C30防輻射混凝土的試驗研究

蔚世錦 李憲軍

1 概述

防輻射混凝土是一種能夠有效防護對人體有害射線輻射的新型混凝土，也可被稱為防射線混凝土、屏蔽混凝土、原子能防護混凝土、核反應堆混凝土等［1］。由于核工業發展和放射性同位素在工業、農業、醫療及科研試驗室方面的應用，都需要防輻射混凝土。施工常碰到的射線有χ，α，β，γ和中子射線等幾種，其中α，β射線比χ，γ中子射線弱，一般密實混凝土均有防御能力，對于χ，γ射線要求高密度、較好防御能力的材料。對于中子射線要求含有氫原子的材料，尤其含有原子的水則具有較強的防御能力［2，3］。針對某醫院放射中心使用的防輻射混凝土，從原材料的選用到配合比設計及混凝土施工進行了較系統的研究，采用自配緩凝型多功能復合抗裂密實劑配制出了合適的防輻射混凝土，并提出了防輻射混凝土未來的發展方向。

2 試驗用原材料選用

2.1 水泥

防輻射混凝土所使用的膠凝材料有硅酸鹽水泥、礬土水泥和鋇水泥等。但實際施工多采用普通硅酸鹽水泥，標準稠度用水量和水化熱都較小;礬土水泥可增加混凝土中結合水量，但水化熱較大，施工時需采取冷卻措施;對防射線要求很高的工程可采用鋇水泥，來增大混凝土的表觀密度，但價格昂貴，一般很少用。本試驗采用太原某水泥廠生產的P.O42.5水泥，其物理性能見表1。

表1 水泥的物理性能試驗結果

2.2 骨料

防輻射混凝土所用的骨料有褐鐵礦(2Fe2O3·3H2O)、赤鐵礦(Fe2O3)、磁鐵礦(Fe3O4)、重晶石(BaSO4)、廢鐵塊、鐵砂或鋼砂等。1)粗骨料:采用磁鐵礦石破碎作為粗骨料，其表觀密度為4120kg/m3，粒徑要求(5～25)mm連續粒級，含泥量符合JGJ 52-2006標準要求。2)細骨料:采用磁鐵礦砂作為細骨料，其表觀密度為4100kg/m3，細度模數符合中粗砂要求(本試驗砂的細度模數為3.2)，含泥量符合JGJ 52-2006標準要求。

2.3 外加劑及拌合用水

外加劑采用自配緩凝型多功能復合抗裂密實劑(減水率為18.2%)，摻量為膠凝材料用量的5.0%;拌合用水采用飲用水。

3 配合比的選用及施工要求

3.1 配合比的設計要求及試驗結果分析

混凝土的密度越大，其屏蔽效果越好，故配合比設計時應先考慮混凝土的表觀密度，配合比必須滿足:1)選用粗細骨料的密度要大，最好含有結合水，以增強抵抗輻射的能力［4］;2)水泥用量要適中，否則混凝土的表觀密度要下降;3)水膠比不宜大于0.5，為防止因骨料重混凝土拌合物離析，最好采用塑性混凝土，坍落度宜控制在(20～70)mm;4)外加劑宜選用具有一定緩凝、減水、抗裂、密實功能的復合式外加劑。C30防輻射混凝土配合比試驗結果如表2所示。

表2 C30防輻射混凝土配合比試驗結果

由表2可知，2號配合比的表觀密度最大，坍落度也較適合施工，混凝土拌合物和易性良好;1號和3號配合比表觀密度相對2號較小，1號和易性較2號差一些，3號和易性好，但在振搗過程中對混凝土的勻質性有影響，即骨料易下沉。通過對比研究選擇2號配合比較經濟實用，而且各項性能指標均符合要求。

3.2 防輻射混凝土施工注意事項

1)防輻射混凝土的單方容重大，生產時要考慮設備的荷載能力，每盤材料用量按普通混凝土體積的60%～70%為宜。2)防輻射混凝土攪拌時間不宜低于45s，也不宜攪拌時間太長。3)考慮防輻射混凝土骨料的比重較大，混凝土易分層，混凝土坍落度應控制在70mm以下，在現場混凝土施工，不宜泵送，不宜振搗過度，以避免骨料下沉分層，影響混凝土的防輻射性能。4)應采用“階梯式推進、全面分層”的方法連續澆筑。因混凝土體積較大、厚度較厚，為使混凝土充分散熱，要求合理分層、分段澆搗施工。澆筑時間不得超過混凝土的初凝時間，終凝前應采用抹面機械或人工多次抹壓。5)要加強養護制度，注意混凝土內外溫差。混凝土澆水養護時間不得少于14d。

4 結論與展望

1)采用自配緩凝型多功能復合抗裂密實劑成功配制出C30防輻射混凝土，該混凝土具有密度大、能延緩溫度峰值的出現，有效避免因混凝土內外溫差過大而引起的有害裂縫，為防輻射混凝土施工提供了技術保障。

2)目前防輻射混凝土多數采用天然重礦石作為骨料，具有質量、密度不穩定等局限性。如果能按照防輻射設計要求，在原有天然重礦石的基礎上加入一些具有較好防輻射能力的功能材料，加工成防輻射混凝土專用骨料，將是未來防輻射混凝土的發展方向。

［1］李星洪.輻射防護基礎［M］.北京:原子能出版社，1982.

［2］華 南.特種混凝土在施工中的應用［J］.福建建材，2005(3):35-43.

［3］嚴培明.防輻射建筑的設計與施工要點［J］.建筑施工，2006(7):35-38.

［4］楊伯科.混凝土實用新技術手冊［M］.吉林:吉林科學技術出版社，1998.