摘要: 本文介紹了大體積防輻射混凝土的選材、配合比設計、施工要點及質(zhì)量控制要求, 可供類似工程借鑒或參考.
關(guān)鍵詞: 防輻射; 大體積; 混凝土; 重晶石
中圖分類號: TU37 文獻標識碼: A
引言
防輻射混凝土又稱為屏蔽混凝土、重混凝土或核反應堆混凝土, 是原子核輻射源裝置常用的防護材料, 它能有效屏蔽原子核輻射.所謂原子核輻射,一般是指α 射線、β 射線、γ 射線和中子流. 由于α 射線、β 射線穿透力較低, 厚度很小的防護材料也能完全擋住它們, 所以防輻射混凝土要屏蔽的射線主要是γ 射線和中子射線[1].
γ 射線是一種具有極大穿透力的電磁波, 在穿過防護物質(zhì)時可逐漸被吸收, 當防輻射混凝土墻體厚度為常數(shù)時, 防γ 射線的性能與其密度成正比,物質(zhì)的密度愈大, 防護性能愈好, 當防輻射混凝土達到一定厚度時, γ 射線可被完全吸收.一般防輻射混凝土均采用重骨料配制成重混凝土. 中子射線是由不帶電的微粒組成, 密度大的材料對能量大的快中子有減速作用, 但對能量低的熱中子不具有減速效果, 要削弱中子射線, 防輻射混凝土中不僅須含重元素, 還要含有一定數(shù)量氫原子和水的輕元素.
邵陽市中心醫(yī)院醫(yī)技樓為12 層框架—剪力墻結(jié)構(gòu), 建筑面積8900㎡ , 該工程的直線加速器機房采用了防輻射混凝土作為防射線的遮蔽體. 加速機房的防輻射混凝土強度等級C35, 素混凝土的容重≥2500Kg/m3, 墻厚2.5m, 混凝土澆筑量達1520m3.該防輻射混凝土的施工應著重解決原材料的選擇、配合比設計和大體積混凝土施工等技術(shù)難題.
1 防輻射混凝土施工方案
1.1 原材料的選擇
水泥: 選用水化熱較低的湘鄉(xiāng)水泥廠P·O42.5級硅酸鹽水泥.
外加劑: 選用江西萍鄉(xiāng)特種建筑材料有限公司HE- L0 型緩凝高效減水劑, HE- L0 型緩凝高效減水劑對新拌混凝土具有較好的保坍性, 減水率20%以上, 不泌水, 可明顯提高混凝土的和易性、泵送性和耐久性, 28 天強度可提高25%以上, 延遲水泥水化熱放熱時間, 在保證相同條件的前提下可節(jié)約水泥10- 20%.
骨料: 選用粗、中砂, 含泥量< 3%; 碎石選用最大粒徑為31.5mm 連續(xù)級配的優(yōu)等品, 含泥量< 1%.
由于設計要求抗輻射素混凝土的容重≥2500Kg/m3, 因此在每立方混凝土中加入100 Kg 硫酸鋇( 重晶石) , 可滿足設計要求.
1.2 防輻射混凝土的配合比設計
防輻射混凝土的密度越大, 其屏蔽效果越好, 故配合比設計時應優(yōu)先考慮混凝土的表觀密度和密實程度, 再考慮強度和施工工藝.配合比必須滿足下列要求:
( 1) 選用骨料密度要大;
( 2) 混凝土的水泥用量不宜過大, 水泥用量過多時, 其容重則下降;
( 3) 水灰比控制在0.4～0.5 之間;
( 4) 考慮防輻射混凝土骨料的比重較大, 混凝土易分層, 為避免因骨料重而引起骨料離析, 坍落度不能太大, 出機混凝土坍落度應控制在140±20mm.該抗輻射混凝土施工, 采用現(xiàn)場攪拌, 泵送混凝土.混凝土強度等級為C35, 坍落度110～150mm, 砂率為40%, 委托邵陽市工程質(zhì)量檢測中心試驗, 混凝土的配合比為水泥:砂:碎石: 水: HE- L0 型緩凝高效減水劑=1:1.9:3.4:0.42:0.01, (每立方米混凝土加入100Kg 重晶石)施工過程中, 測定砂、石的含水率,及時調(diào)整配合比.
1.3 施工縫的留設
防輻射混凝土施工縫的設置是重要的一環(huán).設置施工縫, 頂板和墻的支撐較易解決, 避免一次澆筑混凝土太多, 能夠有效地保證混凝土的澆筑質(zhì)量, 施工縫設置處可采用一定厚度的鉛板對施工縫處進行加強處理, 對結(jié)構(gòu)的防輻射性能的影響可減小到最低程度.若不設施工縫, 施工難度相當大, 會增加技術(shù)措施費, 且難于保證質(zhì)量.由于業(yè)主和設計院擔心設置施工縫的地方成為薄弱環(huán)節(jié), 影響結(jié)構(gòu)的防輻射性能, 要求底板、頂板和墻體混凝土須一次性連續(xù)澆筑, 不得留設水平施工縫.
2 大體積混凝土的施工
2.1 模板工程
( 1) 對2.5m 厚的頂板, 如采用一般鋼管間距太窄, 且難以保證質(zhì)量, 所以立竿采用間距為900×900mm 的型鋼支撐, 板底鋪60mm 厚的木條把板荷載均勻傳遞到型鋼上. 其余厚度的板采用間距為300×300mm 的鋼管支撐.
( 2) 剪力墻采用加密對拉片, 對拉片各被兩根架管夾住, 內(nèi)側(cè)模板的架管和相鄰的型鋼連接; 外側(cè)模板的架管采用桁架、剪刀撐等形式把剪力墻上的側(cè)壓力傳遞到框架梁和柱、地梁上.由于架管太多, 為了保證墻和板的斷面尺寸, 在架管的端部采用了可調(diào)支撐, 這樣也能保證架管和墻面充分接觸.
