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5061 防射线混凝土

防射线混凝土又称屏蔽混凝土,能屏蔽 X 、 γ 射线或中子流。这种混凝土是采用普通水泥或密度很大,水化后含有很多结合水的特种水泥或特重的骨料或结合水很多的重骨料制成。其容重很大,约 2 500 ~ 7 000 kg /m 3 ,故又称特重混凝土。
胶凝材料以采用胶凝性能好,水化热低,水化结合水量高的水泥为宜;由于反应堆中的设备是高温,也应选用耐热性的水泥,一般可采用硅酸盐水泥,最好采用矾土水泥或其他特种水泥 ( 如钡水泥或锶水泥 ) 。为提高混凝土的容重,必须采用容重较大的骨料,重质骨料可以抵抗 γ 射线,而较轻的含氧骨料,则可以减弱中子射线的强度。常用的重骨料有:重晶石 (BaS0 4 ) 、密度为 4000 ~ 4500 kg /m 3 ;赤铁矿、磁铁矿密度为 4 500 kg /m 3 或更大;金属碎块如圆钢、扁钢、角铁等碎料或铸铁块。为了提高防御中子射线的水化混凝土的防护性能,可以在其中掺入附加剂或增加氢化合物的成分 ( 即含水物质 ) ,也可以增加包含原子量较轻的成分,如硼酸、硼盐及锂盐等物质。粗细骨料技术性能见表 1 ,对骨料密度的要求见表 2 。

表 1 粗细骨料技术性能参考表

骨料名称

骨料密度( t/m 3 )

矿石密度
( t/m 3)

技术要求

细骨料
(0.1 5 ~ 5 ㎜)

粗骨料
( 0.1 5 ~ 5 ㎜)

赤铁矿
(Fe 2 O 3 )

1. 6 ~ 1.7

1. 4 ~ 1.5

3. 2 ~ 4.0

Fe 2 O 3 含量:细骨料不低于 60% ,粗骨料不低于 75%

磁铁矿
(Fe 3 O 4 · H 2 O)

2. 3 ~ 2.4

2. 6 ~ 2.7

4. 3 ~ 5.1

Fe 2 O 3 含量:细骨料不低于 60% ,粗骨料不低于 75%

褐铁矿
(Fe 3 O 4 · H 2 O)

1. 6 ~ 1.7

1. 4 ~ 1.5

3. 2 ~ 4.0

Fe 2 O 3 含量不低于 70%

重晶石
(BaSO 4 )

3. 0 ~ 3.1

2. 6 ~ 2.7

4. 3 ~ 4.7

BaSO 4 含量不低于 80% ,含石膏或黄铁矿的硫化物及硫酸化合物不超过 7%

废铅渣

 

 

2. 4 ~ 3.5

细度铅渣密度 4.0

注:①骨料密度应在试验振动台振动 30 s 后的干燥状态下确定。
②细骨料粒径为 0.15 ~ 5 ㎜ ,粗骨料为 5 ~ 8 0 ㎜ 。
③重晶石按粒径分为:
重晶石粉—— 400 孔 /m 2 筛筛过的微粒,密度约为 3g /cm 3 ;
重晶石砂——粒径小于 5 ㎜ ,密度约为 2.4 g /cm 3 ;
重晶碎石——粒径 5 ~ 10 ㎜ ,密度约为 2.6 ~ 2.7g /cm 3 ;
④按重量含 0.25 %蛋白石和 5 %玉髓以上的重晶石,只能与低碱性水泥配合使用。

表 2 不同密度防射线混凝土对骨料块状密度的要求

混凝土设计密度(㎏ / m 3 )

3000

3100

3200

3300

3400

3500

3600

骨料块状密度要求达到(㎏ / m 3 )

360 0 ~ 3800

370 0 ~ 3900

380 0 ~ 4000

400 0 ~ 4100

410 0 ~ 4200

430 0 ~ 4400

440 0 ~ 4500

防射线混凝土的配合比见表 3 。

表 3 防射线混凝土配合比

名称

密度 ( t/m 3 )

重量配合比

用途

普通混凝土

2. 1 ~ 2.4

硅酸盐水泥 : 砂 : 石子 : 水 =1:3:6:0.6

抗 γ 射线及中子射线

褐铁矿混凝土

2. 6 ~ 2.8

( 1 )水泥 : 褐铁矿碎石 : 褐铁矿砂子 : 水 =1:3.7:2.8:0.8
( 2 )水泥 : 褐铁矿碎石 : 褐铁矿砂子 : 水 =1:2.4:2.0:0.5 (另加增塑剂适量)
( 3 )水泥 : 褐铁矿粗细骨料 : 水 =1:3.3:0.5

褐铁矿石加废钢的混凝土

2. 9 ~ 3.0

水泥 : 废钢粗骨料 : 褐铁矿石细骨料 : 水 =1:4.3:2:0.4

赤铁矿混凝土

3. 2 ~ 3.5

( 1 )水泥 : 普通砂 : 赤铁矿砂 : 赤铁矿碎石 : 水 = 1:1.43:2.14:6.67:0.67 或 1:1.22:2:7.32:0.68
( 2 )水泥 : 普通砂 : 赤铁矿碎石 : 水 =1:2:8:0.66

 

磁铁矿混凝土

3. 3 ~ 3.8

( 1 )水泥 : 磁铁矿碎石 : 磁铁矿砂子 : 水 =1:4.4:4:0.17
或 1:2.64:1.36:0.56 或 1:3.3:1.7:0.55
( 2 )水泥 : 磁铁矿粗细骨料 : 水 =1:7.6:0.5 或 1:5:0.73

