防辐射混凝土的配合比设计及施工工艺

防辐射混凝土的配合比设计及施工工艺

卜娜蕊;强亚林;伊轩;赵伟

【摘 要】分析了防辐射混凝土的原材料及配合比设计,并且着重介绍了防辐射混凝土施工工艺明显比普通混凝土难度更大,必须保证其各工序有序进行,才能保证施工质量,才能满足使用性能要求.随着核技术发展,必须加快优化防辐射混凝土的配合比设计,根据防辐射混凝土性能设计配套施工工艺,才能保证其广泛推广,并且有利于社会的发展和进步.

【期刊名称】《河北建筑工程学院学报》

【年(卷),期】2017(035)002

【总页数】3页(P48-50)

【关键词】防辐射混凝土;原材料;配合比;施工工艺

【作 者】卜娜蕊;强亚林;伊轩;赵伟

【作者单位】河北建筑工程学院,河北 张家口 075000;河北建筑工程学院,河北 张家口 075000;张家口市经济开发区住房和城乡建设局,河北 张家口 075000;解放军郑州联勤保障中心房地产管理局,天津 300000

【正文语种】中 文

【中图分类】TU5

随着社会的不断发展，对核技术的深入研究，造成了放射性污染愈来愈严重，尤其α射线、β射线、X射线、γ射线和中子射线，这些射线在医院放射科及一些核能研究机构普遍存在，因而需要使用有效的防辐射材料，从而防止放射性物质泄露，给人们生活带来伤害.迄今为止，有铅板、铁板、聚合物、水和混凝土等一系列防辐射材料，在考虑到经济效益和使用性能方面的要求，所以一般选用的材料为混凝土材料.

防辐射混凝土是一种能有效屏蔽射线而防护人体免遭受辐射危害的新型混凝土.目前常采用铁矿石或重晶石作为骨料，外加一些轻质元素，例如含氢、硼元素等化合物，作为原材料掺和到防辐射混凝土中；另外一种就是加入矿物掺和料和外加剂，从而降低水化热以减少混凝土的收缩和徐变，同时减少混凝土开裂.针对各种射线性能的研究相对比较落后，防辐射混凝土配合比和施工工艺的研究更还处于初级阶段，因而目前普遍采用的就是大体积、表观密度大、含结晶水多的防辐射混凝土.本文主要介绍了当前防辐射混凝土材料和配合比，以及防辐射混凝土与普通混凝土在施工工艺上的差异.

2.1 防辐射混凝土材料

(1)水泥.

防辐射混凝土所含水泥种类有高铝水泥、石膏矾土水泥、钡水泥、含硼水泥、镁质水泥和锶水泥等，这些新型水泥被优先考虑，同时也可采用强度等级不低于32.5级不高于42.5级的硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥.一般选择原则是选用水化热低、含结晶水高及相对密度较大的的水泥，从而减少水泥水化热，同时避免裂缝产生.

(2)集料.

普通集料配制混凝土表观密度一般为2600 kg/m3，而辐射混凝土要求表观密度在3000～7000 kg/m3.通常选用密度较大的重集料和氢、硼等元素集料配制防辐射混凝土，主要的重集料是铁矿石、重晶石、赤铁矿、蛇纹石、硼铁矿、硼镁石等.铁矿石中含有磷铁矿渣和硅酸盐配制防辐射水泥时容易产生有毒并易燃烧气体，所以一般不选用此类矿石.目前，基本上都选用多种集料混合配制混凝土，克服单一集料的缺点，而且必须满足级配、密度和结晶水要求. (3)掺合料.

按照一定配比掺和粉煤灰、矿渣和硅灰等可以提高混凝土耐久性和工作性能，其中可以改善水泥颗粒的填充性、提高混凝土强度、降低水化热、改变流动性和耐久性等.根据工程屏蔽射线需要，添加含硼掺合料或者人工含硼材料，可有效提高屏蔽中子射线能力；此外还可添加较大钢渣粉和铬矿粉，进而改变混凝土的和易性，同时具有防止重集料下沉的作用.

(4)外加剂.

防辐射混凝土需要在初凝时产生较少水化热和控制混凝土结晶水含量等措施，因而必须添加缓凝剂、膨胀剂、减水剂、引气剂和结晶水调节剂，从而帮助改善混凝土一些性能，满足使用性能.比如缓凝减水剂可以延缓混凝土初凝时间，减少了用水量，增加混凝土的密实性，改善了混凝土和易性，同时减少了初凝时水泥水化热；结晶水调节剂能确保混凝土含充足结晶水，满足抗屏蔽中子射线的要求.

2.2 防辐射混凝土的配合比

(1)防辐射混凝土与普通混凝土差异.

我国普通混凝土配合比设计主要考虑强度指标，而防辐射混凝土不仅考虑强度指标，而且还需要考虑表观密度和结晶水等多项指标.普通混凝土粗骨料采用碎石或卵石，密度基本相同，约为2600 kg/m3，配合比相对固定；而防辐射混凝土骨料密度变化大，实测与设计密度误差大，往往需要多次设计才能找到最佳配合比.

