重晶石防辐射混凝土的制备与泵送施工

重晶石防辐射混凝土的制备与泵送施工

刘占波

中核滨海（天津）质子科技有限公司天津市300457

摘要：重晶石防辐射混凝土表观密度大于3000kg/m3，对γ射线、X射线或中子辐射具有屏蔽能力，不易被放射线穿透。由于核工业发展和放射性同位素在工业、农业、医疗及科研试验室方面的应用，很多场合需要重晶石混凝土作为防护装置。本文以工程实验堆项目重晶石防辐射混凝土项目为研究对象，生产了强度、表观密度达标，和易性优良的重晶石防辐射混凝土；同时，找到了该种混凝土泵送施工困难的关键因素，提出了实际生产中必须注意的技术问题。

关键词：重晶石防辐射混凝土；制备；泵送施工

1重晶石防辐射混凝土概述

重晶石混凝土以重晶石、重晶砂为粗细骨料，通过增加混凝土表观密度和密实性来提高对Ｘ射线和γ射线的屏蔽能力，能有效吸收Ｘ射线和γ射线，减少对人体的伤害。重晶石混凝土对原材料及配合比要求极髙，这种混凝土需要适量的浆体填充骨料空隙，为确保满足设计要求，通常需进行多次试配以确定最优配合比；同时由于重晶石混凝土在搅拌过程中计量困难，铁矿砂密度大，导致计量冲量迅速上升，难以掌控，须采取半自动或手动控制，以尽量减小铁矿砂冲量带来的计量误差。

2原材料与试验方法

2.1原材料

重晶石：破碎成连续级配的粗、细骨料，其物理性能见表1和表2。

重晶石粉：表观密度大于4200kg/m3，细度大于600目。

水泥：P·O42.5级普通硅酸盐水泥。

掺合料：选Ⅰ级粉煤灰；Ⅰ级硅粉；S75级矿粉。

表1破碎重晶石的物理性能指标

表5为本试验重晶石防辐射混凝土的物理性能试验结果。由表5可见，由于重晶石密度大，依靠自身自重就能具有较好的流动性，所有试验组的流动性及28d强度均能满足要求。

本项目为大体积重晶石防辐射混凝土，胶凝材料水化热较大，如果不采取措施控制温度裂缝，一旦产生微裂缝将对混凝土屏蔽射线的能力造成极大影响。为了减少胶凝材料水化热，提高混凝土施工和易性，本试验采用矿物掺合料替代部分水泥。A1组单掺粉煤灰，物理性能良好；A2组单掺矿粉，极易离析，不能进行泵送施工；A3组单掺硅粉，其拌合物流动性无较大影响，但是其黏聚性增大，混凝土黏稠，又由于本身重晶石骨料的密度大，致使泵送施工有一定的困难。因此，矿物掺合料选择粉煤灰较为合适，能够显著降低早期混凝土强度，降低早期水化反应放热。

A4~A5组为复掺试验，二组配合比的施工性能有了明显改善，但测得拌合物的表观密度均不能达到3600kg/m3的技术指标。这是因为掺合料的密度在2200~2800kg/m3

之间，掺入掺合料后其所占体积不能被表观密度4200kg/m3的重晶石和砂所占据，故表观密度较小。

A7组加入了重晶石粉，使得骨料之间细小的孔隙被高密度的重晶石粉所填充，其密实度增加，表观密度相应增大，测得的表观密度为3633kg/m3，满足设计要求，其施工性能与强度也均满足设计要求。故选择A7组配合比为本项目重晶石混凝土施工用配合比。

4工程施工

工程实验堆项目于2012年4月正式施工。混凝土泵送约30m3之后，泵车堵管致无法进行正常施工。经过设备处理，泵车继续工作。约十几分钟之后再次堵泵，施工无法顺利进行，造成大量混凝土浪费，当日混凝土采用汽车吊进行吊装，但使用汽车吊施工严重影响了工程进度。理论上，坍落度240mm的混凝土泵送性能优良，但在实际重晶石混凝土工程中，由于其密度大、坍落度小导致无法进行泵送施工。

图1（a）为破碎后的重晶石照片，图1（b）为破碎后的重晶砂照片。由图可见，破碎后的重晶石粒型不规则，多为长条型且多棱角，作为粗骨料不易泵送；而重晶砂破碎后，其粒型不规则，类似多边形状晶体状，表面粗糙，此外，重晶砂的密度约为普通砂的2倍，作为泵送混凝土用砂，经过一段时间的泵送后，重晶砂、重晶石极有可能堆积在泵管的接口、弯口处，随着泵压增大将砂石骨料进一步压实，导致无法顺利泵送。实际工程中，重晶石的破碎粒型不能改变，本研究只能尝试改变重晶砂的表面形状，使其外形较为圆润。图1（c）为经过制砂机加工后的重晶砂，由图可见，重晶砂的颗粒粒型有了较大改善，近似球形，其级配也更加接近普通砂。

（a）破碎后的重晶石（b）破碎后的重晶砂（c）制砂机加工后的重晶砂

结束语

（1）重晶石防辐射混凝土采用内掺15%粉煤灰替代部分水泥较为合适。

（2）泵送重晶石防辐射混凝土用重晶砂必须经过制砂机加工成粒径合适、近似球形的重晶砂才能在实际施工中进行使用。

（3）重晶石防辐射混凝土的表观密度大，生产时考虑设备的荷载能力，每盘材料用量宜按普通混凝土的60%～70%计量，即每盘只能搅拌0.6～0.7m3；同时，运输罐车只能装载4m3的重晶石防辐射混凝土，且施工过程中罐车不能停止旋转，否则混凝土会下沉，放料时快速搅拌容易发生侧翻危险。

参考文献

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