蔚世錦 李憲軍

1 概述

防輻射混凝土是一種能夠有效防護(hù)對(duì)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(hù)混凝土、核反應(yīng)堆混凝土等［1］。由于核工業(yè)發(fā)展和放射性同位素在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療及科研試驗(yàn)室方面的應(yīng)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(shí)混凝土均有防御能力，對(duì)于χ，γ射線要求高密度、較好防御能力的材料。對(duì)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(qiáng)的防御能力［2，3］。針對(duì)某醫(yī)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(shè)計(jì)及混凝土施工進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究，采用自配緩凝型多功能復(fù)合抗裂密實(shí)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(fā)展方向。

2 試驗(yàn)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(shí)際施工多采用普通硅酸鹽水泥，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量和水化熱都較小;礬土水泥可增加混凝土中結(jié)合水量，但水化熱較大，施工時(shí)需采取冷卻措施;對(duì)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(jià)格昂貴，一般很少用。本試驗(yàn)采用太原某水泥廠生產(chǎn)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(yàn)結(jié)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(xù)粒級(jí)，含泥量符合JGJ 52-2006標(biāo)準(zhǔn)要求。2)細(xì)骨料:采用磁鐵礦砂作為細(xì)骨料，其表觀密度為4100kg/m3，細(xì)度模數(shù)符合中粗砂要求(本試驗(yàn)砂的細(xì)度模數(shù)為3.2)，含泥量符合JGJ 52-2006標(biāo)準(zhǔn)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(fù)合抗裂密實(shí)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(shè)計(jì)要求及試驗(yàn)結(jié)果分析

混凝土的密度越大，其屏蔽效果越好，故配合比設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)先考慮混凝土的表觀密度，配合比必須滿足:1)選用粗細(xì)骨料的密度要大，最好含有結(jié)合水，以增強(qiáng)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(shí)功能的復(fù)合式外加劑。C30防輻射混凝土配合比試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 C30防輻射混凝土配合比試驗(yàn)結(jié)果

由表2可知，2號(hào)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(hào)和3號(hào)配合比表觀密度相對(duì)2號(hào)較小，1號(hào)和易性較2號(hào)差一些，3號(hào)和易性好，但在振搗過程中對(duì)混凝土的勻質(zhì)性有影響，即骨料易下沉。通過對(duì)比研究選擇2號(hào)配合比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用，而且各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合要求。

3.2 防輻射混凝土施工注意事項(xiàng)

1)防輻射混凝土的單方容重大，生產(chǎn)時(shí)要考慮設(shè)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(shí)間不宜低于45s，也不宜攪拌時(shí)間太長(zhǎng)。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(yīng)控制在70mm以下，在現(xiàn)場(chǎng)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(yīng)采用“階梯式推進(jìn)、全面分層”的方法連續(xù)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(shí)間不得超過混凝土的初凝時(shí)間，終凝前應(yīng)采用抹面機(jī)械或人工多次抹壓。5)要加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)制度，注意混凝土內(nèi)外溫差?；炷翝菜B(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于14d。

4 結(jié)論與展望

1)采用自配緩凝型多功能復(fù)合抗裂密實(shí)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(xiàn)，有效避免因混凝土內(nèi)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(shù)保障。

2)目前防輻射混凝土多數(shù)采用天然重礦石作為骨料，具有質(zhì)量、密度不穩(wěn)定等局限性。如果能按照防輻射設(shè)計(jì)要求，在原有天然重礦石的基礎(chǔ)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(fā)展方向。

［1］李星洪.輻射防護(hù)基礎(chǔ)［M］.北京:原子能出版社，1982.

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

［3］嚴(yán)培明.防輻射建筑的設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)［J］.建筑施工，2006(7):35-38.

［4］楊伯科.混凝土實(shí)用新技術(shù)手冊(cè)［M］.吉林:吉林科學(xué)技術(shù)出版社，1998.