梁吉哲

（辽宁省环保集团辐洁生态环境有限公司，辽宁沈阳 110031）

1 引言

目前放射性射线的广泛应用，给人类带来巨大利益，同时也可能产生危及人类生命和财产安全的放射性事故，会给人类造成永久辐射损伤［1］，带来了极大的辐射污染。

混凝土作为一种传统的辐射污染屏蔽材料，适应性强、原料易得、成本低廉，受到广泛的欢迎［2］。我国早期对防辐射混凝土的研究主要是从防辐射混凝土的技术要求、原材料选择出发，研究了配合比设计中容易出现的技术难点［3］。而后防辐射混凝土的研究又集中在利用其他矿石代替重晶石配制的不同强度等级防辐射混凝土［4］，并对各种混凝土的性能进行研究。防辐射混凝土的比重较大，配置时会产生重骨料防辐射混凝土易分层离析的问题，采用表观密度较大的矿石为粗骨料时，需研究骨料级配、砂浆富余系数对其工作性能及抗压强度的影响，以防止相关问题的产生［5］。

本研究以铅锌原矿石表层废弃的白云石作为防辐射混凝土的粗骨料，进行C35 防辐射混凝土配置，研究其防辐射性能效果。

2 试验

2.1 试验仪器设备

混凝土力学性能试验仪器见表1。

表1 混凝土力学性能试验仪器

γ 射线防辐射性能试验仪器见表2。

表2 γ 射线防辐射性能试验仪器

2.2 试验材料

试验材料为白云石防辐射混凝土试块，规格：150 mm×150 mm×150 mm 及300 mm×300 mm×100 mm；强度等级：C35；表观密度：2 884 kg/m3。

3 白云石防辐射混凝土性能研究

3.1 试块制备及养护

C35 白云石防辐射混凝土试块规格为150 mm×150 mm×150 mm 立方体。制备C35 白云石防辐射性能试验试块规格为300 mm×300 mm×100 mm。浇筑完24 h 后，拆模并送至标准养护室养护相应龄期后备用。

3.2 抗压强度试验

3.2.1 试验过程

抗压强度是混凝土最重要、最基本的力学性能指标，表明混凝土在硬化后受到力的作用下是否满足强度要求，关系着工程的安全。本次白云石防辐射混凝土配合比设计强度等级为C35。

本研究采用压力试验机对规格150 mm×150 mm×150 mm 的立方体试块进行试验，分别测试3，28 d的破坏荷载。当白云石防辐射混凝土达到相应龄期后，从标准养护室取出，擦拭试件表面的水，将立方体试件中心对准压力试验机钢垫板平面中心，拧下上压板与试件接触，开始连续均匀地加载，直至试件破坏，记录破坏荷载。

3.2.2 试验结果

本研究试验控制坍落度为200±20 mm 范围内，以不同水灰比配比混凝土拌合物，制备成150 mm×150 mm×150 mm 防辐射混凝土的立方体试块，按照标准要求养护28 d，测其坍落度和强度，试验结果见表3。

表3 白云石防辐射混凝土力学试验结果

试验结果表明，坍落度在200±20 mm 范围内时，随着水灰比的下降，白云石防辐射混凝土的28 d抗压强度和表观密度逐渐增加。当水灰比为0.46时，可满足C30 混凝土强度要求；当水灰比为0.44时，可满足C35 混凝土强度要求。

4 白云石防辐射混凝土防辐射性能研究

4.1 试验过程

本试验采用钴60 作为放射源，放射剂量仪UNIDOS/PTW 为检测设备，进行定量的分析，根据检测γ 射线穿透混凝土试块发生的剂量变化，计算混凝土的防辐射性能。

根据康普顿散射效应的衰减效率机理，当放射线穿透物质时，会发生光电效应、康普顿效应和电子对效应3 种效应，射线会被物质相互作用吸收，导致射线减弱，本研究据此进行防辐射性能试验。

采用C35 的混凝土分为2 组进行试验，即普通混凝土试块和白云石防辐射混凝土试块，每组含有3块，试块规格为300 mm×300 mm×100 mm，在标准养护条件下养护28 d 后测试其防辐射能力。

4.2 试验结果分析

试验测得C35 各组混凝土与白云石防辐射混凝土试块γ 射线剂量的值见表4，本次试验本底值为0.1 mR·min-1，试验结果均为去除本底值。

表4 试块γ 射线穿透剂量值mR·min-1

根据表4 结果，C35 普通混凝土和白云石防辐射混凝土都具有一定的γ 射线的屏蔽吸收功能，原始空白γ 射线值为2 991.0 mR·min-1，经过普通混凝土试块后被光电效应、康普顿效应和电子对效应等相互作用吸收了2 139.5，2 203.2，2 199.7 mR·min-1，平均吸收2 180.8 mR·min-1。经过白云石防辐射混凝土试块后被光电效应、康普顿效应和电子对效应等相互作用吸收了2 387.9，2 418.9，2 447.5 mR·min-1，平均吸收了2 418.1 mR·min-1。吸收效果显示，C35白云石防辐射混凝土是普通混凝土的1.11 倍。

对C35 普通混凝土试块（简称“混均”）和白云石防辐射混凝土试块（简称“防均”）的γ 射线的透射剂量值进行对比，结果见图1。

图1 γ 射线透射率

γ 射线穿透C35 普通混凝土透射率在26.34%～28.47%之间，而γ 射线穿透C35 白云石防辐射混凝土的透射率在18.17%～20.16%之间。C35 白云石防辐射混凝土的γ 射线透射率低于普通混凝土，平均低8%。

5 结论

（1）坍落度在200±20 mm 范围内时，当水灰比为0.46 时，白云石防辐射混凝土达到C30 混凝土强度要求；当水灰比为0.44 时，白云石防辐射混凝土达到C35 混凝土强度要求。

（2）试验结果表明，C35 的白云石防辐射混凝土对γ 射线防护效果显著，防护效果明显高于C35 普通混凝土。