( 3) 為了防止支撐結(jié)構(gòu)局部突然失穩(wěn), 增加了斜撐和剪刀撐的數(shù)量和縱橫兩面支撐連接, 形成了一個含有多個多余約束的超靜定結(jié)構(gòu)體系.
2.2 混凝土工程
( 1) 重晶石防輻射混凝土的單方容重大, 生產(chǎn)時考慮設備的荷載能力, 每盤材料用量按普通混凝土的60～70%計量, 即每盤攪拌0.6～0.7m3 防輻射混凝土.
( 2) 由于重晶石的強度較低、性脆的特點混凝土攪拌時間不宜過長, 40～50S 為宜.否則, 將大大增加石粉的含量, 影響混凝土的工作性能.機房墻體及頂板混凝土須一次性連續(xù)澆筑, 不
得留設水平施工縫, 以防止射線穿過.
( 3) 因重晶石混凝土堆密度較大, 泵送距離一般不超過50 m, 以免發(fā)生堵塞管道, 混凝土泵管上覆蓋草包, 經(jīng)常噴水保持濕潤, 以減少混凝土拌合物因運輸而造成的溫度升高.
( 4) 混凝土泵車輸送導管距澆筑面的高度不大于2m, 防止混凝土產(chǎn)生離析.為保證混凝土振搗密實, 要分層下料和振搗, 混凝土每層澆筑厚度控制在300mm 左右, 上層混凝土澆筑必須在下層混凝土初凝前進行.
( 5) 澆筑方法采用斜面分層法, 實施二次振搗,控制混凝土泵布料厚度, 且振搗上層混凝土時振動棒插入下層混凝土表面50mm 以上, 以利于散熱和保持混凝土的整體性; 排除混凝土表面的沁水, 當混凝土澆筑接近端部時, 改由端部向中間澆筑以形成坡度, 使混凝土表面的沁水和浮漿匯聚, 經(jīng)模板預留孔流出.
( 6) 混凝土振搗要選用有經(jīng)驗的振搗手, 振搗棒快插慢抽, 振搗棒插入點采用梅花點布置, 間距500mm 插入一點, 振搗棒插入下層中50～100mm,振搗時間控制在15S～20S 以內(nèi), 表面出漿為宜, 不宜振搗過度, 以避免粗骨料下沉分層, 影響混凝土的防輻射性能.
( 7) 混凝土養(yǎng)護: 混凝土澆筑完畢后, 待其收水后, 在頂板的表面覆蓋塑料薄膜兩層濕草簾, 在草簾澆水養(yǎng)護不少于14d.
墻板采用濕布覆蓋, 經(jīng)常灑水濕潤, 并將加速機房的門洞封堵, 以防散熱過快.7d 內(nèi)保證混凝土養(yǎng)護溫度不小于10℃, 相對濕度大于90%. 養(yǎng)護條件的好壞對后期混凝土的結(jié)合水的含量有很大不同, 從而對防止中子射線效果有較大影響.根據(jù)資料顯示,若養(yǎng)護條件好, 一年齡期混凝土結(jié)合水含量能增加5%.
2.3 溫度測控
( 1) 提高混凝土面層溫度: 混凝土全部澆筑完后, 采取蓄水法進行養(yǎng)護.水深約200mm, 上蓋塑料薄膜.混凝土內(nèi)部水化熱不斷地向表面?zhèn)鬟f, 及太陽的輻射作用, 養(yǎng)護水溫慢慢升高.對混凝土的養(yǎng)生特別有利, 利于保證混凝土的質(zhì)量,防止開裂.
( 2) 降低混凝土內(nèi)部溫度: 混凝土內(nèi)部布置循環(huán)冷卻水管, 讓循環(huán)水吸收混凝土內(nèi)部水化熱, 以降低溫度.
( 3) 溫度測定: 測溫范圍: 垂直方向, 在距混凝土表面100 mm 及混凝土的中間部位布置三個測溫點; 水平方向分別在距邊緣1m 和中間部位布置; 測溫工具選項用JDC- 2 型便攜式建筑電子測溫儀, 在混凝土升溫保持階段, 2- 3 小時測溫一次, 在混凝土溫度下降階段, 4- 8 小時測溫一次. 溫度控制參數(shù),混凝土澆筑溫度不得超過28℃. 混凝土內(nèi)部和表面的溫度之差不得超過25℃, 混凝土的溫度驟降不得超過10℃/h.
( 4) 測溫表明溫升正常, 混凝土內(nèi)部最高溫升值發(fā)生在混凝土澆筑后5 天內(nèi), 平均實測最高溫度為48.3℃, 混凝土表面溫度28.6℃, 混凝土內(nèi)外溫差小于25℃.
3 結(jié)束語
本工程采用的技術(shù)是成功的, 經(jīng)現(xiàn)場驗收, 混凝土無脹模、裂縫現(xiàn)象, 降低了工程成本, 縮短了施工工期, 達到了預期的目的.設備安裝調(diào)試后, 經(jīng)有關(guān)專家共同驗收, 該混凝土的抗輻射性能達到國家標準,該工程被評為湖南省省優(yōu)工程.
參考文獻:
[1] 劉霞等. 重晶石防輻射混凝土的試驗研究[J]. 混凝土, 2006, (7); 24- 25.
[2] 趙太平. 防輻射大體積混凝土施工[J]. 山西建筑,2003, (2); 73- 74.78 邵陽學院學報( 自然科學版) 第4 卷
