降低混凝土中氡析出率的方法研究

張永貴 郭秋菊 張小樂 劉海波 劉葉棟 張利俊 劉福東

（1 中國建筑材料檢驗(yàn)認(rèn)證中心有限公司，北京100024；2 北京大學(xué)技術(shù)物理系，北京100871；3 貴州省疾病預(yù)防控制中心，貴陽550004；4 中國原子能科學(xué)研究院，北京102413）

1 引言

在混凝土中添加粉煤灰、礦渣等摻合料的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，大量應(yīng)用于現(xiàn)代建筑當(dāng)中[1]，有效的降低了混凝土的水化熱，降低了混凝土的成本，同時提高了混凝土的耐久性，有利于節(jié)能減排。但是有些粉煤灰和礦渣其鐳含量較高，而且工程中的使用量較大，造成了居室內(nèi)氡氣濃度的升高，影響到了居民的身體健康。本文對混凝土進(jìn)行簡化，去除其粗骨料（石子），通過添加氡氣的吸附材料以降低其氡的析出率。

2 試驗(yàn)原材料

水泥采用PO42.5基準(zhǔn)水泥；粉煤灰來自貴州，其鐳、釷、鉀放射性比活度分別為445.2±20.6（Bq/㎏）、94.3±5.5（Bq/㎏）、403.2±5.5（Bq/㎏）；砂子采用標(biāo)準(zhǔn)砂；水為自來水；外加劑采用高效減水劑；沸石粉來自河北；硅膠采用有機(jī)硅膠；活性炭為8 ～20 目的椰殼碳。

3 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)主要設(shè)備有CA 砂漿程控攪拌機(jī)、天平、壓力試驗(yàn)機(jī)、Rad-7、高純鍺γ 能譜儀。

4 質(zhì)量保證

試驗(yàn)采用的所有設(shè)備都經(jīng)過計量檢定，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室采用自動控制使得溫度保持在20℃，濕度在95%以上，試驗(yàn)操作過程嚴(yán)格按照操作規(guī)程和作業(yè)指導(dǎo)書進(jìn)行，確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

5 試驗(yàn)配比

為了減少影響因素，試驗(yàn)配比設(shè)計時將混凝土中的石子去掉，配合比設(shè)計參考《砌筑砂漿配合比設(shè)計規(guī)程》和《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》，最大限度的摻入粉煤，具體配合比見（表1）。

表1 配合比設(shè)計

表2 氡析出率

6 試驗(yàn)

6.1 氡析出率的測量

先將砂漿試塊在105 度的烘箱內(nèi)烘烤10 小時，然后在室內(nèi)放置24小時以上。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

6.2 放射性比活度的測量

放射比活度采用堪培拉DSA1000 高純鍺γ能譜儀進(jìn)行測試，測試結(jié)果見表3。

表4 部分試塊抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

6.3 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

抗壓強(qiáng)度采用新三思壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測試，測試結(jié)果見表4。

7 試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）摻入高效減水劑未能減少水泥砂漿氡氣析出率，原因可能1#配合比中摻入粉煤灰數(shù)量最大，粉煤灰自身對砂漿孔隙有一定的填充作用，需要進(jìn)一步的研究。

圖1 高效減水對氡析出率的影響

（2）從砂漿試塊可以得出活性碳對氡吸附效果最好，沸石其次，硅膠再次之。沸石吸附氡氣不明顯的主要原因可能是沸石對極性、不飽和及易極化分子具有很強(qiáng)吸附作用，而氡氣為惰性氣體，因此沸石對其吸附效果不佳，氡析出率降低較少。硅膠的摻入不僅效果甚微，隨著摻入量的增多反而氡析出率變大，主要可能是因?yàn)闇y量過程中加熱的溫度105℃低于120℃，硅膠中吸附水份沒有脫離，故對氡氣沒有吸收效果；可能是由于此種硅膠的不適合吸附氡氣，需要對不同種類的硅膠進(jìn)行更多的試驗(yàn)。

圖2 吸附材料對氡析出率的影響

（3）活性碳摻入量從30 克（膠凝材料的1%）增加到60 克（膠凝材料的2%），氡氣析出率從3.23 mBq.m-2.s-1 降低到了0.62 mBq.m-2.s-1，可見隨著活性碳摻入量的倍增氡氣析出率加倍下降，砂漿試塊氡析出率與瓷磚等表面致密的建筑材料相當(dāng)[2]，低于一般的建筑材料。活性碳對降低水泥砂漿氡析出率作用非常明顯。

圖3 活性碳摻量與氡析出的關(guān)系

（4）在水泥砂漿中摻入沸石、硅膠和活性碳對其強(qiáng)度有很大的影響，尤其活性碳的摻入會導(dǎo)致砂漿強(qiáng)度降低，有研究表明當(dāng)混凝土中摻入5%的石墨，混凝土的強(qiáng)度將損失50%[3]，但是此次試驗(yàn)砂漿強(qiáng)度幾乎沒有受影響，主要是由于本次試驗(yàn)水泥使用量較多，正常情況下膠砂比為1：3，本次試驗(yàn)為1：1，膠凝材料的增加使得強(qiáng)度影響非常小。

圖4 活性碳摻入量對水泥砂漿強(qiáng)度的影響

[1]胡大可 商品混凝土配合比與質(zhì)量控制要求 檢測試驗(yàn)與測量 2007 年三期

[2]張文濤等《建筑材料表面氡析出水平調(diào)查》工業(yè)衛(wèi)生與職業(yè)病2007 年第33 卷第4 期

[3]趙文艷等《石墨導(dǎo)電混凝土力學(xué)性能與熱電特性》大慶石油學(xué)院學(xué)報第32 卷第6 期2008 年12 月