梁吉哲 趙曦

（1. 遼寧省環(huán)保集團輻潔生態(tài)環(huán)境有限公司，遼寧沈陽 110031；2. 遼寧省環(huán)保集團科源環(huán)境技術(shù)有限公司，遼寧沈陽 110000）

1 引言

目前輻射的防護問題在全球受到廣泛的重視，主要是為了保護放射性工作人員、公眾及環(huán)境的安全。屏蔽防護方法是輻射防護工程的主要方法，使射線在經(jīng)過一定厚度的屏蔽物質(zhì)后強度降低，在輻射源與生物體之間設(shè)置的屏蔽材料達到理想厚度，就可以降低輻射強度水平，降低人們在工作中所受到的輻射損傷［1］。

屏蔽防護中防輻射混凝土占比較高，其主要用于防護和屏蔽電離輻射。而防輻射混凝土的耐久性與材料的堿活性有很大關(guān)系，如防輻射混凝土的骨料具有堿活性，其與防輻射混凝土中的某一材料如水泥等所含有的堿物質(zhì)發(fā)生化學反應，會導致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)膨脹、開裂［2］，防輻射混凝土材料的堿活性應引起高度重視。

本文對已篩選的防輻射混凝土骨料進行堿活性試驗，檢驗骨料是否具有堿活性，能否作為防輻射混凝土的材料。

2 堿活性試驗反應機理

骨料是混凝土的重要材料，在混凝土成型過程中起著關(guān)鍵性作用。骨料按其活性成分可以分為硅質(zhì)活性骨料和碳酸鹽類活性骨料。如果骨料具有活性二氧化硅，會在一定條件下與防輻射混凝土中的其他原材料發(fā)生堿化反應，影響防輻射混凝土的耐久性，因此需要研究其機理，防止骨料發(fā)生堿活性反應。

堿活性反應是膠凝材料中所含的堿性物質(zhì)與混凝土材料中所含的二氧化硅發(fā)生化學反應，并在材料表面生成堿—硅酸凝膠，吸水后體積膨脹，導致混凝土脹裂。骨料存在活性二氧化硅量越多，堿—硅酸反應的膨脹程度越大［3］。

學者W C Hansen 簡化提出4 個反應過程［4］：

Na＋＋OH－＋SiO2→NaH·SiO2

Na＋＋OH－＋NaH·SiO2→Na2SiO2·xH2O

NaH·SiO2＋SiO2＋H2O→Na2H2（SiO2）2·xH2O

NaH·SiO2＋mSiO2＋H2O→Na2H2（SiO2）m＋1·xH2O

3 堿活性試驗方法選擇

混凝土材料的堿活性反應能影響耐久性。選擇混凝土材料時需要對堿活性成分進行分析試驗，進行骨料堿活性檢測。目前試驗檢測混凝土材料堿活性的方法主要有巖相法、化學法、快速壓蒸法、砂漿棒快速測定法等［5］。

（1）巖相法。把需要測定堿活性骨料的巖石顆粒制成薄片，在顯微鏡下鑒定礦物組成、結(jié)構(gòu)等，特別要測定其隱晶質(zhì)、玻璃質(zhì)成分的含量，從而判斷骨料的堿活性。巖相法的缺點是得不到堿活性組分含量與膨脹率的關(guān)系。

（2）化學法。取一定量骨料和一定濃度的NaOH溶液反應，在試驗條件下，測定骨料中二氧化硅濃度和堿度降低值，從而測定骨料的堿活性?；瘜W法的缺點是不能測定由于微晶石英、變形石英所產(chǎn)生的慢膨脹骨料，存在非二氧化硅如黏土等的干擾。

（3）快速壓蒸法。骨料與外加堿使總堿量達到1.5%，制成試件后浸泡在溶液中，在高溫高壓條件下蒸煮4～6 h，測定試件長度，評定堿與骨料反應引起的膨脹是否具有危害?？焖賶赫舴ㄊ窃趶娀瘲l件下進行的試驗，可測定強化條件下的膨脹率，操作簡單快捷。

