核电厂结构模块用自密实混凝土的经济性分析

聂 黎 明

(上海核工程研究设计院，上海 200233)



·建设经济·

核电厂结构模块用自密实混凝土的经济性分析

聂 黎 明

(上海核工程研究设计院，上海 200233)

从核电厂结构模块用自密实混凝土的特点及施工工艺出发，分析了其与普通混凝土施工的人材机消耗的差异，比较了两者的直接和间接经济效益，综合评估出自密实混凝土具有良好的经济性。

结构模块，自密实混凝土，施工工艺，经济性

AP1000核电站是模块化建造在国内核电领域的首次实践，其中结构模块以钢板、槽钢、角钢、锚固钉等拼接形成墙体、楼板等结构构件，在工厂完成制作，现场进行拼装，最后整体吊装，吊装就位后，对其墙体和楼板等灌注混凝土以形成完整的厂房结构。若采用普通混凝土灌注，将无法解决混凝土的振捣和填充难题，也无法满足核电工程对结构抗震和安全等级的严格要求，采用自密实混凝土虽是一条可行之路，但其经济性的评估却无成法可依。

1 自密实混凝土的特点及施工工艺

自密实混凝土(Self-Compacting Concrete，简称SCC)，指混凝土拌合物不需要振捣仅依靠自重即能充满模板、包裹钢筋并能够保持不离析和均匀性，达到充分密实和获得最佳性能的混凝土，属于高性能混凝土的一种。

1.1 一般自密实混凝土的特点及施工工艺

1)特点。a.拌合物应具有良好流动性、填充性和保水性。b.从原材料如水泥、掺合料、粗细骨料等的选取，到配合比的设计均需精心设计，还需添加外加剂以保持高流动性、抗离析性、间隙通过性和填充性。

2)施工工艺。一般自密实混凝土与普通混凝土施工工艺的区别除了材料要求不同外，浇筑过程是否需要振捣也是重要的影响因素，普通混凝土需要投入人工和机械振捣，保证浇筑质量。一般自密实混凝土的施工工艺如图1所示。

1.2 结构模块用自密实混凝土的特点及施工工艺

1)特点及要求。AP1000 的模块化施工特点对自密实混凝土的性能提出更具体的要求。

a.结构模块由结构钢板充当混凝土模板，需要严格控制由于自密实混凝土施工过程中的侧压力对钢板造成的变形。

b.有些结构模块结构高大，混凝土最高需下落20 m，因此需采取措施保证混凝土下落后不产生离析。

c.对狭小空间的自密实混凝土的施工缝处理，采取传统的凿毛和冲毛的施工工艺都无法进行操作，需要采取更有效的施工缝处理施工工艺。

d.核电工程对结构抗震等级要求为一级，需保证自密实混凝土浇筑后混凝土成品性能良好。

2)施工工艺。AP1000核电站的CA01，CA02，CA03，CA20模块的混凝土浇筑均采用了自密实混凝土，施工部署、施工准备、施工方法、质保措施有相通之处，其中CA20模块尺寸为20.5 m×13.4 m×20.9 m，既有模块混凝土墙的浇筑，也有模块混凝土板的浇筑，遇到的施工特点和难点最具典型性，施工流程如图2所示。

2 自密实混凝土与普通混凝土的经济性比较

核电厂模块化施工是对传统施工工艺的革命性改革，对整个设计施工的组织和管理均产生了深远的影响，模块化施工与传统施工工艺之间的经济性评估是一项复杂的系统工程，不仅要考虑直接经济效益，还要考虑间接经济效益，本文不对模块化施工的经济性做评估，仅评估模块用自密实混凝土与普通混凝土之间由于材料差异以及由此而引起的施工工艺差异带来的经济性的差异。

2.1 直接效益比较

直接费用包括混凝土材料费用及浇筑费用，自密实混凝土的材料配制过程及浇筑过程与普通混凝土均有不同。

2.1.1 混凝土制备价

核电厂通常自建混凝土搅拌站和土建实验室，不同的混凝土根据不同的配合比要求和试验要求进行配制，生产合格的混凝土运输至施工现场。

核岛预算定额中混凝土制备价按混凝土配合比计入，包含人工费、材料费、机械运行维护费、实验费等。

普通混凝土选取C35石子31.5 mm的配合比，水泥、砂、石、水等单价参照核电厂核岛预算定额材料基价；模块用自密实混凝土也选取强度为C35的配合比，由于自密实混凝土配制时选材要求严格，尤其是砂和石，故考虑其单价分别较普通混凝土高20%和50%，粉煤灰和减水剂的价格按照市场价格水平计。自密实混凝土的配合比设计要求、性能试验要求和质量要求比普通混凝土要高，需要投入更多的人力物力，故考虑人工费上浮100%，机械费上浮50%，实验费上浮50%。

