王 鋒

（中國核工業(yè)華興建設(shè)有限公司， 廣西 防城港 538003）

為了履行保證公眾健康和安全的責(zé)任，核電廠的建造具有與民用工程不同的特性，所有對(duì)核電廠負(fù)有責(zé)任的人員：設(shè)計(jì)人員、設(shè)備供應(yīng)廠商、工程公司、建造人員、運(yùn)行人員等必須制訂計(jì)劃，并有效地實(shí)施質(zhì)量保證的每一步工作。分析土建施工過程中，原材料采購、驗(yàn)收、倉儲(chǔ)環(huán)節(jié)是如何實(shí)施質(zhì)量控制，使其完全處于受控狀態(tài)；探討土建原材料的技術(shù)指標(biāo)、管理程序、文件歸檔等都是十分重要的環(huán)節(jié)。

1 CPR1000核電站核島土建材料

建筑材料是指建筑工程結(jié)構(gòu)物中使用的各種材料和制品，它是建筑工程的物質(zhì)基礎(chǔ)。建筑材料的費(fèi)用，一般占工程總造價(jià)的60%以上。核電站建設(shè)中，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工序多、工作量大，CPR1000核電站一般是2臺(tái)機(jī)組作為一個(gè)建造單元，新項(xiàng)目核島土建工程2個(gè)機(jī)組核島工程預(yù)計(jì)混凝土總量為23 萬m3左右，水泥供應(yīng)量在11 萬t左右，碎石供應(yīng)量在50萬～66 萬t，天然淡水砂供應(yīng)量在25 萬t左右，鋼筋總量約4萬t，模板總量約26 萬m2，鋼結(jié)構(gòu)總量超過8 000 t，另外還包括鋼門窗工程、油漆工程和防水工程、圍護(hù)工程。

2 三大主材質(zhì)量性能指標(biāo)

2.1 鋼材的性能指標(biāo)含義

2.1.1 抗拉強(qiáng)度

鋼材的抗拉強(qiáng)度表示能承受的最大拉應(yīng)力值（見圖1中的E點(diǎn)）。在建筑鋼結(jié)構(gòu)中，以規(guī)定抗拉強(qiáng)度的上下限作為控制鋼材冶金質(zhì)量的一個(gè)手段。

（1）如抗拉強(qiáng)度太低，則意味著鋼的生產(chǎn)工藝不正常，冶金質(zhì)量不良（鋼中氣體、非金屬夾雜物過多等）；抗拉強(qiáng)度過高則反映軋鋼工藝不當(dāng)，終軋溫度太低，使鋼材過分硬化，從而引起鋼材塑性、韌性的下降。

圖1 低碳鋼的應(yīng)力—應(yīng)變（σ-ε）曲線Fig.1 Low carbon steel stress - strain (σ-ε) curve

（2）規(guī)定了鋼材強(qiáng)度的上下限就可以使鋼材與鋼材之間，鋼材與焊縫之間的強(qiáng)度較為接近，使結(jié)構(gòu)具有等強(qiáng)度的要求，避免因材料強(qiáng)度不均而產(chǎn)生過度的應(yīng)力集中。

（3）控制抗拉強(qiáng)度范圍還可以避免因鋼材的強(qiáng)度過高而給冷加工和焊接帶來困難。

由于鋼材應(yīng)力超過屈服強(qiáng)度后出現(xiàn)較大的殘余變形，結(jié)構(gòu)不能正常使用，因此鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是以屈服強(qiáng)度作為承載力極限狀態(tài)的標(biāo)志值，在一定程度上抗拉強(qiáng)度即作為強(qiáng)度儲(chǔ)備；其儲(chǔ)備率以抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度的比值強(qiáng)屈比σb/σs表示，強(qiáng)屈比越大則強(qiáng)度儲(chǔ)備越大。所以對(duì)鋼材除要求符合屈服強(qiáng)度外，還應(yīng)符合抗拉強(qiáng)度的要求。GB 1499.2—2007《鋼筋混凝土用鋼》第2部分：“熱軋帶肋鋼筋”規(guī)定有較高抗震要求的鋼筋，實(shí)測(cè)抗拉強(qiáng)度與實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度之比σb/σs不小于1.25，因此，國內(nèi)在建的CPR1000核電站都采用了此項(xiàng)規(guī)定。

