重晶石防辐射混凝土试验研究

王振兴 尹雷

【摘 要】随着我国核技术的快速发展，很多医疗机构引进了直线加速器，由于其产生辐射较大，需要采取专门的防辐射措施，这就对混凝土提出了更高的要求。本研究采用正交法，通过研究和优化，研制出一种可以防辐射的混凝土，并且其在满足工作性能和强度的基础上，具有优良的耐久性能。

【关键词】重晶石混凝土；防辐射混凝土；正交试验

1.前言

防辐射混凝土又叫屏蔽混凝土，对X射线、γ射线和中子辐射具有吸收能力，不易被放射线穿透的混凝土，其容重相对普通混凝土较大，容重一般在2800kg/m3以上。防辐射混凝土所需骨料有重晶石（BaSO4）、铁矿石（包括Fe2O3、Fe3O4、2Fe2O3·H2O）、铁屑、钢屑等作骨料，胶凝材料有硅酸盐水泥、锶水泥、钡水泥等。

根据设计要求混凝土容重在3400kg/m3以上，本文最终选择重晶石作为骨料，普通硅酸盐水泥作为胶凝材料。希望通过进行配合比设计和优化，得到满足容重、工作性、强度和耐久性要求的混凝土。

2.原材料性能

配置防辐射混凝土原材料相关参数见表1。

表1 原材料相关参数

重晶石技术指标见表2。

表2 重晶石技术指标

3.防辐射混凝土配合比设计

利用正交试验，选用胶凝材料用量、骨料用量和砂率三个因素作为变量，其中胶凝材料用量选择380kg/m3、400kg/m3、420kg/m3三个水平；骨料用量选择2850kg/m3、2900kg/m3、2950kg/m3三个水平；砂率选择36%、38%、40%三个水平作为水平变量。最后选择L9（34）正交表，试验方案包含9个水平组合。正交试验结果见表3。

表3 正交试验混凝土性能结果

通过正交试验最终选择胶凝材料用量为400kg/m3、骨料用量2950kg/m3三个水平、砂率36%为最佳配比。

4.防辐射混凝土耐久性

4.1 防辐射混凝土收缩性能

混凝土收缩试验按照《普通混凝土长期性能和耐久性能試验方法标准》（GB/T50082-2009）中收缩试验非接触法进行试验。仪器采用北京耐尔得公司生产的NEL-NES非接触混凝土收缩变形测定仪。收缩试件采用尺寸为100mm×100mm×515mm的棱柱体试件。从图1可以看出相对于普通混凝土，重晶石混凝土自收缩性能优良，收缩率明显低于普通混凝土。

图1 混凝土收缩性能

4.2 防辐射混凝土抗氯离子渗透试验

混凝土收缩试验按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T50082-2009）中抗氯离子渗透试验RCM法进行试验，利用氯离子在混凝土中非稳态迁移系数来确定混凝土抗氯离子渗透性能。

图2 混凝土试块抽真空 图3 混凝土氯离子渗透测定

从抗氯离子试验数据来看，普通混凝土抗氯离子渗透系数为3.043×10-9m2/s，重晶石混凝土抗氯离子渗透系数为0.982×10-9m2/s，重晶石混凝土抗氯离子渗透系数是普通混凝土的32.2%，耐久性明显优于普通混凝土。

5.结论

采用重晶石作为防辐射混凝土的粗细骨料，通过正交试验最终选择胶凝材料用量为400kg/m3、骨料用量2950kg/m3三个水平、砂率36%为最佳配比。在此配比下其工作性能和力学性能均达到最优，同时此混凝土具有优良的耐久性能。

参考文献：

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