C30 泵送防辐射混凝土的研究与应用

彭瑞鸿

（广东基础新世纪混凝土有限公司）

1 防辐射混凝土概念

防辐射混凝土又称防射线混凝土、屏蔽混凝土。防辐射混凝土采用高强度水泥与重晶砂石或含结合水很多的重粗细骨料配制而成，表观密度可达3000～6000kg/m3，能有效屏蔽X 射线、γ 射线和中子辐射，防护效果好，常应用于科研机构或医疗机构，是一种常用的防护材料。

2 防辐射混凝土试验研究

2.1 原材料的选择

2.1.1 水泥的选用及性能

防辐射混凝土对水泥的质量要求非常高，要求水泥强度、安定性等技术指标必须稳定，我们对嘉华、台泥和海螺水泥厂生产的P.O52.5R 普通硅酸盐水泥进行大量对比试验，得出海螺水泥质量稳定，配制混凝土和易性好，能满足配制防辐射混凝土的要求，其物理性能见表1。

表1 水泥物理性能

2.1.2 骨料选用及性能

根据设计密度要求，粗骨料与细骨料必须全部采用重晶石。为获得密度≥3600kg/m3的混凝土，重晶石密度须尽可能大，BaSO4含量尽可能高。以重晶石表观密度4500kg/m3、BaSO4含量90%为控制标准进行选材。最终确定云南地区重晶石矿，该矿重晶石各项指标满足要求。该重晶石破碎加工成4.75mm～26.5mm 重晶石碎石和0.15mm～4.75mm 重晶砂，破碎后的重晶石如图1 所示。

图1

2.1.3 外加剂选用及性能

由于重晶石骨料石粉含量高，吸水性强，对混凝土强度、坍落度损失、凝结时间都有很大影响，因此，要保证防辐射混凝土的强度、可泵性、和易性，就必须要选配一种好的外加剂。通过反复对比试验，西卡高性能聚羧酸减水剂效果最好，性能非常优越。外加剂性能见表2。

表2 外加剂的物理性能

2.2 防辐射混凝土配合比试验研究

2.2.1 配合比设计原则

C30 泵送防辐射混凝土的配合比应满足以下几点要求：

⑴结构设计满足强度要求和耐久性能要求，混凝土拌合物性能满足施工要求；

⑵防辐射混凝土密度大于3600kg/m3；

⑶强度高于C30，为避免因骨料重而引起骨料离析，坍落度不能太大，按（140±20）mm 配制，1h 坍落度损失就小于30mm，和易性良好，满足泵送和施工要求。

⑷防辐射混凝土的水泥用量不宜过大，应采用高强度水泥，减少水泥用量，水泥用量过多时，其容重则下降，水灰比控制在0.35～0.45 之间较好。

⑸混凝土配合比的符合JGJ55－2000 的规定。

2.2.2 混凝土配合比确认

根据以上原材料情况以及配合比设计原则，为满足配制混凝土密度≥3600kg/m3的设计要求，骨料全部使用高密度的重晶石和重晶砂，为了平衡混凝土的和易性与密度之间的矛盾，使用聚羧酸减水剂高掺量和低用水量，通过大量的对比试验和验证，配制出和易性好、满足泵送和施工要求、密度大于3600kg/m3的防辐射混凝土，确定最优的防辐射混凝土配合比如表3。

表3 防辐射混凝配配合比 （单位kg/m3）

2.2.3 防辐射混凝土性能检验

根据最终确认的重晶石防辐射混凝土配合比，在模拟施工环境下进行混凝土试配试验，试验结果显示：防辐射混凝土出机时混凝土和易性好，不离析、不泌水，施工性能好。1～2h 后保持较好的和易性，不泌水，流动性适宜，混凝土坍落度损失较小，混凝土密度与28 天强度均满足设计要求，可满足泵送施工。试验结果表明，在正常施工条件情况下，该防辐射混凝土完全可以满足项目施工要求，实验结果见表4。

3 工程应用

3.1 工程概况

广东省第二人民医院直线加速机房工程，该机房工程为一层建筑物，面积为120m2，机房基础底板厚度150cm，顶板厚度100cm，其它墙体厚度120cm，混凝土全部采用C30 重晶石混凝土。机房室内标高为5m，在设计上屏蔽了射线外漏的可能性。

3.2 防辐射混凝土施工

重晶石防辐射混凝土运到工地后，现场第一时间进行密度测试、坍落度检测和坍落度损失试验。试验结果表明，混凝土密度3620～3670kg/m3，坍落度130mm～160mm，扩展度460mm～520mm，和易性良好，混凝土工作性能稳定，满足泵送和施工要求。

医用机房混凝土浇筑时，监理和施工单位组成现场协调和监控小组，监督混凝土的浇注顺序和浇注高度均达到施工方案设计要求，操作人员按照技术交底精心施工，有序开展混凝土浇筑，确保混凝土的浇注质量、结构质量，防止因人为因素操作不当造成出现施工冷缝或混凝土振岛不密实，最后导致机房射线外漏。因此，防辐射混凝土质量控制、施工工艺、结构养护等每一个环节都要确保质量，不能出现任何差错，才能保证工程实体结构顺利通过验收，达到防辐射的要求。

表4 重晶石混凝土试验结果

3.3 防辐射混凝土养护

本工程医用机房全部采用带模养护的方法，养护时间超过14 天，间隔2 小时淋水一次，尽可能地减少内部水分的损失，利用混凝土水化反应产生的热量来提高混凝土的表面温度，防止内外温差过大而导致混凝土产生温差裂缝。顶板施工完毕后，待混凝土表面达到一定强度后在顶板周围用砖砌挡水坎，进行表面蓄水养护，防止日晒和风吹带走混凝土表面的水分而产生裂缝。

4 效果评价

本防辐射混凝土，采用高减水剂掺量、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、强度、性久性均满足设计要求的重晶石防辐射混凝土，并成功应用于广东省第二人民医院直线加速机房工程。施工采用泵送浇筑的方式进行浇筑，在浇筑过程中施工人员按照施工技术精心施工，确保了混凝土的浇注质量，混凝土表观密度、力学性能、耐久性能等均达到预期效果，特别在工程竣工验收时一次性通过了广州市卫生防疫检测站的防辐射屏蔽检测，充分说明了该重晶石防辐射混凝土工程完全满足工程设计要求。