C30防辐射混凝土的试验研究

2011-04-12蔚世锦李宪军

山西建筑 2011年19期

蔚世锦李宪军

1 概述

防辐射混凝土是一种能够有效防护对人体有害射线辐射的新型混凝土，也可被称为防射线混凝土、屏蔽混凝土、原子能防护混凝土、核反应堆混凝土等［1］。由于核工业发展和放射性同位素在工业、农业、医疗及科研试验室方面的应用，都需要防辐射混凝土。施工常碰到的射线有χ，α，β，γ和中子射线等几种，其中α，β射线比χ，γ中子射线弱，一般密实混凝土均有防御能力，对于χ，γ射线要求高密度、较好防御能力的材料。对于中子射线要求含有氢原子的材料，尤其含有原子的水则具有较强的防御能力［2，3］。针对某医院放射中心使用的防辐射混凝土，从原材料的选用到配合比设计及混凝土施工进行了较系统的研究，采用自配缓凝型多功能复合抗裂密实剂配制出了合适的防辐射混凝土，并提出了防辐射混凝土未来的发展方向。

2 试验用原材料选用

2.1 水泥

防辐射混凝土所使用的胶凝材料有硅酸盐水泥、矾土水泥和钡水泥等。但实际施工多采用普通硅酸盐水泥，标准稠度用水量和水化热都较小;矾土水泥可增加混凝土中结合水量，但水化热较大，施工时需采取冷却措施;对防射线要求很高的工程可采用钡水泥，来增大混凝土的表观密度，但价格昂贵，一般很少用。本试验采用太原某水泥厂生产的P.O42.5水泥，其物理性能见表1。

表1 水泥的物理性能试验结果

2.2 骨料

防辐射混凝土所用的骨料有褐铁矿(2Fe2O3·3H2O)、赤铁矿(Fe2O3)、磁铁矿(Fe3O4)、重晶石(BaSO4)、废铁块、铁砂或钢砂等。1)粗骨料:采用磁铁矿石破碎作为粗骨料，其表观密度为4120kg/m3，粒径要求(5～25)mm连续粒级，含泥量符合JGJ 52-2006标准要求。2)细骨料:采用磁铁矿砂作为细骨料，其表观密度为4100kg/m3，细度模数符合中粗砂要求(本试验砂的细度模数为3.2)，含泥量符合JGJ 52-2006标准要求。

2.3 外加剂及拌合用水

外加剂采用自配缓凝型多功能复合抗裂密实剂(减水率为18.2%)，掺量为胶凝材料用量的5.0%;拌合用水采用饮用水。

3 配合比的选用及施工要求

3.1 配合比的设计要求及试验结果分析

混凝土的密度越大，其屏蔽效果越好，故配合比设计时应先考虑混凝土的表观密度，配合比必须满足:1)选用粗细骨料的密度要大，最好含有结合水，以增强抵抗辐射的能力［4］;2)水泥用量要适中，否则混凝土的表观密度要下降;3)水胶比不宜大于0.5，为防止因骨料重混凝土拌合物离析，最好采用塑性混凝土，坍落度宜控制在(20～70)mm;4)外加剂宜选用具有一定缓凝、减水、抗裂、密实功能的复合式外加剂。C30防辐射混凝土配合比试验结果如表2所示。

表2 C30防辐射混凝土配合比试验结果

由表2可知，2号配合比的表观密度最大，坍落度也较适合施工，混凝土拌合物和易性良好;1号和3号配合比表观密度相对2号较小，1号和易性较2号差一些，3号和易性好，但在振捣过程中对混凝土的匀质性有影响，即骨料易下沉。通过对比研究选择2号配合比较经济实用，而且各项性能指标均符合要求。

3.2 防辐射混凝土施工注意事项

1)防辐射混凝土的单方容重大，生产时要考虑设备的荷载能力，每盘材料用量按普通混凝土体积的60%～70%为宜。2)防辐射混凝土搅拌时间不宜低于45s，也不宜搅拌时间太长。3)考虑防辐射混凝土骨料的比重较大，混凝土易分层，混凝土坍落度应控制在70mm以下，在现场混凝土施工，不宜泵送，不宜振捣过度，以避免骨料下沉分层，影响混凝土的防辐射性能。4)应采用“阶梯式推进、全面分层”的方法连续浇筑。因混凝土体积较大、厚度较厚，为使混凝土充分散热，要求合理分层、分段浇捣施工。浇筑时间不得超过混凝土的初凝时间，终凝前应采用抹面机械或人工多次抹压。5)要加强养护制度，注意混凝土内外温差。混凝土浇水养护时间不得少于14d。