壓水堆核電站赤鐵礦混凝土X射線屏蔽試驗研究

劉元秀 葉冰 陳坤勇 張建平

（1四川中核艾瑞特工程檢測有限公司，四川 綿陽 621000；2中核混凝土股份有限公司，湖北 武漢 430000）

壓水堆核電站華龍一號核島及附屬工程的多處建設應用了大量的赤鐵礦混凝土。開展赤鐵礦混凝土與同標號普通混凝土X射線屏蔽試驗，可以研究該屏蔽混凝土的屏蔽效果。本實驗在無損檢測專用曝光室內進行，研究內容為赤鐵礦混凝土與同強度普通混凝土屏蔽X射線效果對比。

1 背景技術

壓水堆核電站工程運用了赤鐵礦、褐鐵礦等屏蔽混凝土。目前，國內在建核電工程壓水堆（華龍一號）屏蔽混凝土使用的骨料有重晶石、赤鐵礦、褐鐵礦等，已發現可用于屏蔽混凝土的重晶石資源少，且密度低，混凝土流動性不佳，無法泵送，施工效率低，而赤鐵礦骨料的密度可達4600kg/m3以上，混凝土流動性好，可泵送。

本次試驗采用的赤鐵礦生產廠家為上海某公司，該赤鐵礦產自巴西，赤鐵礦石內的Fe2O3含量高達83.6%，表觀密度4700kg/m3以上，磁性極低，可以有效地減弱中子、X射線等射線的穿透強度。本混凝土所用膠凝材料為核電專用P.N42.5硅酸鹽水泥，外加劑采用聚羧酸高性能減水劑。

2 研究內容及方法

通過查閱相關技術標準和文獻，分析開展赤鐵礦混凝土與普通混凝土的X射線對比屏蔽試驗，研究赤鐵礦屏蔽混凝土X射線屏蔽試驗的步驟。本方法適用于屏蔽混凝土與同標號普通混凝土進行X射線對比屏蔽試驗。

2.1 試驗準備

1）制定應急方案和安全措施。試驗模板準備，準備混凝土結構模板10個，混凝土模擬件尺寸5*70*70cm，建議尺寸5*50*50cm。

2）混凝土鋼筋網片準備，鋼筋采用直徑10mm的光圓鋼，長度65cm，鋼筋網片中的鋼筋間距15cm，鋼筋網片數量10個。

3）按已定的C40屏蔽混凝土配合比，澆筑、振搗成型屏蔽混凝土試驗板4塊；用核島及附屬廠房的同強度普通混凝土制作成型6塊混凝土試驗板。拆模后養護28天。準備試驗設備X射線探傷機，型號XXG-3505。膠片若干。

2.2 對比試驗

1）將赤鐵礦屏蔽混凝土試驗板1張與普通混凝土試驗板1張對接（比例為1:1），使兩個混凝土板處于同一平面，并且膠片平均粘貼在兩個混凝土試驗板中間。

將試驗用X射線探傷機置于混凝土試驗板的無膠片一面。X射線探傷機焦距調整為70cm。關閉曝光室門，確認曝光室門口曝光區安全無人員后，打開射線機電源，曝光時間5min，電壓調整為350V。曝光后及時將底片沖洗處理。

圖1 屏蔽混凝土模塊射線對比圖-1:1（左側屏蔽混凝土，右側普通混凝土）

2）將赤鐵礦屏蔽混凝土試驗板1張與普通混凝土試驗板2張對接（比例為1:2），使一張普通混凝土板與屏蔽混凝土板處于同一平面，并且膠片平均粘貼在兩個混凝土試驗板上。其余步驟同1）。

圖2 屏蔽混凝土模塊射線對比圖-1:2（左側屏蔽混凝土，右側普通混凝土）

3）按照上述步驟分別進行1:3,1:4,2:3，2:4，3:5等比例的屏蔽混凝土板與普通混凝土板的屏蔽試驗。并及時曝光沖洗膠片。

圖3 屏蔽混凝土模塊射線對比圖-1:3（左側屏蔽混凝土，右側普通混凝土）

圖4 屏蔽混凝土模塊射線對比圖-1:4（左側屏蔽混凝土，右側普通混凝土）

圖5 屏蔽混凝土模塊射線對比圖-3:5（左側屏蔽混凝土，右側普通混凝土）

2.3 評估屏蔽混凝土屏蔽效果

通過對相同射線能量穿透不同混凝土后在底片上形成的影像黑度值來對比屏蔽效果，混凝土的材質分別為C40 赤鐵礦混凝土和C40 普通混凝土，檢驗參考的標準為NB/T47013.2-2015，X射線機的型號為XXG-3505，對焦焦距75mm,透照方式為X射線單壁單影，焦點尺寸2.5*2.5mm，透照長度100mm，透照厚度50-300mm不等，管電壓350kV，管電流4mA，曝光時間為5min，顯影時間5min，顯影溫度20℃，停顯時間2min，定影時間15min，水洗時間30min，自然烘干手洗。試驗對比結果見表1。

3 混凝土性能研究

2020年3月實驗室采用上海某公司提供的巴西赤鐵礦碎石（批號BG2019-CJL-401）、礦砂（批號BG2019-XJL-407）拌制的屏蔽混凝土。混凝土坍落度為160±30mm時，混凝土拌合物密度為3650-3870kg/m3，28 天干密度為3610-3820kg/m3，經振實臺振動后無骨料下沉，拌合物和易性良好，質量可靠。該混凝土坍落度適宜范圍為160mm±30mm，根據GB/T34008-2017《防輻射混凝土》該混凝土拌合物可劃分為S4級（≥160mm）；該混凝土干密度屬于RS3級（≥3600kg/m3且＜4000kg/m3），經試配的混凝土強度54.1MPa。

表1 屏蔽混凝土與普通混凝土屏蔽效果對比表

4 結論

通過對赤鐵礦混凝土配合比試驗研究和兩個混凝土的對比屏蔽試驗結果的分析，證明了赤鐵礦混凝土的屏蔽效果，赤鐵礦屏蔽混凝土屏蔽X射線的效果是普通混凝土屏蔽效果的2.5倍至3倍，具有良好的屏蔽性。根據底片的黑度不同，可以進一步研究赤鐵礦混凝土與普通混凝土屏蔽效果的比值，將屏蔽效果進行更加精確量化。

通過對該批赤鐵礦砂石混凝土拌合物和物理性能的檢測研究，證明了當混凝土拌合物坍落度在160±30mm時，混凝土拌合物未出現泌水離析，混凝土和易性良好，混凝土均勻密實，經振實臺振動無骨料明顯下沉狀況，混凝土密度符合要求，強度符合要求。此時混凝土拌合物和易性良好，可進一步研究赤鐵礦混凝土的泵送難題。