C30 泵送防輻射混凝土的研究與應用

彭瑞鴻

（廣東基礎新世紀混凝土有限公司）

1 防輻射混凝土概念

防輻射混凝土又稱防射線混凝土、屏蔽混凝土。防輻射混凝土采用高強度水泥與重晶砂石或含結合水很多的重粗細骨料配制而成，表觀密度可達3000～6000kg/m3，能有效屏蔽X 射線、γ 射線和中子輻射，防護效果好，常應用于科研機構或醫療機構，是一種常用的防護材料。

2 防輻射混凝土試驗研究

2.1 原材料的選擇

2.1.1 水泥的選用及性能

防輻射混凝土對水泥的質量要求非常高，要求水泥強度、安定性等技術指標必須穩定，我們對嘉華、臺泥和海螺水泥廠生產的P.O52.5R 普通硅酸鹽水泥進行大量對比試驗，得出海螺水泥質量穩定，配制混凝土和易性好，能滿足配制防輻射混凝土的要求，其物理性能見表1。

表1 水泥物理性能

2.1.2 骨料選用及性能

根據設計密度要求，粗骨料與細骨料必須全部采用重晶石。為獲得密度≥3600kg/m3的混凝土，重晶石密度須盡可能大，BaSO4含量盡可能高。以重晶石表觀密度4500kg/m3、BaSO4含量90%為控制標準進行選材。最終確定云南地區重晶石礦，該礦重晶石各項指標滿足要求。該重晶石破碎加工成4.75mm～26.5mm 重晶石碎石和0.15mm～4.75mm 重晶砂，破碎后的重晶石如圖1 所示。

圖1

2.1.3 外加劑選用及性能

由于重晶石骨料石粉含量高，吸水性強，對混凝土強度、坍落度損失、凝結時間都有很大影響，因此，要保證防輻射混凝土的強度、可泵性、和易性，就必須要選配一種好的外加劑。通過反復對比試驗，西卡高性能聚羧酸減水劑效果最好，性能非常優越。外加劑性能見表2。

表2 外加劑的物理性能

2.2 防輻射混凝土配合比試驗研究

2.2.1 配合比設計原則

C30 泵送防輻射混凝土的配合比應滿足以下幾點要求：

⑴結構設計滿足強度要求和耐久性能要求，混凝土拌合物性能滿足施工要求；

⑵防輻射混凝土密度大于3600kg/m3；

⑶強度高于C30，為避免因骨料重而引起骨料離析，坍落度不能太大，按（140±20）mm 配制，1h 坍落度損失就小于30mm，和易性良好，滿足泵送和施工要求。

⑷防輻射混凝土的水泥用量不宜過大，應采用高強度水泥，減少水泥用量，水泥用量過多時，其容重則下降，水灰比控制在0.35～0.45 之間較好。

⑸混凝土配合比的符合JGJ55－2000 的規定。

2.2.2 混凝土配合比確認

根據以上原材料情況以及配合比設計原則，為滿足配制混凝土密度≥3600kg/m3的設計要求，骨料全部使用高密度的重晶石和重晶砂，為了平衡混凝土的和易性與密度之間的矛盾，使用聚羧酸減水劑高摻量和低用水量，通過大量的對比試驗和驗證，配制出和易性好、滿足泵送和施工要求、密度大于3600kg/m3的防輻射混凝土，確定最優的防輻射混凝土配合比如表3。

表3 防輻射混凝配配合比 （單位kg/m3）

2.2.3 防輻射混凝土性能檢驗

根據最終確認的重晶石防輻射混凝土配合比，在模擬施工環境下進行混凝土試配試驗，試驗結果顯示：防輻射混凝土出機時混凝土和易性好，不離析、不泌水，施工性能好。1～2h 后保持較好的和易性，不泌水，流動性適宜，混凝土坍落度損失較小，混凝土密度與28 天強度均滿足設計要求，可滿足泵送施工。試驗結果表明，在正常施工條件情況下，該防輻射混凝土完全可以滿足項目施工要求，實驗結果見表4。

3 工程應用

3.1 工程概況

廣東省第二人民醫院直線加速機房工程，該機房工程為一層建筑物，面積為120m2，機房基礎底板厚度150cm，頂板厚度100cm，其它墻體厚度120cm，混凝土全部采用C30 重晶石混凝土。機房室內標高為5m，在設計上屏蔽了射線外漏的可能性。

3.2 防輻射混凝土施工

重晶石防輻射混凝土運到工地后，現場第一時間進行密度測試、坍落度檢測和坍落度損失試驗。試驗結果表明，混凝土密度3620～3670kg/m3，坍落度130mm～160mm，擴展度460mm～520mm，和易性良好，混凝土工作性能穩定，滿足泵送和施工要求。

醫用機房混凝土澆筑時，監理和施工單位組成現場協調和監控小組，監督混凝土的澆注順序和澆注高度均達到施工方案設計要求，操作人員按照技術交底精心施工，有序開展混凝土澆筑，確保混凝土的澆注質量、結構質量，防止因人為因素操作不當造成出現施工冷縫或混凝土振島不密實，最后導致機房射線外漏。因此，防輻射混凝土質量控制、施工工藝、結構養護等每一個環節都要確保質量，不能出現任何差錯，才能保證工程實體結構順利通過驗收，達到防輻射的要求。

表4 重晶石混凝土試驗結果

3.3 防輻射混凝土養護

本工程醫用機房全部采用帶模養護的方法，養護時間超過14 天，間隔2 小時淋水一次，盡可能地減少內部水分的損失，利用混凝土水化反應產生的熱量來提高混凝土的表面溫度，防止內外溫差過大而導致混凝土產生溫差裂縫。頂板施工完畢后，待混凝土表面達到一定強度后在頂板周圍用磚砌擋水坎，進行表面蓄水養護，防止日曬和風吹帶走混凝土表面的水分而產生裂縫。

4 效果評價

本防輻射混凝土，采用高減水劑摻量、低水灰比、高密度的重晶石和重晶砂，成功配制出密度大于3600kg/m3、和易性良好、強度、性久性均滿足設計要求的重晶石防輻射混凝土，并成功應用于廣東省第二人民醫院直線加速機房工程。施工采用泵送澆筑的方式進行澆筑，在澆筑過程中施工人員按照施工技術精心施工，確保了混凝土的澆注質量，混凝土表觀密度、力學性能、耐久性能等均達到預期效果，特別在工程竣工驗收時一次性通過了廣州市衛生防疫檢測站的防輻射屏蔽檢測，充分說明了該重晶石防輻射混凝土工程完全滿足工程設計要求。