重晶石防辐射混凝土施工质量控制

重晶石防辐射混凝土施工质量控制

1工程概况

浙江省肿瘤医院衢州分院放疗中心直线加速器室长39.3m，宽11.2m，室内净高4.3m，底板厚700mm，墙体厚度为1500mm，最厚处为2700mm，顶板厚1700mm，最厚处为2550mm。设计采用强度等级为C30的防辐射混凝土，要求混凝土的表观密度大于3200kg/m3，以防止医用直线加速器产生的X射线、γ射线对墙外人体的危害。预计混凝土体积为1430m3。从经济性和施工可行性考虑，采用重晶石混凝土作为防护材料。重晶石防辐射混凝土具有表观密度大、易离析、导热性差的特点，且属于大体积混凝土，因此必须严格控制混凝土的温度裂缝、收缩裂缝等，确保重晶石防辐射混凝土的质量和屏蔽效果。

2原材料选用及质量控制

2.1粗骨料

选用福建省永安市李坊重晶石矿的矿石经破碎筛分而成的5～25mm连续级配碎石。其质量及技术性能应符合《重晶石防辐射混凝土应用技术规范》规定的Ⅲ级质量标准要求。其性能指标实测值如下：硫酸钡含量86%，表观密度为4400kg/m3，针片状颗粒含量6.5%，泥块含量0.3%，压碎值21%。

2.2细骨料

采用Ⅲ级质量标准的重晶石砂，其性能指标实测值如下：硫酸钡含量86%，重晶石粉3.5%，泥块含量0.5%，表观密度为4400kg/m3，

亚甲蓝值MB=1.00g/kg，细度模数2.3。

为了增加重晶石混凝土的和易性及可泵送性，细骨料中掺加Ⅱ区的人工河砂，其性能实测值如下：泥块含量0.4%，表观密度为2650kg/m3，亚甲蓝值MB=0.90g/kg，细度模数2.6。

2.3水泥

选用水化热较低的光宇牌P·O42.5普通硅酸盐水泥。其技术性能试验结果如表1。

2.4矿粉

为了降低水化热、提高混凝土耐久性，采用磨细矿微粉等量取代水泥。磨细矿渣粉选用衢州东深建材有限公司的S95级产品。其各项性能指标实测值如下：比表面积420m2/kg、流动度102%、活性指数100%。

2.5粉煤灰

采用衢江区兴达建材厂生产Ⅱ级粉煤灰灰，其性能指标实测值如下：需水量比104%，烧失量7.5%，细度22%。

2.6外加剂

由于防辐射混凝土中的重晶石与水泥浆体的密度相差较大，易出现分层离析现象，同时为了提高和易性及可泵送性，选用聚羧酸高效减水剂。其性能指标实测值如下：减水率23%、密度1.035、坍落度损失lh损失35mm，掺量为胶凝材料用量的1.4%。

3重晶石防辐射混凝土配合比设计

重晶石防辐射混凝土除了满足普通混凝土所必须的强度及和易性外，还应具有吸收X射线、γ射线所需的表观密度，并且应该满足削弱中子流所需的结晶水和结合水。

重晶石防辐射混凝土配合比的设计步骤一般如下：

⑴根据重晶石防辐射混凝土的设计表观密度，计算出所需的骨料密度；

⑵根据骨料密度，选择合适的骨料品种及其混合物；

⑶根据设计的混凝土强度标准值fcu,k，计算混凝土的配制强度fcu,o，并求出相应的水胶比W/B；

⑷根据施工和易性要求选取单方混凝土的用水量W，并计算出单方混凝土的胶凝材料用量B；

⑸选取砂率，计算单方粗骨料和细骨料的总用量；

⑹计算或试验确定应选的粗骨料和细骨料或其混合物的表观密度值；

⑺计算粗骨料和细骨料混合物中各组分的用量[2]。经过设计、试配、调整，本工程的配合比为：水泥:矿粉:粉煤灰:重晶砂:人工砂:重晶石:水:减水剂=250:100:40:1180:100:1360:165:7.0。

该重晶石防辐射混凝土实测的初始坍落度为195mm，1h后的坍落度为165mm，初凝时间为6h17min，终凝时间为9h27min，容重3280kg/m3，28d强度为41MPa。

4重晶石防辐射混凝土施工工艺

4.1顶板支撑体系的设计

由于顶板厚度较大、重晶石防辐射混凝土密度大，顶板施工总荷载达到60kN/㎡，大大超过10kN/m2，属于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程，根据相关规定必须编制专项施工方案并经过专家方案论证。该工程选用盘扣式模板支撑架，钢管材质为Q345A，外径48，壁厚3.2mm，纵横立杆间距300mm×300mm，支撑架高度为4.3m，中间加设三道水平拉杆。模板选用18mm，木楞选用60mm×100mm，间距250mm，主梁选用Q235，外径48，壁厚3.5mm 的钢管，可调托座。

为了减小混凝土倾倒时的自由下落高度、防止混凝土分层离析，模板工程采取边浇筑混凝土边安装的方式。按专项施工方案计算的立杆间距进行放线支设立杆、安装水平杆、剪刀撑、顶托、主梁、次梁、模板（即顶板底模）、墙内侧模板和夹墙模板、外墙外侧模板则随捣混凝土随安装，用M16对拉螺栓与内侧模板对位连紧，再在外连顶支撑紧固。混凝土浇筑前准备好材料，并对施工人员进行技术交底。

4.2重晶石混凝土浇筑方案的确定

该工程的重晶石防辐射混凝土分二次进行，第一次浇筑700mm 厚的底板混凝土，施工缝留设在板面以上300mm处，留设成凹凸水平施工缝；在继续浇筑混凝土前，应对结合层进行凿毛、清除浮浆，并用水冲洗干净，不得积水。然后铺设10～15mm与重晶石防辐射混凝土成分相同的重晶石砂浆。

第二次浇筑墙体及顶板防辐射混凝土，墙体混凝土浇筑后3h再浇筑顶板混凝土，使墙体混凝土能够初步沉实。

墙体总周长约121m，泵送混凝土浇筑强度30m3/h，采用分层交圈的浇筑方式。重晶石混凝土具有密度大、易分层离析、导热性差等特点，因此，在浇筑过程需严格控制每层浇筑厚度，且必须在下层混凝土初凝前完成上层混凝土的浇筑工作。该工程墙体混凝土的浇筑厚度按350mm进行控制，每层浇筑时间为1.4h，远远小于重晶石混凝土的初凝时间6h17min。

顶板厚度1700mm，长39.3m，宽11.2m，面积440.16m2，属于大体积混凝土，需要控制混凝土的内部温升，故采用斜面分层浇筑方式，分层厚度为400mm，以利于重晶石混凝土的散热。斜面坡度为1:6，每层混凝土量为47m3，每层浇筑时间大约为1.7h，也远远小于重晶石混凝土的初凝时间6h17min。

在振捣上层混凝土时，振捣棒需插入下层混凝土内50mm，并以梅花状方式布置插入点，振捣棒间距控制400mm内。控制好每点的振捣时间，以混凝土表面不冒泡、不显著沉陷为标准，一般控制在15～25s左右，防止因振捣时间过长而引起骨料的不均匀沉淀。

4.3防辐射混凝土的养护

顶板防辐射混凝土浇筑完毕整平后立即铺设塑料薄膜，再铺上一层麻袋或者湿草帘进行覆盖保温，以减少混凝土内外的温差，防止混凝土收缩裂缝的产生。防辐射混凝土养护由专人负责，养护时间在14d以上。