(2)防辐射混凝土配合比设计指标.

混凝土配合比的设计原则是保证强度、和易性和耐久性前提下，尽可能选用水泥量小、掺合料大的配合比，从而降低水化热和保证混凝土质量的目的.为满足要求必须进行多次试验，选择合适配合比来满足强度和容重要求.必须满足下列指标要求：

①表观密度，控制在6000～7000 kg/m3左右.

②坍落度，控制在20 mm-70 mm为宜. ③混凝土碱、氯离子含量.

④满足设计强度要求，包括抗拉、抗压和抗剪强度等力学性能指标.

⑤特定的量化指标，对结晶水和硼元素掺入量进行控制.

(3)常用配合比.

重晶石混凝土中，水泥∶重晶碎石∶重晶石砂∶水比例为1∶4.54∶3.4∶0.5；赤铁矿混凝土中，水泥∶赤铁矿砂∶赤铁矿碎石∶水比例为1∶1.43∶2.14∶6.67∶0.67等配合比.为了改善混凝土和易性，减少用水量，有时还添加亚硫酸盐纸浆或苇浆废液塑化剂等.

(4)配合比的设计分析.

通过大量数据和实验分析，混凝土各组分的配比必须控制在一定范围才能满足防辐射混凝土性能要求，并且通过大量科学论证和实验研究得出以下设计要求：

①用水量增加时，表观密度减小，一般控制小于240 kg/m3为宜；

②水灰比增大，坍落度变化不大，但表观密度增加，不小于0.45；

③水灰比不变时，砂率增加使坍落度变化不明显，而强度和表观密度呈现先增加后减少的趋势，因而控制砂率为36%左右为宜；

④高密度混凝土必须掺加一定细骨料(粒径0.3 mm以下的粉料)，来解决混凝土发散、包裹性差的问题，经过研究发现褐铁矿这种材料最有效，褐铁矿吸水率较大，密度比水泥大，使混凝土保水性和和易性得到改善.

3.1 与普通混凝土施工工艺比较

防辐射混凝土与普通混凝土的施工技术都包括配料、拌和、运输、浇筑、振捣和养护等工序.但是防辐射混凝土一般体积和密度相比都比较大，并且还要满足其防辐射作用，因此比普通混凝土施工难度要大，有以下几点：

(1)防辐射混凝土骨料与混凝土其他组分密度相差较大，施工的和易性、均匀性和密实性很难把控； (2)防辐射混凝土骨料相对较重，在运输过程中容易离析，施工中容易产生分层，难以保证其防辐射混凝土的匀质性；

(3)防辐射混凝土对密实度和裂缝要求很高，不能在施工中保证均匀性和控制裂缝开展；并且防辐射混凝土采用混凝土体积大，骨料密度大，水灰比小，水化放热高，收缩性大，温升难以控制，容易导致混凝土开裂；

(4)防辐射混凝土配合比多采用干硬性混凝土，密度较大，不利于泵送.

3.2 混凝土的制备、运输和施工

防辐射混凝土配合比非常重要，必须根据所采用的的混凝土种类和外加剂的类型，配制最佳配合比才能满足质量要求.

防辐射混凝土一般采用重晶石、大体积混凝土，生产时需要考虑设备承载能力，每盘基本按照普通混凝土的60%～70%为宜；并且搅拌时间不宜过长，一般控制在40分钟左右.

防辐射混凝土运输进场，必须目测无离析，现场实测坍落度符合要求才能入泵.混凝土浇筑必须连续浇筑，采用分层浇筑，每层厚度控制在200-250 mm，混凝土自浇筑开始到结束不得超过2 h，不允许留设任何规范允许外的水平施工缝，必要设置时，采用凹凸缝从而满足施工要求.

严格控制浇筑混凝土内外温差，加强养护措施，混凝土养护时间不得少于4 h.

3.3 混凝土裂缝控制措施

根据防辐射混凝土及其性能要求，裂缝处理措施为以下几点：

(1)采用低水化热水泥及掺和料.

(2)保证骨料质量及控制水浆比，必须进行二次抹平压实工序.

(3)针对薄弱部位及应力集中部位应进行加强，外漏结构表面可加温度筋网片，从而抑制裂缝产生.

本文分析了防辐射混凝土材料性能和配合比设计，阐述了防辐射混凝土比普通混凝土施工工艺难度更大，必须严格把控施工各个环节，才能满足质量要求.防辐射混凝土有别于其他混凝土，需要选用优质防辐射材料以及最佳配合比，外加选择与之配套的施工工艺，才能做出符合医疗卫生和核发展要求的防辐射混凝土，实现防辐射混凝土在人防、科研试验等工程中科学、合理、有效的利用.

【相关文献】

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