摘要: 本文介绍了大体积防辐射混凝土的选材、配合比设计、施工要点及质量控制要求, 可供类似工程借鉴或参考.
关键词: 防辐射; 大体积; 混凝土; 重晶石
中图分类号: TU37 文献标识码: A
引言
防辐射混凝土又称为屏蔽混凝土、重混凝土或核反应堆混凝土, 是原子核辐射源装置常用的防护材料, 它能有效屏蔽原子核辐射.所谓原子核辐射,一般是指α 射线、β 射线、γ 射线和中子流. 由于α 射线、β 射线穿透力较低, 厚度很小的防护材料也能完全挡住它们, 所以防辐射混凝土要屏蔽的射线主要是γ 射线和中子射线[1].
γ 射线是一种具有极大穿透力的电磁波, 在穿过防护物质时可逐渐被吸收, 当防辐射混凝土墙体厚度为常数时, 防γ 射线的性能与其密度成正比,物质的密度愈大, 防护性能愈好, 当防辐射混凝土达到一定厚度时, γ 射线可被完全吸收.一般防辐射混凝土均采用重骨料配制成重混凝土. 中子射线是由不带电的微粒组成, 密度大的材料对能量大的快中子有减速作用, 但对能量低的热中子不具有减速效果, 要削弱中子射线, 防辐射混凝土中不仅须含重元素, 还要含有一定数量氢原子和水的轻元素.
邵阳市中心医院医技楼为12 层框架—剪力墙结构, 建筑面积8900㎡ , 该工程的直线加速器机房采用了防辐射混凝土作为防射线的遮蔽体. 加速机房的防辐射混凝土强度等级C35, 素混凝土的容重≥2500Kg/m3, 墙厚2.5m, 混凝土浇筑量达1520m3.该防辐射混凝土的施工应着重解决原材料的选择、配合比设计和大体积混凝土施工等技术难题.
1 防辐射混凝土施工方案
1.1 原材料的选择
水泥: 选用水化热较低的湘乡水泥厂P·O42.5级硅酸盐水泥.
外加剂: 选用江西萍乡特种建筑材料有限公司HE- L0 型缓凝高效减水剂, HE- L0 型缓凝高效减水剂对新拌混凝土具有较好的保坍性, 减水率20%以上, 不泌水, 可明显提高混凝土的和易性、泵送性和耐久性, 28 天强度可提高25%以上, 延迟水泥水化热放热时间, 在保证相同条件的前提下可节约水泥10- 20%.
骨料: 选用粗、中砂, 含泥量< 3%; 碎石选用最大粒径为31.5mm 连续级配的优等品, 含泥量< 1%.
由于设计要求抗辐射素混凝土的容重≥2500Kg/m3, 因此在每立方混凝土中加入100 Kg 硫酸钡( 重晶石) , 可满足设计要求.
1.2 防辐射混凝土的配合比设计
防辐射混凝土的密度越大, 其屏蔽效果越好, 故配合比设计时应优先考虑混凝土的表观密度和密实程度, 再考虑强度和施工工艺.配合比必须满足下列要求:
( 1) 选用骨料密度要大;
( 2) 混凝土的水泥用量不宜过大, 水泥用量过多时, 其容重则下降;
( 3) 水灰比控制在0.4～0.5 之间;
( 4) 考虑防辐射混凝土骨料的比重较大, 混凝土易分层, 为避免因骨料重而引起骨料离析, 坍落度不能太大, 出机混凝土坍落度应控制在140±20mm.该抗辐射混凝土施工, 采用现场搅拌, 泵送混凝土.混凝土强度等级为C35, 坍落度110～150mm, 砂率为40%, 委托邵阳市工程质量检测中心试验, 混凝土的配合比为水泥:砂:碎石: 水: HE- L0 型缓凝高效减水剂=1:1.9:3.4:0.42:0.01, (每立方米混凝土加入100Kg 重晶石)施工过程中, 测定砂、石的含水率,及时调整配合比.
1.3 施工缝的留设
防辐射混凝土施工缝的设置是重要的一环.设置施工缝, 顶板和墙的支撑较易解决, 避免一次浇筑混凝土太多, 能够有效地保证混凝土的浇筑质量, 施工缝设置处可采用一定厚度的铅板对施工缝处进行加强处理, 对结构的防辐射性能的影响可减小到最低程度.若不设施工缝, 施工难度相当大, 会增加技术措施费, 且难于保证质量.由于业主和设计院担心设置施工缝的地方成为薄弱环节, 影响结构的防辐射性能, 要求底板、顶板和墙体混凝土须一次性连续浇筑, 不得留设水平施工缝.
2 大体积混凝土的施工
2.1 模板工程
( 1) 对2.5m 厚的顶板, 如采用一般钢管间距太窄, 且难以保证质量, 所以立竿采用间距为900×900mm 的型钢支撑, 板底铺60mm 厚的木条把板荷载均匀传递到型钢上. 其余厚度的板采用间距为300×300mm 的钢管支撑.