2.1.2 屈服強(qiáng)度

對(duì)于不可逆（塑性）變形開始出現(xiàn)時(shí)，金屬單位截面上的最低作用外力定義為屈服強(qiáng)度或屈服點(diǎn)。它標(biāo)志著金屬對(duì)初始塑性變形的抗力。

鋼材在單向均勻拉力作用下，根據(jù)應(yīng)力—應(yīng)變（σ-ε）曲線圖，可分為彈性、彈塑性、屈服、強(qiáng)化4個(gè)階段。

鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核時(shí)根據(jù)荷載算得的應(yīng)力小于材料的容許應(yīng)力[σs]時(shí)結(jié)構(gòu)是安全的。容許應(yīng)力[σs]可用下式計(jì)算:

式中：σs——材料屈服強(qiáng)度；

K——安全因子。

屈服強(qiáng)度是作為強(qiáng)度計(jì)算和確定結(jié)構(gòu)尺寸的最基本參數(shù)。

2.1.3 沖擊韌性

鋼材的沖擊韌性是衡量鋼材斷裂時(shí)所做功的指標(biāo)，以及在低溫、應(yīng)力集中、沖擊荷載等作用下，衡量抵抗脆性斷裂的能力。鋼材中非金屬夾雜物、脫氧不良等都將影響其沖擊韌性。為了保證鋼結(jié)構(gòu)建筑物的安全，防止低應(yīng)力脆性斷裂，建筑結(jié)構(gòu)鋼還必須具有良好的韌性。目前，關(guān)于鋼材脆性破壞的試驗(yàn)方法較多，沖擊試驗(yàn)是最簡便的檢驗(yàn)鋼材缺口韌性的試驗(yàn)方法，也是作為建筑結(jié)構(gòu)鋼的驗(yàn)收試驗(yàn)項(xiàng)目之一。

鋼材的沖擊韌性采用V形缺口的標(biāo)準(zhǔn)試件。沖擊韌性指標(biāo)以沖擊荷載使試件斷裂時(shí)所吸收的沖擊功用AKV表示，單位為J 。

2.1.4 耐疲勞性

鋼筋混凝土構(gòu)件在交變荷載的反復(fù)作用下，往往在應(yīng)力遠(yuǎn)小于屈服點(diǎn)時(shí)，發(fā)生突然的脆性斷裂，這種現(xiàn)象叫做疲勞破壞。

2.1.5 斷后伸長率

斷后伸長率是鋼材加工工藝性能的重要指標(biāo)，并顯示鋼材冶金質(zhì)量的好壞。

斷后伸長率是衡量鋼材塑性及延性性能的指標(biāo)。斷后伸長率越大，表示塑性及延性性能越好，鋼材斷裂前永久塑性變形和吸收能量的能力越強(qiáng)。對(duì)建筑結(jié)構(gòu)鋼的δ5要求應(yīng)在16%～23%。鋼的斷后伸長率太低，可能是鋼的冶金質(zhì)量不好所致；伸長率太高，則可能引起鋼的強(qiáng)度、韌性等其他性能的下降。隨著鋼的屈服強(qiáng)度等級(jí)的提高，斷后伸長率的指標(biāo)可以有少許降低。

2.1.6 冷彎試驗(yàn)

