過(guò)海明 ，高鵬 （合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

1 引言

隨著醫(yī)學(xué)領(lǐng)域快速發(fā)展，治療技術(shù)提高，醫(yī)療器械廣泛應(yīng)用，輻射也成為了備受關(guān)注的問(wèn)題。α、β射線穿透力很弱，很難穿過(guò)被穿透物體，但是由于x、γ射線和中子射線穿透力非常強(qiáng)，這就要求屏蔽材料在屏蔽能力上具有特殊的要求。這些射線有很大的危害性，若射線泄漏，則會(huì)導(dǎo)致被輻射的人產(chǎn)生癌癥、白血病等一些惡性癥狀，同樣也可以誘導(dǎo)植物產(chǎn)生基因突變，這對(duì)人們的生活有很大的危害，這就讓防輻射這個(gè)成為一個(gè)熱門的話題。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在防輻射的方法上已經(jīng)有很多方法?？梢允褂娩摪?、玻璃鋼、鉛板和超厚混凝土等材料來(lái)屏蔽各種射線，但使用超厚密實(shí)混凝土是一種最為常見(jiàn)屏蔽的方法。

2 各組分材料的影響

2.1 膠凝材料

2.1.1 水泥

需選用低水化熱的水泥，或者減少水泥使用量，可以非常明顯有效的降低混凝土水化熱，減小混凝土由于內(nèi)部和外部溫度差而導(dǎo)致的溫度應(yīng)力，減小混凝土出現(xiàn)溫度裂縫的可能性[1]。低水化熱水泥早期水化速率明顯降低，水化放熱總量也明顯降低，同時(shí)改善混凝土和易性，水泥漿體長(zhǎng)時(shí)間保持塑性初凝時(shí)間延長(zhǎng)，既降低了工作性損失，又降低了混凝土因前期熱量過(guò)大而產(chǎn)生的內(nèi)部外部溫度差異過(guò)大導(dǎo)致的裂縫。在不影響后期強(qiáng)度的情況下，采用低水化熱水泥，如粉煤灰水泥，礦渣硅酸鹽水泥等，這些水泥可以降低混凝土齡期溫升，水化放熱平緩，溫度峰值降低，耐久性和抗腐蝕性更佳。除此之外，也可以通過(guò)在普通硅酸鹽水泥中摻加粉煤灰、礦渣等礦物摻合料來(lái)達(dá)到混凝土相關(guān)要求。

2.1.2 礦物摻合料

在大體積混凝土中為了降低溫升，可以選用的摻合料有很多種，但是在工程中常用的是粉煤灰和礦渣。粉煤灰是煤燃燒后尾氣中細(xì)灰或者燃煤電廠排出的固體廢棄物，主要為氧化硅、氧化鈣、氧化鋁等，摻入使用既使廢棄物得到充分的利用，又改善了混凝土的性能。在大體積混凝土中采用高摻量粉煤灰，可以減少水泥的用量，減少了水化放熱總量，粉煤灰早期和后期反應(yīng)程度都比較低，在嚴(yán)格控制堿度的前提下，混凝土的和易性也變好，大大降低混凝土中裂縫產(chǎn)生的幾率[2]。

在配合比試驗(yàn)中，添加礦渣同樣可以降低混凝土早期水化放熱的量，在工程中常用S95級(jí)別礦渣，但是與粉煤灰相比不同的是，摻加礦渣的混凝土后期齡期強(qiáng)度略超過(guò)等比例水泥的混凝土，而摻加粉煤灰的混凝土則低于水泥混凝土的強(qiáng)度[3]。但是只要滿足混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求即可。摻加礦渣同樣也可以減少水泥的用量，可以在工作性能上顯著提高，降低混凝土溫升，提高混凝土的耐久性和抗腐蝕性。除此之外，在膠凝材料水化過(guò)程中還要控制溫度，因?yàn)闇囟葧?huì)影響材料的水化程度，影響混凝土澆筑過(guò)程中總熱量，從而對(duì)裂縫的發(fā)生有顯著影響。

粉煤灰和礦渣共同摻加，混凝土各齡期抗壓強(qiáng)度及拌合物和易性均較好，通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可得，礦物摻合料最佳比例為水泥質(zhì)量的30%～40%。[4]

