重晶石防辐射混凝土研究及工程应用

重晶石防辐射混凝土研究及工程应用

赵伟健

佛山市联益建筑材料有限公司 528222

摘要：重晶石防辐射混凝土大范围应用于反应堆、直线加速器及其他放射性化学装置的防护工程。通过在工程中应用重晶石防辐射混凝土，可以形成具有特殊防辐射性能的商品混凝土结构。因此，文章从重晶石防辐射混凝土工艺原理出发，对重晶石防辐射混凝土应用过程及应用效果进行了简单分析，以期为重晶石防辐射混凝土工程应用提供一定借鉴。

关键词：重晶石防辐射混凝土；骨料；直线加速器

前言：在我国核技术飞速发展过程中，有毒废弃物、放射性物质不断增加，对社会大众身心健康造成了较大的威胁。而通过在工程建设中应用重晶石防辐射混凝土，可以在满足工程力学性能要求的同时，达到良好的防辐射效果。基于此，对重晶石防辐射混凝土的工程应用进行深入剖析具有非常重要的意义。

重晶石防辐射混凝土工艺原理

重晶石防辐射混凝土主要指采用密度较大且结合水含量较高的重晶石碎石（如图1）、重晶石砂等（主要成分为BaSO4. 2H2O）分别作为粗、细骨料，将普通水泥作为胶凝材料。依据一定比例加入水、外加剂拌合现浇入模成型后，与钢筋骨架共同的表观密度较大（ρ＝2.5～7.0×103kg/m3），且对X射线和γ射线具有良好防护性能的结构。由于骨料中结合水含量较高，氢元素占比较大，可以有效防控中子流，达到良好的防辐射效果^[1]。

图1 重晶石碎石

重晶石防辐射混凝土的工程应用过程

原材料选择及配合比设计

在重晶石防辐射水泥及其他辅助料选择时，可以尽可能减少水泥用量为原则，选择当地低热普通硅酸盐水泥，如P.042.5低热普通硅酸盐水泥。随后以增加重晶石防辐射混凝土拌合物粘聚性、改善拌合物流动性、保水性为原则，采用品质指标介于I、II级灰之间的当地II级粉煤灰代替部分砂子。同时考虑到重晶石防辐射混凝土骨料（表观密度为4000kg/m3的骨料）较重、黏度较大，且振动阶段排气密实能力相对较低，可以选择稠度较小，且与水泥具有更好相容性的聚羧酸系外加剂，如臻恒建材的聚羧酸盐系高效减水剂ZHEA-A等。

在原材料选择完毕之后，根据工程泵送连续输送混凝土要求（坍落度在150mm左右），设定水/水泥/重晶机砂/重晶碎石/鹅卵石/鹅卵石机制砂/II级粉煤灰/矿粉/高效减水剂ZHEA-A为177/360/540/960/295/350/75/65/12。

模板支设及混凝土运输

考虑到重晶石防辐射混凝土密度远大于普通混凝土，为保证工程重晶石防辐射混凝土模板刚度，避免模板施工层出现不稳定安全风险，可以模板支设阶段，选择较高厚度的模板。并在预先浇设室内普通混凝土地坪垫层、底板的基础上，选择螺栓穿墙对拉的方式，控制墙板间距离在510.0mm左右^[2]。随后设定直线加速器间砼墙厚度在1.70~3.00m之间。并根据砼墙厚度差异，在模板外侧适宜位置，进行对应型号的槽钢、砼墙穿越螺栓对接。砼墙穿越螺栓间距均在25.0cm以下。

在模板支设完毕后，综合考虑设备承受能力，控制运输罐车装载量在常规装载量的70.0%左右，以保证每盘重晶石防辐射混凝土体积在普通混凝土体积的70.0%左右。结合重晶石防辐射混凝土施工现场两台地泵的设置，可以避免因混凝土输送不连贯导致的施工冷缝缺陷。