冷彎試驗(yàn)是測(cè)定鋼材變形能力的重要手段。它以試件在規(guī)定的彎心直徑下彎曲到一定角度不出現(xiàn)裂紋、裂斷或分層等缺陷為合格標(biāo)準(zhǔn)。在試驗(yàn)鋼材冷彎性能的同時(shí)，也可以檢驗(yàn)鋼的冶金質(zhì)量。在冷彎試驗(yàn)中，鋼材開始出現(xiàn)裂紋時(shí)的彎曲角度及裂紋的擴(kuò)展情況顯示了鋼的抗裂能力，在一定程度上反映出鋼的韌性[1]。

2.2 混凝土材料的性能指標(biāo)含義

混凝土材料已成為用量最大、用途最廣的建筑材料，其原因除眾所周知的原料易得、施工簡便、可澆筑成任意形狀、能適應(yīng)各種環(huán)境、經(jīng)久耐用等外，還有工業(yè)發(fā)展最重要條件的“三少”特點(diǎn)，即能源消耗少、用水量少、環(huán)境污染少?；炷恋脑牧线x擇、配合比、攪拌、運(yùn)輸、澆搗、養(yǎng)護(hù)等都直接影響到混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能與耐久性能，因此，施工中尤其要注意每個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制。

2.2.1 核電廠水泥的指標(biāo)要求

供核電廠用的水泥為硅酸鹽水泥或摻6%～15%混合材料的普通硅酸鹽水泥。各指標(biāo)的含義和要求如表1和表2所示。

2.2.1.1 凝結(jié)時(shí)間

水泥從加水開始到失去流動(dòng)性，即從可塑狀態(tài)發(fā)展到固體狀態(tài)所需的時(shí)間叫凝結(jié)時(shí)間。水泥凝結(jié)時(shí)間分初凝時(shí)間和終凝時(shí)間。

初凝時(shí)間是從水泥加水拌合起至水泥漿開始失去可塑性所需的時(shí)間；終凝時(shí)間是從加水拌和至水泥漿完全失去塑性的時(shí)間。水泥的初凝不宜過早，以便施工時(shí)有足夠的時(shí)間來完成混凝土或砂漿的攪拌、運(yùn)輸、澆搗和砌筑等操作；水泥終凝不宜過遲，以便使混凝土能盡快地硬化，達(dá)到一定的強(qiáng)度，以利于下道工序的進(jìn)行。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，初凝不早于 45 min，終凝不遲于 6.5 h。

表1 核電廠水泥物理性能要求Table 1 Cement physical performance requirements for nuclear power plant

表2 核電廠水泥的化學(xué)性能要求Table 2 Cement chemical performance requirements for nuclear power plant

2.2.1.2 體積安定性

如果水泥硬化后，產(chǎn)生不均勻的體積變化，即所謂體積安定性不良，就會(huì)使構(gòu)件產(chǎn)生膨脹性裂縫，降低建筑物質(zhì)量，甚至引起嚴(yán)重事故。

GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》規(guī)定，用沸煮法檢驗(yàn)水泥的體積安定性。體積安定性不良的水泥應(yīng)作廢品處理，不能用于工程中。

2.2.1.3 水化熱

水泥和水之間化學(xué)反應(yīng)放出的熱量稱為水化熱，單位為J/kg。水泥的水化熱，大部分在水化初期（7 d）內(nèi)放出，以后逐漸減少。其量的大小和發(fā)熱速度因水泥的種類、礦物組成、水灰比、細(xì)度、養(yǎng)護(hù)條件等而不同。水泥的水化熱，對(duì)于大體積混凝土工程是不利的。因?yàn)樗療岱e聚在內(nèi)部不易發(fā)散，致使內(nèi)外產(chǎn)生很大的溫度差，引起內(nèi)應(yīng)力，使混凝土產(chǎn)生裂縫。對(duì)于大體積混凝土工程，應(yīng)采用低熱水泥，若使用水化熱較高的水泥施工時(shí)，應(yīng)采取必要的降溫措施。