( 2) 剪力墙采用加密对拉片, 对拉片各被两根架管夹住, 内侧模板的架管和相邻的型钢连接; 外侧模板的架管采用桁架、剪刀撑等形式把剪力墙上的侧压力传递到框架梁和柱、地梁上.由于架管太多, 为了保证墙和板的断面尺寸, 在架管的端部采用了可调支撑, 这样也能保证架管和墙面充分接触.
( 3) 为了防止支撑结构局部突然失稳, 增加了斜撑和剪刀撑的数量和纵横两面支撑连接, 形成了一个含有多个多余约束的超静定结构体系.
2.2 混凝土工程
( 1) 重晶石防辐射混凝土的单方容重大, 生产时考虑设备的荷载能力, 每盘材料用量按普通混凝土的60～70%计量, 即每盘搅拌0.6～0.7m3 防辐射混凝土.
( 2) 由于重晶石的强度较低、性脆的特点混凝土搅拌时间不宜过长, 40～50S 为宜.否则, 将大大增加石粉的含量, 影响混凝土的工作性能.机房墙体及顶板混凝土须一次性连续浇筑, 不
得留设水平施工缝, 以防止射线穿过.
( 3) 因重晶石混凝土堆密度较大, 泵送距离一般不超过50 m, 以免发生堵塞管道, 混凝土泵管上覆盖草包, 经常喷水保持湿润, 以减少混凝土拌合物因运输而造成的温度升高.
( 4) 混凝土泵车输送导管距浇筑面的高度不大于2m, 防止混凝土产生离析.为保证混凝土振捣密实, 要分层下料和振捣, 混凝土每层浇筑厚度控制在300mm 左右, 上层混凝土浇筑必须在下层混凝土初凝前进行.
( 5) 浇筑方法采用斜面分层法, 实施二次振捣,控制混凝土泵布料厚度, 且振捣上层混凝土时振动棒插入下层混凝土表面50mm 以上, 以利于散热和保持混凝土的整体性; 排除混凝土表面的沁水, 当混凝土浇筑接近端部时, 改由端部向中间浇筑以形成坡度, 使混凝土表面的沁水和浮浆汇聚, 经模板预留孔流出.
( 6) 混凝土振捣要选用有经验的振捣手, 振捣棒快插慢抽, 振捣棒插入点采用梅花点布置, 间距500mm 插入一点, 振捣棒插入下层中50～100mm,振捣时间控制在15S～20S 以内, 表面出浆为宜, 不宜振捣过度, 以避免粗骨料下沉分层, 影响混凝土的防辐射性能.
( 7) 混凝土养护: 混凝土浇筑完毕后, 待其收水后, 在顶板的表面覆盖塑料薄膜两层湿草帘, 在草帘浇水养护不少于14d.
墙板采用湿布覆盖, 经常洒水湿润, 并将加速机房的门洞封堵, 以防散热过快.7d 内保证混凝土养护温度不小于10℃, 相对湿度大于90%. 养护条件的好坏对后期混凝土的结合水的含量有很大不同, 从而对防止中子射线效果有较大影响.根据资料显示,若养护条件好, 一年龄期混凝土结合水含量能增加5%.
2.3 温度测控
( 1) 提高混凝土面层温度: 混凝土全部浇筑完后, 采取蓄水法进行养护.水深约200mm, 上盖塑料薄膜.混凝土内部水化热不断地向表面传递, 及太阳的辐射作用, 养护水温慢慢升高.对混凝土的养生特别有利, 利于保证混凝土的质量,防止开裂.
( 2) 降低混凝土内部温度: 混凝土内部布置循环冷却水管, 让循环水吸收混凝土内部水化热, 以降低温度.
( 3) 温度测定: 测温范围: 垂直方向, 在距混凝土表面100 mm 及混凝土的中间部位布置三个测温点; 水平方向分别在距边缘1m 和中间部位布置; 测温工具选项用JDC- 2 型便携式建筑电子测温仪, 在混凝土升温保持阶段, 2- 3 小时测温一次, 在混凝土温度下降阶段, 4- 8 小时测温一次. 温度控制参数,混凝土浇筑温度不得超过28℃. 混凝土内部和表面的温度之差不得超过25℃, 混凝土的温度骤降不得超过10℃/h.
( 4) 测温表明温升正常, 混凝土内部最高温升值发生在混凝土浇筑后5 天内, 平均实测最高温度为48.3℃, 混凝土表面温度28.6℃, 混凝土内外温差小于25℃.
3 结束语
本工程采用的技术是成功的, 经现场验收, 混凝土无胀模、裂缝现象, 降低了工程成本, 缩短了施工工期, 达到了预期的目的.设备安装调试后, 经有关专家共同验收, 该混凝土的抗辐射性能达到国家标准,该工程被评为湖南省省优工程.
参考文献:
[1] 刘霞等. 重晶石防辐射混凝土的试验研究[J]. 混凝土, 2006, (7); 24- 25.
[2] 赵太平. 防辐射大体积混凝土施工[J]. 山西建筑,2003, (2); 73- 74.78 邵阳学院学报( 自然科学版) 第4 卷
