經(jīng)濟(jì)成本的時(shí)候應(yīng)充分考慮之后成本降低的空間，做出更為長(zhǎng)遠(yuǎn)的分析。

[1] 張仕兵，劉學(xué)良，鄧國(guó)平，等.AP1000核電站超厚超高大型結(jié)構(gòu)模塊自密實(shí)混凝土施工關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用[J].施工技術(shù),2014,43(3):91-95.

[2] 雷 杰.自密實(shí)混凝土在核電站模塊化施工中的應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2011，40(S1)：118-120.

[3] 李 偉，陳海波，叢成河，等.AP1000核電自密實(shí)混凝土原材料的質(zhì)量控制[J].建材發(fā)展導(dǎo)向(下)，2013(22)：71-72.

[4] 齊永順，楊玉紅，尹 兵.應(yīng)用自密實(shí)高性能混凝土的經(jīng)濟(jì)性分析[J].鐵道建筑，2007(3)：100-101.

[5] 楊玉紅，李 悅，郭 奇.自密實(shí)混凝土的工程應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)性分析[J].新型建筑材料，2006(12)：10-12.

[6] 陳彥文，張文庭，蔡 鵬.自密實(shí)混凝土配合比優(yōu)化試驗(yàn)研究[J].混凝土，2013(9)：97-99.

[7] NB/T 20358.1—2015，核電廠建設(shè)工程預(yù)算定額[S].

[8] NB/T 20355—2015，核電廠建設(shè)工程核島建筑安裝工程費(fèi)用定額[S].

On economical analysis of self-compacting concrete in structural model in nuclear plants

Nie Liming

(ShanghaiNuclearEngineeringResearchandDesignInstitute,Shanghai200233,China)

From the features of the self-compacting concrete in structural model of nuclear plants and their construction crafts, the paper analyzes its differences from the common concrete construction in the aspect of the consumption of workers, materials and machine, compares the direct and indirect economic benefits of the two schemes, and has the comprehensive evaluation of the self-compacting concrete has better economical performance.

structural model, self-compacting concrete, construction craft, economical performance

1009-6825(2016)11-0234-03

2016-02-02

聶黎明(1983- )，男，碩士，工程師

TM623

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