2.2.2 核電廠砂石的指標(biāo)要求

骨料是建筑混凝土主要組成材料之一，約占混凝土體積的70%。起骨架及減小由于膠凝材料在凝結(jié)硬化過程中干縮濕漲所引起體積變化等作用，同時(shí)還可作為膠凝材料的廉價(jià)填充料。在建筑工程中骨料有砂、石子、煤渣（灰）等。

骨料按顆粒尺寸，分為粗細(xì)兩類。粒徑為0.16～5.0 mm的稱為細(xì)骨料（砂）；粒徑在5.0 mm以上的稱為粗骨料（石子）。按密度和性質(zhì)可分為重骨料、普通骨料、輕骨料、特種骨料等，核電廠用的骨料如表3所示。

2.2.2.1 顆粒級(jí)配和粗細(xì)程度

砂的顆粒級(jí)配，表示砂大小顆粒的搭配情況。它決定了砂的空隙率的大小。砂的空隙率小，混凝土骨架密實(shí)，填充砂子空隙的水泥漿則少。砂的粗細(xì)程度，表示不同粒徑的砂混合后總體的粗細(xì)程度，通常有粗砂、中砂和細(xì)砂之分。它決定了砂的總表面積。砂的總表面積小，包裹砂子表面的水泥漿用量則少。

石子的顆粒級(jí)配原理與砂基本相同，石子級(jí)配好壞對(duì)節(jié)約水泥和保證混凝土具有和易性有很大關(guān)系，特別是拌制高強(qiáng)度混凝土，尤為重要。

2.2.2.2 顆粒形狀及表面特征

粗骨料的顆粒形狀及表面特征同樣會(huì)影響其與水泥的黏結(jié)及混凝土拌和物的流動(dòng)性。碎石具有棱角，表面粗糙，與水泥黏結(jié)較好，而卵石多為圓形，表面光滑，與水泥的黏結(jié)較差，在水泥用量和水用量相同的情況下，碎石拌制的混凝土流動(dòng)性較差，但強(qiáng)度較高。

表3 核電廠土建工程骨料Table 3 Skeletal materials for the civil construction of nuclear power plant

粗骨料的顆粒形狀還有屬于針狀（顆粒長度大于該顆粒所屬粒級(jí)的平均粒徑的2.4倍）和片狀（厚度小于平均粒徑的0.4倍）的，這種針狀顆粒過多，會(huì)使混凝土強(qiáng)度降低。

2.2.2.3 強(qiáng)度

為保證混凝土的強(qiáng)度要求，石子都必須是質(zhì)地致密、具有足夠的強(qiáng)度。碎石或卵石的強(qiáng)度可用巖石立方體強(qiáng)度和壓碎指標(biāo)兩種方法表示。當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C6O及以上時(shí)，應(yīng)進(jìn)行巖石抗壓強(qiáng)度檢驗(yàn)。在選擇采石場(chǎng)或?qū)κ訌?qiáng)度有嚴(yán)格要求或?qū)|(zhì)量有爭議時(shí)，也宜用巖石立方體強(qiáng)度做檢驗(yàn)。對(duì)經(jīng)常性的生產(chǎn)質(zhì)量控制則可用壓碎指標(biāo)值檢驗(yàn)。

2.2.2.4 含泥量及泥塊含量

含泥量是指碎石中粒徑小于0.08 mm 顆粒的含量；泥塊含量是指碎石中粒徑大于5 mm，經(jīng)水洗、手捏后變成小于2.5 mm的顆粒含量。

含泥量將會(huì)嚴(yán)重影響骨料與水泥的黏結(jié)力、降低和易性、增加用水量，影響混凝土的干縮和抗凍性。泥塊含量對(duì)混凝土性能的影響較大，特別對(duì)抗拉、抗?jié)B、收縮的影響更為顯著。一般對(duì)高強(qiáng)度等級(jí)混凝土的影響比低強(qiáng)度等級(jí)混凝土影響大，所以根據(jù)混凝土強(qiáng)度等級(jí)的高低規(guī)定骨料中含泥量及泥塊含量的控制指標(biāo)。

