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水泥新故事 | 中國建材總院:鐵鋁酸鹽水泥混凝土筑牢核電安全

來源:中國建材雜志、中國建材總院  發布時間:2023-06-21

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水泥業務是中國建材的壓艙石業務,從2012年進入成熟期后,我們緊扣時代命題,深耕細作、不斷創新,用“點、線、面”的產品邏輯延伸發展。我們專注于“點”,把水泥產品做到極致、技術做到領先、成本做到最低;我們思考于“線”,延伸上下游產業鏈,提升價值鏈,大力發展商混、骨料、預制品等業務;我們伸展于“面”,利用水泥高溫處理特性協同處置危廢,造福社會、友善地球。

我們對數字化、智能化和高端化的探索持之以恒,我們努力打造環境友好型產業、現代城市標配,我們致力于守護綠色家園、守護城市生態、守護綠水青山、守護居民健康……如果你愿意去了解,就會發現原來水泥是“這樣”。

2023年,我們繼續為你講述《水泥新故事》,展現現代工業與自然和諧共生的美好畫卷。期待你的發現,我們在這里等你……

今年初,我國自主三代核電“華龍一號”批量化建設首臺機組——中核集團漳州核電1號機組外穹頂成功吊裝,標志著該機組主體結構工程施工完成,為后續安裝冷試及并網發電奠定堅實基礎。

華龍一號漳州核電1號機組外穹頂鋼襯里為主要鋼結構,位于核島頂部,是一個直徑約55米、高度約13米的多曲面組合殼體,由五層共89塊預制單元體構件組成,主要功能是充當外穹頂頂部混凝土模板。內外兩層穹頂對應華龍一號雙層安全殼,該機組內穹頂已于2021年10月吊裝完畢,截至目前性能穩定,有力推動了后續工作的開展。本次“加冕”將進一步提升其安全性。

亮出國產技術“殺手锏”

漳州核電廠三面臨海,受海水(尤其是高溫海水)侵蝕、干濕循環、硫酸鹽侵蝕十分嚴重,這無形中對核電工程混凝土基礎設施的耐久性提出巨大挑戰。在這種苛刻的條件下,作為國內建筑材料與無機非金屬新材料領域擁有雄厚科研實力的科技型企業,中國建筑材料科學研究總院有限公司(簡稱中國建材總院)亮出了“殺手锏”——

2021年,在國家發改委支持下,由中核國電漳州能源有限公司、建筑材料工業技術監督研究中心及中國建材總院聯合申報的鐵鋁酸鹽水泥華龍一號核電廠應用示范工程成功立項。中國建材總院所屬水泥新材院負責示范工程中的鐵鋁酸鹽水泥混凝土制備、應用成套技術及現場技術服務。

鐵鋁酸鹽水泥是中國建材總院20世紀80年代開發的“第三系列水泥”,具有快硬早強、抗滲抗侵蝕、耐磨等特性,是適用于海洋工程建設的水泥品種,已成功應用于福建東山島南門海堤、國家海洋局、南極考察站等特殊性能要求的工程領域,滿足國家經濟建設需求。將鐵鋁酸鹽水泥應用于我國嚴酷海洋環境下“華龍一號”核電機組,可以從根本上提高核電工程混凝土構造物的耐久性,解決海水侵蝕的世界性難題,為我國的“核能大國”戰略實施提供關鍵材料與技術支撐。

中核國電漳州能源有限公司及各參建方共同努力,克服施工過程中各項難題,實現了由模擬澆筑、首次澆筑到批量化應用。截至目前,累計澆筑鐵鋁酸鹽水泥混凝土7.5萬立方米。鐵鋁酸鹽水泥混凝土在福建漳州核電工程中的應用,為其在核電工程中規?;茝V積累了經驗、奠定了基礎。

讓混凝土耐得住酷暑

福建漳州屬于亞熱帶季風氣候,夏季溫度高達40℃。鐵鋁酸鹽水泥混凝土水化速率快、放熱集中且對環境溫度特別敏感,開裂風險較高。此外,鐵鋁酸鹽水泥混凝土粘度大、高溫下泵送性差等難題直接影響著示范工程的進度和質量。

針對上述難題,中國建材總院匯聚青年骨干力量開展科技攻關,建立了集混凝土設計—施工—全生命周期預測為一體的中國核電工程高耐久鐵鋁酸鹽水泥應用成套技術,編制了《漳州核電廠鐵鋁酸鹽水泥混凝土示范工程暫行技術條件》,為漳州核電現場鐵鋁酸鹽水泥混凝土制備與施工提供了依據。一是開發出適用于鐵鋁酸鹽水泥混凝土的水化熱調控材料,獲得了水化熱調控材料與物理導熱技術耦合作用下鐵鋁酸鹽水泥混凝土水化溫升演變規律,形成化學物理水化放熱協同調控成套技術。二是開發出降粘型專用礦物外加劑,降低粘度,減少單方用水量,解決混凝土粘度大、泵送性差等難題。三是提出了鐵鋁酸鹽水泥混凝土配合比設計方法及精細化制備技術。四是基于自主研發的水泥基材料無線測溫系統,全程實時監測混凝土水化溫升,指導混凝土澆筑、養護,有效保證了工程進度與質量。

工程實踐表明,制備的C30~C50系列鐵鋁酸鹽水泥混凝土施工性能良好,力學性能與耐久性能符合核電工程設計要求。鐵鋁酸鹽水泥混凝土在炎熱季節下規?;瘧煤穗娊Y構工程屬于世界首創,在該領域實現了零的突破。

“超級材料”服務國之重器

近日,中國建筑材料聯合會公布了無機非金屬“超級材料”的具體概念。即:突破材料既有性能和功能的局限,主要性能實現倍增甚至數量級提升,或兼具有自適應、自修復、自感知、定向等新功能,可滿足平時搶修、國防現代化、極端環境、高端裝備、前沿領域等不同場景需求的,超快硬、超高強、超耐溫、超耐腐蝕、超耐輻射等超高性能或特殊功能的無機非金屬及其復合新材料。鐵鋁酸鹽水泥在很多性能上已經在向“超級材料”看齊。

作為國產原創材料,鐵鋁酸鹽水泥于1985年通過技術鑒定,1987年獲得國家發明獎二等獎。自研發到廣泛應用的三十多年間,中國建材總院先后牽頭制定了鐵鋁酸鹽水泥系列產品標準,為該種水泥研究生產開發創造了技術條件,引領行業發展,通過深化應用技術研究,不斷改進性能,拓展產品在裝飾構件、特種工程材料、冬季施工及搶修搶建等非結構工程領域市場,開創了第三系列水泥行業。前不久,“鐵鋁酸鹽水泥在核電站工程應用取得重大進展”事件更是入選“2022全球建材行業十大科技新聞”,成為了水泥行業發展的重要節點之一。

經歷了幾十年的研究與發展后,在混凝土技術不斷進步的今天,鐵鋁酸鹽水泥必將在海洋、極地、風電、隧道、橋梁等結構工程中大放異彩,成為支撐“一帶一路”“海洋強國”的重要材料。

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