[发明专利]超高性能混凝土预制构件、模块化安全壳及制造方法

说明书

本发明公开了一种超高性能混凝土预制构件，用于建造核电站安全壳，预制构件为具有厚度的块状结构，块状结构包括第一立面和第二立面，第一立面和第二立面为弧形面；还包括多个外缘面，多个外缘面连接第一立面和第二立面，至少两个外缘面上开设有安装槽，安装槽在垂直于厚度方向上延伸；安装槽内设有限位部，限位部的延伸方向与安装槽的延伸方向一致。该预制构件材料为超高性能混凝土，具有优异的抗拉承载能力和抗冲击抗爆能力。

技术领域

本发明涉及核电结构工程技术领域，具体而言，涉及一种超高性能混凝土预制构件、模块化安全壳及制造方法。

背景技术

安全壳是核电站为防止放射性物质泄露而设置的第三道也是最后一道屏障。安全壳的设计需要能够承担一回路事故工况下的压力和温度荷载，保持良好的密封性；也要能够安全抵御飞机的撞击等极端外部事件，保证内部核级管道和设备不受影响。这就要求安全壳有良好的抗拉承载能力和抗冲击抗爆能力。

目前国内核电站主要采用典型的由预应力钢筋混凝土结构和钢筋混凝土结构组成的双层安全壳，该内层与外层安全壳之间相互独立。内层预应力钢筋混凝土安全壳用于承担严重事故下的压力和温度荷载，保障对放射性物质的有效包容；外层钢筋混凝土安全壳用于抵御飞机撞击等极端外部事件，保证内部核级管道和设备不受影响。双层安全壳预应力工程施工工艺复杂，且双层安全壳体积大、重量大，施工过程缓慢，极大地拖延了建造工期，并且提高了工程造价。

随着新堆型的研发和更高设计要求的提出，传统的双层安全壳结构设计手段逐渐受限。如在微型反应堆或车载堆的研发中，对结构轻量化提出了要求，既能结构轻巧，厚度薄，重量小，还能针对外部冲击爆炸等极端荷载具有良好的防护性能。其他如模块化快速拼装、寿期达到80年以上的新型电站设计，也对传统双层安全壳结构设计提出了新要求。

针对以上问题，现有专利CN108766595A应用体外预应力筋的阻拦索作用和钢结构热胀冷缩的特性，将传统预应力混凝土安全壳改成钢混凝土组合结构安全壳，并在组合结构安全壳内测、外侧分别布置预应力筋，提出一种体外预应力-钢混凝土组合结构安全壳。专利CN108630326B应用填充水柱余热导出功能技术和模块化拼装技术，提出一种具有非能动导热功能的钢混凝土组合结构安全壳新型结构。

随着材料技术的发展，超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete，UHPC)作为20世纪后期诞生的一种新型水泥基复合材料，具有超高强、高韧性、高耐久性等优异性能。和普通水泥基材料相比，超高性能混凝土表现出更好的抗压性能、抗拉性能、抗折性能和抗冲击抗爆性能。采用超高性能混凝土制备安全壳，使得其同时具有良好的抗拉性能和抗冲击抗爆性能，能够执行内外双层安全壳的功能，最终可将内外双层安全壳合二为一，安全壳仅具有单层结构，从而大大减小安全壳的体积和重量。此外，充分利用超高性能混凝土的抗拉性能，可取消预应力系统，并采用模块化施工技术，能缩短安全壳施工周期，显著提升核电站的经济性。

专利CN111561194B便提出了在安全壳结构中采用超高性能混凝土作为普通混凝土替代物，与单侧钢板形成整体，提出一种反应堆单侧钢板超高性能混凝土单层安全壳及其施工方法。综上，目前已申请的专利主要是钢混凝土组合结构安全壳，关于采用单一的超高性能混凝土材料建造安全壳还未报道。另外超高性能混凝土性能的发挥对其养护条件有着较严格的要求，施工现场往往不具备实验室内超高性能混凝土高温加压养护条件。采用工厂预制超高性能混凝土构件，通过组合模块的设计实现安全壳模块化施工，对于保证超高性能混凝土性能质量和安全壳在事故工况下的安全性，以及进一步提升安全壳的施工效率和经济性具有重要意义。

鉴于以上技术问题，特推出本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种超高性能混凝土预制构件、模块化安全壳及制造方法，取消预应力混凝土安全壳的预应力系统，用于解决现有安全壳体积和重量较大、施工难度较大周期较长等问题。