2.2.2.5 有害物質(zhì)含量

砂石中有害物質(zhì)包括黏土、淤泥、云母、輕物質(zhì)（砂中相對(duì)表觀密度小于2.0的物質(zhì)）、硫化物和硫酸鹽及有機(jī)物質(zhì)。

砂石中黏土、淤泥、云母及輕物質(zhì)含量過多，會(huì)使混凝土表面形成薄弱層，若黏附在骨料表面，又會(huì)妨礙骨料與水泥的黏結(jié)。

硫化物與硫酸鹽的存在會(huì)腐蝕混凝土，引起鋼筋銹蝕，降低混凝土強(qiáng)度和耐久性。有機(jī)質(zhì)含量多，會(huì)延遲混凝土的硬化，影響強(qiáng)度的增長。所以，核電廠用砂石中各有害物質(zhì)的含量應(yīng)嚴(yán)格控制在一定的范圍內(nèi)[2]。

2.3 核電建筑模板體系的質(zhì)量控制

工程模板體系是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程的重要分項(xiàng)工程，其制作和安裝質(zhì)量可靠度，是確保混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度，滿足設(shè)計(jì)圖紙要求構(gòu)件受力狀況的先決條件，模板體系質(zhì)量的好壞，直接影響到混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的內(nèi)在質(zhì)量、幾何尺寸及外觀質(zhì)量的好壞。

目前，國內(nèi)CPR1000堆型安全殼模板和墻體模板均采用芬蘭進(jìn)口的WISA模板，其厚度為18 mm，全部采用1.4 mm厚的北歐寒帶樺木單板十字交叉黏結(jié)，采用的黏結(jié)劑為酚醛樹脂。模板在龍骨的支撐下有足夠的強(qiáng)度和剛度，當(dāng)混凝土澆筑層厚在3 m以內(nèi)的情況下，其變形誤差完全能滿足設(shè)計(jì)要求。

為使模板易于清洗，保證混凝土表面的光潔度，同時(shí)延長模板使用壽命，在模板面板的正反面均覆蓋有酚醛膜涂層，覆膜重量正面為220 g/m2，反面為120 g/m2，周轉(zhuǎn)次數(shù)一般可達(dá)20～80次不等。當(dāng)然，周轉(zhuǎn)次數(shù)的多少與很多因素有關(guān)。

WISA模板其他物理性能如下:

滲水率: 50 kg/m2（正面，7 d）；

覆膜磨穿周轉(zhuǎn)次數(shù)：600次；

導(dǎo)熱性：板厚12 mm，3.5 W/m·K；

板厚27 mm，2.5 W/m·K；

含水率（10±2）%時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)厚度的WISA模板的物理性能如表4所示。

表4 WISA模板的物理性能Table 4 Physical performance of the WISA modular plate

3 材料的驗(yàn)收和倉儲(chǔ)質(zhì)量控制

有了以上的質(zhì)量控制指標(biāo)，沒有嚴(yán)格地執(zhí)行進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收落實(shí)、管理程序約束，也是無法保證原材料環(huán)節(jié)質(zhì)量處于受控狀態(tài)。為了確保原材料的質(zhì)量，下面介紹核電站建設(shè)過程中的管理方法——管理程序。每個(gè)核電項(xiàng)目中，承建都會(huì)發(fā)布《材料驗(yàn)收程序》、《倉庫管理程序》等工作程序，規(guī)范各個(gè)部門的職責(zé)關(guān)系，保證每一步環(huán)節(jié)都處在受控狀態(tài)下，凡事有據(jù)可依。