（4）砂漿棒快速測定法。用骨料與水泥制成水泥砂漿試件，將水泥砂漿試件放入80 ℃高溫堿溶液下，測定規(guī)定時間下水泥砂漿試件的長度變化。

測定2 周時間的水泥砂漿試件長度，計算水泥砂漿試件膨脹率，當水泥砂漿試件的膨脹率小于0.1%時，骨料為非活性骨料；當水泥砂漿試件2 周的膨脹率大于0.2%時，混凝土骨料為具有潛在危害性反應的活性骨料；當水泥砂漿試件2 周的膨脹率在0.1%～0.2%之間時，水泥砂漿試件觀測的時間延至4周，根據(jù)測定結(jié)果及混凝土骨料巖相試驗分析等來進行計算。砂漿棒快速測定法適用于檢驗反應緩慢或只在后期才產(chǎn)生膨脹的骨料，雖然砂漿棒快速測定法屬于快速測定堿活性的方法，但仍需要2～4 周，試驗周期較長。

經(jīng)對比，本試驗選擇簡單快捷的快速壓蒸法進行試驗。

4 堿活性試驗

4.1 試驗儀器及設(shè)備

為了更好地檢驗骨料是否與堿性材料反應，是否能引起試件的膨脹，配備試驗儀器及設(shè)備，見表1。

表1 試驗儀器及設(shè)備

4.2 試驗材料

（1）骨料：鉛鋅礦表層廢棄原礦石；表觀密度為3 000 kg/m3；壓碎值為13.8%；主要成分為白云石、鋅鈣白云石以及鐵白云石。

（2）水泥：不摻任何材料的硅酸鹽水泥。

（3）NaOH 溶液：濃度為1 mol/L。

4.3 試驗過程

（1）試樣制備

將鉛鋅礦表層廢棄原礦石進行破碎后，選取標準篩為0.15，0.63 mm 進行試驗研究，其中要求0.15 mm 以下的材料不能超過0.5%。

（2）試件制備

試驗共分3 組，每組骨料質(zhì)量占水泥質(zhì)量比例分別為10%，20%，50%，3 組試驗骨料質(zhì)量分別為5，10，15 g，分別加入濃度為1 mol/L 的25 mL NaOH溶液，制成試件。裝模圖見圖1。

圖1 裝模圖

（3）養(yǎng)護

利用試模制成試件后，立即將試模放入標準養(yǎng)護室內(nèi)。養(yǎng)護24 h 后進行脫模，立即測量所制作的試件的初始長度，每塊試件長度精確至0.01 mm。需用濕布覆蓋住待測的試件以保持濕度，防止水分蒸發(fā)。

（4）蒸養(yǎng)

在蒸養(yǎng)箱內(nèi)將試件分離，并放置105 ℃下蒸5 h，在這個過程中禁止將試件浸入水中。

（5）壓蒸

將經(jīng)蒸養(yǎng)的3 組試件分別加入450 mL 配置好的NaOH 溶液，使試件全部浸入溶液，在145 ℃下保溫6.5 h。取出蒸養(yǎng)的試件，并用濕布遮蓋，室溫放置1～2 h，記錄測量壓蒸后的試件最終長度值。測量圖見圖2。

圖2 測量圖

4.4 堿活性試驗計算

對堿活性試驗測量的結(jié)果進行計算，通過試件的長度變化來判斷骨料堿活性，超過0.1%，表明所用骨料具有堿活性，反之則表明沒有堿活性。堿活性計算公式為：

εt＝（L2－L1）/（L1－2L）×100

式中，εt為試件的膨脹率,%；L1為試件的基準長度，mm；L2為試件的最終長度，mm；L 為測頭的長度。

記錄堿活性試驗數(shù)值，見表2，

表2 試驗數(shù)值

根據(jù)表2 數(shù)值計算試件伸長率：當骨料用量分別為5，10，15 g 時，經(jīng)過堿活性試驗后，伸長率分別為0.08%，0.08%，0.04%。經(jīng)過堿活性試驗，3 組試件的伸長率不隨骨料的增加而增加，且3 組試件的伸長率均小于0.1%。

5 結(jié)論

堿活性試驗結(jié)果顯示，試件的伸長率均小于0.1%，表明鉛鋅礦表層廢棄原礦作為防輻射混凝土骨料無堿活性，可用作防輻射混凝土的材料。