压水堆核电站赤铁矿混凝土X射线屏蔽试验研究

2020-10-29刘元秀叶冰陈坤勇张建平

中国建材科技 2020年3期

刘元秀叶冰陈坤勇张建平

（1四川中核艾瑞特工程检测有限公司，四川绵阳 621000；2中核混凝土股份有限公司，湖北武汉 430000）

压水堆核电站华龙一号核岛及附属工程的多处建设应用了大量的赤铁矿混凝土。开展赤铁矿混凝土与同标号普通混凝土X射线屏蔽试验，可以研究该屏蔽混凝土的屏蔽效果。本实验在无损检测专用曝光室内进行，研究内容为赤铁矿混凝土与同强度普通混凝土屏蔽X射线效果对比。

1 背景技术

压水堆核电站工程运用了赤铁矿、褐铁矿等屏蔽混凝土。目前，国内在建核电工程压水堆（华龙一号）屏蔽混凝土使用的骨料有重晶石、赤铁矿、褐铁矿等，已发现可用于屏蔽混凝土的重晶石资源少，且密度低，混凝土流动性不佳，无法泵送，施工效率低，而赤铁矿骨料的密度可达4600kg/m3以上，混凝土流动性好，可泵送。

本次试验采用的赤铁矿生产厂家为上海某公司，该赤铁矿产自巴西，赤铁矿石内的Fe2O3含量高达83.6%，表观密度4700kg/m3以上，磁性极低，可以有效地减弱中子、X射线等射线的穿透强度。本混凝土所用胶凝材料为核电专用P.N42.5硅酸盐水泥，外加剂采用聚羧酸高性能减水剂。

2 研究内容及方法

通过查阅相关技术标准和文献，分析开展赤铁矿混凝土与普通混凝土的X射线对比屏蔽试验，研究赤铁矿屏蔽混凝土X射线屏蔽试验的步骤。本方法适用于屏蔽混凝土与同标号普通混凝土进行X射线对比屏蔽试验。

2.1 试验准备

1）制定应急方案和安全措施。试验模板准备，准备混凝土结构模板10个，混凝土模拟件尺寸5*70*70cm，建议尺寸5*50*50cm。

2）混凝土钢筋网片准备，钢筋采用直径10mm的光圆钢，长度65cm，钢筋网片中的钢筋间距15cm，钢筋网片数量10个。

3）按已定的C40屏蔽混凝土配合比，浇筑、振捣成型屏蔽混凝土试验板4块；用核岛及附属厂房的同强度普通混凝土制作成型6块混凝土试验板。拆模后养护28天。准备试验设备X射线探伤机，型号XXG-3505。胶片若干。

2.2 对比试验

1）将赤铁矿屏蔽混凝土试验板1张与普通混凝土试验板1张对接（比例为1:1），使两个混凝土板处于同一平面，并且胶片平均粘贴在两个混凝土试验板中间。

将试验用X射线探伤机置于混凝土试验板的无胶片一面。X射线探伤机焦距调整为70cm。关闭曝光室门，确认曝光室门口曝光区安全无人员后，打开射线机电源，曝光时间5min，电压调整为350V。曝光后及时将底片冲洗处理。

图1 屏蔽混凝土模块射线对比图-1:1（左侧屏蔽混凝土，右侧普通混凝土）

2）将赤铁矿屏蔽混凝土试验板1张与普通混凝土试验板2张对接（比例为1:2），使一张普通混凝土板与屏蔽混凝土板处于同一平面，并且胶片平均粘贴在两个混凝土试验板上。其余步骤同1）。

图2 屏蔽混凝土模块射线对比图-1:2（左侧屏蔽混凝土，右侧普通混凝土）

3）按照上述步骤分别进行1:3,1:4,2:3，2:4，3:5等比例的屏蔽混凝土板与普通混凝土板的屏蔽试验。并及时曝光冲洗胶片。

图3 屏蔽混凝土模块射线对比图-1:3（左侧屏蔽混凝土，右侧普通混凝土）

图4 屏蔽混凝土模块射线对比图-1:4（左侧屏蔽混凝土，右侧普通混凝土）

图5 屏蔽混凝土模块射线对比图-3:5（左侧屏蔽混凝土，右侧普通混凝土）

2.3 评估屏蔽混凝土屏蔽效果

通过对相同射线能量穿透不同混凝土后在底片上形成的影像黑度值来对比屏蔽效果，混凝土的材质分别为C40 赤铁矿混凝土和C40 普通混凝土，检验参考的标准为NB/T47013.2-2015，X射线机的型号为XXG-3505，对焦焦距75mm,透照方式为X射线单壁单影，焦点尺寸2.5*2.5mm，透照长度100mm，透照厚度50-300mm不等，管电压350kV，管电流4mA，曝光时间为5min，显影时间5min，显影温度20℃，停显时间2min，定影时间15min，水洗时间30min，自然烘干手洗。试验对比结果见表1。

3 混凝土性能研究

2020年3月实验室采用上海某公司提供的巴西赤铁矿碎石（批号BG2019-CJL-401）、矿砂（批号BG2019-XJL-407）拌制的屏蔽混凝土。混凝土坍落度为160±30mm时，混凝土拌合物密度为3650-3870kg/m3，28 天干密度为3610-3820kg/m3，经振实台振动后无骨料下沉，拌合物和易性良好，质量可靠。该混凝土坍落度适宜范围为160mm±30mm，根据GB/T34008-2017《防辐射混凝土》该混凝土拌合物可划分为S4级（≥160mm）；该混凝土干密度属于RS3级（≥3600kg/m3且＜4000kg/m3），经试配的混凝土强度54.1MPa。