制备1 m3普通混凝土和自密实混凝土的价格比较情况见表1。

表1 混凝土制备价格比较

据测算，1 m3自密实混凝土的制备价格比普通混凝土的约高14.9%，今后随着设计的成熟，自密实混凝土可确定更合理的配合比，选用更加高效的外加剂，充分利用成本低的粉煤灰等掺合料，提高质量管理和控制水平，其制备价格有望持续下降。

2.1.2 混凝土浇筑费用

混凝土从搅拌站制作到运至施工现场后，还需经过泵车或输送泵输送至浇灌点进行浇筑、振捣、养护、施工缝凿毛处理，一般自密实混凝土则不需要振捣，然而由于核电厂结构模块本身的特殊性，其施工工艺比一般自密实混凝土要复杂得多。

1)超高距离布料需要搭设串管，串管顶端布置漏斗，下部设置收口的泵管，随着混凝土的浇筑逐步提升泵管。

2)模块吊装前后及自密实混凝土浇筑前均需进行施工缝清理，吊装后及混凝土浇筑前的清理均属受限空间操作，人工降效严重。

3)尽管不需要振捣机械，在墙体的门洞处仍需适当采取橡胶锤敲击辅助振捣措施，以保证混凝土的密实。

4)模块变形的监测，泌水的处理均需要增加相应的人工和辅材。

5)泵管的搭拆应尽可能利用原有的平台及通道，必要时需搭设脚手架，浇筑的料斗必要时需要塔吊配合。

6)为了保证在模块受限空间内浇筑混凝土的安全性，进入内部操作的人员须进行受限空间培训，同时采取照明、通风、防坠器、气体检测等安全措施。

7)模块自密实混凝土的应用在我国尚属先例，除了一般的常规检测外，为验证其性能及施工方案所做的各种模拟试验为一般自密实混凝土所无。

根据上述分析，模块用自密实混凝土的浇筑费用与普通混凝土浇筑费用比较见表2。

据表2的比较情况，浇筑1 m3模块用自密实混凝土比普通混凝土的直接工程费约高49%，全费用综合单价约高53%。而如果不考虑模块混凝土的特殊性，其直接工程费仅比普通混凝土约高6.7%。

2.1.3 直接成本降低的可能性

由于核电厂初次采用模块化施工，模块用自密实混凝土的设计和施工均不是很成熟，随着经验的积累，配合比设计和施工方案持续优化，施工管理水平不断提高，相应的材料费及人工和机械的消耗有望进一步下降。根据前面的分析，影响直接成本的因素有自密实混凝土的材料设计试验费、混凝土浇筑人工消耗、混凝土施工的试验费等，1 m3自密实混凝土直接成本的敏感性分析见图3。

表2 普通混凝土与模块自密实混凝土浇筑费用比较

根据分析，模块自密实混凝土的直接成本的敏感性因素是浇筑的人工消耗及材料设计实验费，这就需要严格控制施工现场的人工消耗，有效降低材料的制备价格，以节约成本。在上述两个敏感因素降低40%的情况下，1 m3模块自密实混凝土的直接成本约1 450元，降低约23%，仅比普通混凝土的直接成本高约18%。

2.2 间接效益比较

模块采用自密实混凝土浇筑，直接成本会有一定提升，但可带来巨大的间接效益：

1)施工的自动化程度高，可以加快施工进度，缩短工期，节约了工期，就是节约了人工和机械的费用。

2)解决现浇混凝土施工难题，确保混凝土的质量。结构模块内部空间狭小，钢筋、管道密集，不具备振捣的条件，采用自密实混凝土可解决浇筑的难题，有效避免因现场施工人员人为因素、施工管理等原因造成的混凝土施工质量问题，进而生产出品质均匀无缺陷的优质混凝土，从而大幅提升构件和结构的可靠度，提高混凝土的耐久性，减少或避免用于缺陷修补和维护的费用。从这个角度看，自密实混凝土的质量效益远远大于普通混凝土。

3)具有良好的环境效益。应用自密实混凝土可以改善工作环境，消除因振捣带来的噪声；节约水泥用量，有效减少水泥生产中的CO2,SO2,NOX等有害气体和废渣的排放。

4)保障施工人员的生命安全和身体健康。结构模块采用自密实混凝土施工，可以免除在一些狭小的空间或结构复杂地区的人工作业，有利于保障施工人员的生命安全和身体健康。

3 结论及建议

模块用自密实混凝土的直接成本明显增加，但同时带来无法衡量的质量和环境效益，总体上看还是经济的。

对于模块化施工这种优良的、处于萌芽状态的、在生产力发展过程中富有标杆作用的新兴工艺，分析其经济成本的时候应充分考虑之后成本降低的空间，做出更为长远的分析。

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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

聂黎明(1983- )，男，硕士，工程师

TM623

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