浇筑及泵送振捣

在重晶石防辐射混凝土浇筑前一天，浇筑施工人员可以与重晶石防辐射混凝土搅拌人员联系，确定一致的重晶石防辐射混凝土浇筑方量、浇筑时间级连续供应量（重晶石防辐射混凝土供应间隔在20.0min以下）。在重晶石防辐射混凝土到达现场后，施工管理人员应对重晶石防辐射混凝土(温度、坍落度)进行检测，在确定质量无误后方可进行泵送作业，反之则需要退回搅拌站进行重新调整。在混凝土泵送时，由于重晶石防辐射混凝土容重远大于普通混凝土，泵送阻力较大。因此，在保证配合比设计恰当的基础上，应适当调整泵送设备排量，控制重晶石防辐射混凝土坍落度在150~180mm左右^[3]。

在重晶石防辐射混凝土泵送作业进行过程中，施工人员应同步开展重晶石防辐射混凝土振捣工作。即以控制对模板的侧压力为重点，设置串筒投料，避免混凝土离析对墙板混凝土浇筑厚度的不利影响。同时考虑到重晶石防辐射混凝土骨料重量远大于普通混凝土骨料，其进入模板振捣后还没有达到凝结时间而造成的骨料下沉、浆体上浮情況。因此，施工人员可以在重晶石防辐射混凝土墙体浇筑作业结束后，及时在重晶石防辐射混凝土施工面填入洁净重晶石石子，以便在一定程度上改善重晶石防辐射混凝土墙面结构平整性。

在重晶石防辐射混凝土墙面振捣作业结束后，应进行最少一个星期及以上的带模板养护作业。并在模板拆除后，严密覆盖两层麻袋，洒水养护半个月。而在重晶石防辐射混凝土顶板浇筑振捣完毕后，需在其凝实后6个小时内隔离空气中水分，在12个小时内利用PVC薄膜严密包裹，并增设两层麻袋，以便保证重晶石防辐射混凝土顶板处于湿润状态。在72小时或者96小时后（重晶石防辐射混凝土核心温度高峰期过去），可以进行正常洒水养护半个月，保证重晶石防辐射混凝土顶板无起皮或者裂缝现象。

重晶石防辐射混凝土的工程应用效果

双直线加速器机房建设及防护配套整体工程是佛山市南海区中医院重点建设项目，为了避免射线对医院内部人员及患者健康造成威胁，该项目主要采用重晶石防辐射混凝土。在主射线方向重晶石防辐射混凝土墙厚度为3.0m，副射线方向重晶石防辐射混凝土屋面板厚度为1.4m。在施工完毕后，通过对重晶石防辐射混凝土施工模块表层完整性进行检查，得出重晶石防辐射混凝土施工模块表层无裂缝。随后对防辐射结构重晶石砼的表观密度、防护结构构件（防护墙、顶板）的厚度进行检查，得出其与劳动卫生职业病防治所针对每个建设项目所作的关于《建设项目电离辐射职业病危害预评价报告》的相关分析、评价及设计和验收要求相符。在这个基础上，结合《重晶石防辐射混凝土应用技术规范》GB-T 50557-2010、《X、γ射线头部立体定向外科治疗放射卫生防护标准》、《放射治疗机房的辐射屏蔽规范第2部分：电子直线加速器放射治疗机房》（GBZ／T201．2-2011）要求，结合全套建筑施工资料及土建验收要求，采用专业检测设备对建筑环境背景值进行检测，得出该工程经防护墙后中子俘获γ剂量率为1.45µSv/h，中子散射剂量率为0.110µSv/h，总剂量率为1.587µSv/h，在标准限度内（墙和门外相应位置中子剂量率在2.5µSv/h以下，屋顶中子剂量率在100µSv/h以下）。

总结：

综上所述，重晶石防辐射混凝土在现代工程建设中具有长远的应用前景，因此，工程建设企业应加强对重晶石防辐射混凝土应用的重视。严格根据《重晶石防辐射混凝土应用技术规范》GB-T 50557-2010的相关要求，从重晶石砼原材料选择、配合比设计及配制、运输及泵送、浇捣、养护等环节入手，进行全方位管控。并定期开展专项验收，保证重晶石防辐射混凝土工程质量与规范及设计文件要求相符，最大限度降低放射性物质对我国民众身心健康的不利影响。

参考文献：

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田秀刚, 黄欢君, 孔峻嵘, et al. 直线加速器房超厚顶板的型钢支撑架设计及施工[J]. 建筑施工, 2018(6):100-102.