2.2 骨料

骨料包括粗骨料和細(xì)骨料，在工程應(yīng)用中，嚴(yán)格控制骨料的形狀，需要選擇級(jí)配良好的骨料，這樣可以使骨料的孔隙率達(dá)到最小，從而可以減少漿體的用量，還能保證混凝土和易性要求，減小產(chǎn)生離析現(xiàn)象的可能。由于要滿足防輻射要求，必須選用的骨料使混凝土滿足高密度、高密實(shí)度的要求，可以選用磁鐵礦砂，鋼珠，磁鐵礦石作為防輻射混凝土的骨料。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果證明，以鋼珠為骨料的屏蔽能力最強(qiáng)，以磁鐵礦和重晶石為骨料的屏蔽能力次之，以普通砂石為骨料的屏蔽能力最低[5]。由此可得采用重骨料可以有效地增強(qiáng)混凝土的防輻射的能力。

2.3 外加劑

大體積混凝土澆筑過(guò)程中常見(jiàn)的外加劑有高效減水劑和膨脹劑。高效減水劑目前市場(chǎng)上種類繁多，但是基本性能都差不多，都可以在維持坍落度不變的情況下，減少拌合用水量，增強(qiáng)和易性，利于其泵送和澆筑。也可以減少水泥使用量，節(jié)約水泥，達(dá)到經(jīng)濟(jì)性要求。同時(shí)高效減水劑對(duì)水泥、粉煤灰、石子等混凝土原材料適應(yīng)性好，不會(huì)影響混凝土的后期的工作性能。并且混凝土后期抗壓強(qiáng)度增加效果顯著。在工程及其試驗(yàn)過(guò)程中也可以對(duì)減水劑與含有緩凝、引氣組分的外加劑進(jìn)行復(fù)配，提高減水效果、保坍效果、抗凍效果等[6]。從而在保證混凝土性能基礎(chǔ)上，達(dá)到經(jīng)濟(jì)型效果。

膨脹劑具有補(bǔ)償混凝土收縮的作用[7]。由于礦物摻合料的摻入限制混凝土的膨脹，而膨脹劑的加入剛好補(bǔ)償剛好的收縮部分，從而降低了混凝土收縮可能性，降低混凝土產(chǎn)生裂縫產(chǎn)生的幾率。在我國(guó)混凝土澆筑過(guò)程中常用的膨脹劑有氧化鎂膨脹劑、硫鋁酸鈣膨脹劑、氧化鈣膨脹劑、鐵屑膨脹劑等。在實(shí)際工程中均得到廣泛的應(yīng)用，但是考慮到成本，要控制好用量，這樣才能達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)效益，才能符合實(shí)際工程的要求。

3 配合比設(shè)計(jì)的影響

在大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)中，通常考慮多個(gè)因素對(duì)混凝土性能的影響，上文已經(jīng)對(duì)混凝土材料性能進(jìn)行闡述，下面重點(diǎn)對(duì)各個(gè)組分最適配比進(jìn)行敘述。

可以共同考慮水膠比、礦物摻和料使用量、外加劑摻量和砂率等因素對(duì)防輻射混凝土的抗壓強(qiáng)度和后期工作性能影響。在配合比設(shè)計(jì)中可采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法，先進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)，再對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。對(duì)影響因素進(jìn)行排序，有側(cè)重的研究各種因素的影響程度，通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)的對(duì)比得到最佳配合比，再考慮工程實(shí)際情況，適當(dāng)調(diào)節(jié)，最后在工程中進(jìn)行應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

在防輻射大體積混凝土施工過(guò)程中裂縫問(wèn)題需要嚴(yán)格控制。主要由于水化熱工程中的溫升，使混凝土溫度應(yīng)力大于混凝土的抗拉應(yīng)力，從而產(chǎn)生溫度裂縫。因此，在施工前為了減少和避免大體積混凝土結(jié)構(gòu)在水化進(jìn)程中產(chǎn)生溫度裂縫，最直接的方法就是掌握其水化溫升規(guī)律。還要從膠凝材料、骨料和外加劑本身性質(zhì)入手，結(jié)合水膠比，選擇最佳配合比。為后期進(jìn)行數(shù)值模擬和理論計(jì)算的溫度變化值提供理論基礎(chǔ)。從而推動(dòng)大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中溫度控制和裂縫開(kāi)展規(guī)律的研究進(jìn)程。