對(duì)用于核電工程實(shí)體的物資，必須采取一整套預(yù)防措施規(guī)范操作和管理，確保結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量，杜絕隱患。對(duì)影響工程質(zhì)量的重要物資，如鋼筋、水泥必須由器材部及相應(yīng)部門進(jìn)行聯(lián)合驗(yàn)收。驗(yàn)收應(yīng)在規(guī)定的質(zhì)量驗(yàn)收期內(nèi)，由器材部驗(yàn)收員、保管員配合試驗(yàn)室，按有關(guān)國標(biāo)、建筑規(guī)范、設(shè)計(jì)要求取樣送現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室或送樣到有資格的化驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)收。對(duì)于試驗(yàn)室尚不能復(fù)檢的項(xiàng)目，由試驗(yàn)室委托外部有資質(zhì)的試驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，相應(yīng)的檢測(cè)報(bào)告由試驗(yàn)室跟蹤落實(shí)，并對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行判定，并及時(shí)取回報(bào)告。

對(duì)于驗(yàn)收合格的物資必須由器材部驗(yàn)收員組織填寫好驗(yàn)收記錄單，驗(yàn)收合格的物資應(yīng)懸掛“驗(yàn)收合格”綠色標(biāo)牌并及時(shí)辦理入庫手續(xù)。

對(duì)于外觀驗(yàn)收不合格的，影響到工程使用的物資按不符合項(xiàng)相關(guān)程序處理，通知采購員聯(lián)絡(luò)退回或更換，將缺陷物資單獨(dú)存放在指定區(qū)域，并懸掛“驗(yàn)收不合格，勿用”的紅色標(biāo)牌。

庫存物資的保管要做到管理專責(zé)化，貨位固定化，堆放規(guī)格化，計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)化，庫容整潔化。

倉庫保管員應(yīng)按照程序《物項(xiàng)的標(biāo)識(shí)》的具體要求，對(duì)庫存物資進(jìn)行標(biāo)識(shí)，驗(yàn)收合格的庫存物資標(biāo)識(shí)的內(nèi)容包括：物資名稱、產(chǎn)地、數(shù)量、規(guī)格型號(hào)、驗(yàn)收日期、材質(zhì)及批號(hào)，對(duì)于驗(yàn)收不合格的物資應(yīng)予以隔離，并用紅字標(biāo)識(shí)：“驗(yàn)收不合格，勿用”，對(duì)未經(jīng)驗(yàn)收的物資標(biāo)識(shí)：“未經(jīng)驗(yàn)收，勿用”黃色標(biāo)牌。

對(duì)保管中產(chǎn)生的不符合項(xiàng)要及時(shí)做好各種記錄，對(duì)不合格產(chǎn)品應(yīng)單獨(dú)存放并懸掛標(biāo)志牌。對(duì)保管中混淆不清的產(chǎn)品，要報(bào)廢或重新檢驗(yàn)，直至確定恢復(fù)原合格狀態(tài)。

4 結(jié)論

通過以上對(duì)核電廠土建施工過程中最主要的三大原材料質(zhì)量控制的論述，可以看出，核電廠的承建單位對(duì)原材料質(zhì)量控制要做到：事前理解指標(biāo)的確切含義和要求，事中嚴(yán)格遵循操作程序，事后認(rèn)真分析總結(jié)原因。土建施工原材料的質(zhì)量處于全面的受控狀態(tài)。中國核電的發(fā)展，要切實(shí)有效地實(shí)施質(zhì)量保證的每一步工作，狠抓質(zhì)量不放松，安全第一、質(zhì)量第一，人人都是一道安全屏障，才能使我國的核電事業(yè)又好又快安全發(fā)展。

[1] 編委會(huì). 現(xiàn)場(chǎng)材料員崗位通[M]. 北京：北京理工大學(xué)出版社，2009：84-85.（Editorial board. Post Duties of Site Material Man[M]. Beijing, Beijing Institute of Technology Press, 2009：84-85.）

[2] 潘延平. 質(zhì)量員必讀[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005：13-15.（P A N Y a n-p i n g. A Companion to Quality Inspector[M]. Beijing:China Construction Industry Press, 2005:13-15.）