重晶石混凝土

3. 2 ~ 3.8

( 1 )水泥 : 重晶碎石 : 重晶石砂 : 水 =1:4.54:3.4:0.5
或 1:5.44:4.46:0.6 或 1:5:3.8:0.2
( 2 )水泥 : 重晶石粉 : 重晶石砂 : 重晶碎石 : 水 =1:0.26:2.6:3.4:0.48

防射线混凝土一般皆为重骨料做成的重混凝土。在施工时的搅拌、运输、浇筑等各个过程中,要切实加强施工管理,确保密度大的重骨料不离析。
重晶石混凝土的骨料容易引起离析和粉化,因此,在搅拌和运输中必须予以注意,要避免超过规定的搅拌时间。由于部分重晶石细骨料会延缓凝结与硬化时间,所以进行试配是必要的。
搅拌机和运输设备里的混凝土数量不宜过多,浇筑后应用机械振捣密实。
因混凝土自重大,要特别检查模板和支撑是否坚固。
结构形状复杂或有大量预埋件的结构物,当按照普通施工方法施工有困难时,可采用预填骨料灌浆混凝土的方法进行施工,这可以减小离析,也可避免搅拌机过分磨损。

防辐射混凝土生产与施工新工艺

  近年来,随着医疗事业的发展,不少医院在筹建直线加速器室的建设中,普遍遇到的一个技术问题是,用作防射线的遮蔽体采用何种材料 ? 传统的铅板或钢板等重金属材料,往往由于价格昂贵、构造复杂等原因,使得设计人员非常为难,现在工程界基本倾向选择具有较强防射线性能的重晶石混凝土。最近,上海某医院的地下直线加速器室的顶盖部遮蔽体,就是选择能屏蔽吸收 γ 射线和削弱中子能力的重晶石混凝土作为防辐射材料。

  为达到防射线的目的,必须根据射线的种类,选择有效的防射线性能的混凝土,设计上,除要满足一般结构物混凝土所要求的性质外,还应考虑经济性及施工可能性。上海某医院工程的重晶石混凝土是由上海市建科院、锦江城予拌混凝土有限公司提供,工程施工是由上海市建八公司负责进行。、三家单位在工程技术人员的密切合作下,在国内首次采用予拌工艺和溜槽浇筑施工获得成功,使我国重晶石混凝土在生产工艺和施工技术上又上了一个新台阶。

一、生产工艺

1 、配制技术
   重晶石混凝土过去在我国普遍采用现拌工艺,这种工艺由于速度慢、秤量误差大,工程质量常常不易控制,据悉,由现拌工艺浇筑的重晶石混凝土,粗骨料离析、沉降,砼密实度都不容易控制,防辐射效果不甚理想。这次采用予拌工艺制作的重晶石混凝土,我们除采用水化热较低的矿渣硅酸盐水泥外,骨料质量严格控制硫酸钡大于 80 %,表观密度≥ 4000kg /m 3 ,粗骨料粒径 5 — 25 ㎜,细骨料细度模数 u ?≥ 2.3 。同时为提高重晶石混凝土的密实度、防射线能力、包裹性及结合水含量,还在配制过程中,选择适宜的掺合材料。此外,为改善重晶石混凝土的和易性,减少用水量,改善拌合物的保水性、包裹性,保证坍落度损失波动在一定范围,必须选择适用的特种外加剂。由此配制的重晶石混凝土性能为:

混凝土强度: R28 ≥ 30MPa ;
混凝土表观密度: P ≥ 3200kg /m 。
现场实测坍落度: 140 ± 20mm 。

2 、生产工艺
   重晶石混凝土上料、秤量、搅拌、运输与普通混凝土生产工艺相同,但重晶石混凝土生产过程中必须注意以下事项:

(1) 由于重晶石表观密度≥ 4000kg /m 3 ,所以料仓、搅拌总量和每辆运输车装载量都要根据计算相应减少,否则因超载将会引起设备损坏。
(2) 由于重晶石密度大、硬度小,所以搅时时间不宜过长,尤其是从搅拌到浇筑的时间也不宜过长,一般应控制在 l 小时之内为宜,否则因过长时间搅拌,引起粉状物质增加,导致坍落度不易控制。
(3) 由于硫酸钡具有一定的胶凝性,所以重晶石骨料,尤其是细骨料,不宜雨淋受潮,否则会结硬成块,给生产带来麻烦。

二、施工技术

1 、施工缝留设
  由于墙板与顶板混凝土分二次浇捣,故在顶板沿墙板外侧设置一道施工缝。垂直施工缝按技术规程留齿槽式施工缝,水平施工缝按常规留设。

2 、重晶石混凝土浇捣方法
   施工时采取吊斗与溜槽相结合的方法进行,为防止混凝土分布不均匀,布料时分为吊斗与溜槽二个操作面,做到四周均匀,连续布料。浇筑厚度控制在 200mm 左右。由于重晶石混凝土流动性较差,布料点应控制在 400 ~ 500 ㎜之间。
   重晶石混凝土振捣时,为防止由于振捣时间过长引起骨料不均匀下沉,振捣时间应以表面出现泛浆为佳,不宜过长。

3 、顶板抹面工艺
   顶板表面采用一压二抹施工法,顶板用插入式振动器在混凝土表面拖振一遍后,用长刮尺将混凝土表面刮平,待混凝土平整稍干后用滚筒来回压实。用木蟹磨毛表面,到混凝土收水时,再抹磨一次,以防止混凝土表面产生裂缝。

4 、重晶石混凝土养护
   由于本工程顶板较厚,如养护不当,极易产生裂缝,影响防辐射效果,本工程根据砼温度测温曲线的变化以温差控制在 25 ℃ 以内的要求,养护时采取保湿、保温措施,覆盖二层薄膜一层草包。工程检查表明,本工程重晶石混凝土无一裂缝,材料与施工质量完全符合设计要求。



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