大体积防辐射混凝土施工技术

大体积防辐射混凝土施工技术

防辐射混凝土又称为屏蔽混凝土、重混凝土或核反应堆混凝土, 是原子核辐射源装置常用的防护材料, 它能有效屏蔽原子核辐射.所谓原子核辐射,一般是指α 射线、β 射线、γ 射线和中子流. 由于α 射线、β 射线穿透力较低, 厚度很小的防护材料也能完全挡住它们,所以防辐射混凝土要屏蔽的射线主要是γ 射线和中子射线[1].

γ 射线是一种具有极大穿透力的电磁波, 在穿过防护物质

时可逐渐被吸收, 当防辐射混凝土墙体厚度为常数时, 防γ 射线的性能与其密度成正比,物质的密度愈大, 防护性能愈好, 当防辐射混凝土达到一定厚度时, γ 射线可被完全吸收.一般防辐射混凝土均采用重骨料配制成重混凝土. 中子射线是由不带电的微粒组成, 密度大的材料对能量大的快中子有减速作用, 但对能量低的热中子不具有

减速效果, 要削弱中子射线, 防辐射混凝土中不仅须含重元素, 还要含有一定数量氢原子和水的轻元素.

邵阳市中心医院医技楼为12 层框架—剪力墙结构, 建筑面积8900㎡, 该工程的直线加速器机房采用了防辐射混凝土作为防射线的遮蔽体. 加速机房的防辐射混凝土强度等级C35, 素混凝土的容重≥2500Kg/m3, 墙厚2.5m, 混凝土浇筑量达1520m3.该防辐射混凝土的施工应着重解决原材料的选择、配合比设计和大体积混凝土施工等技术难题.

1 防辐射混凝土施工方案

1.1 原材料的选择

水泥: 选用水化热较低的湘乡水泥厂P·O42.5级硅酸盐水泥.

外加剂: 选用江西萍乡特种建筑材料有限公司HE- L0 型缓凝高效减水剂, HE- L0 型缓凝高效减水剂对新拌混凝土具有较好的保坍性, 减水率20%以上, 不泌水, 可明显提高混凝土的和易性、泵送性和耐久性, 28 天强度可提高25%以上, 延迟水泥水化热放热时间, 在保证相同条件的前提下可节约水泥10- 20%.

骨料: 选用粗、中砂, 含泥量< 3%; 碎石选用最大粒径为31. 5mm 连续级配的优等品, 含泥量< 1%.

由于设计要求抗辐射素混凝土的容重≥2500Kg/m3, 因此在每立方混凝土中加入100 Kg 硫酸钡( 重晶石) , 可满足设计要求.

1.2 防辐射混凝土的配合比设计

防辐射混凝土的密度越大, 其屏蔽效果越好, 故配合比设计时应优先考虑混凝土的表观密度和密实程度, 再考虑强度和施工工艺.配合比必须满足下列要求:

( 1) 选用骨料密度要大;

( 2) 混凝土的水泥用量不宜过大, 水泥用量过多时, 其容重则下降;

( 3) 水灰比控制在0.4～0.5 之间;

( 4) 考虑防辐射混凝土骨料的比重较大, 混凝土易分层,

为避免因骨料重而引起骨料离析, 坍落度不能太大, 出机混凝土坍落度应控制在140±20mm.该抗辐射混凝土施工, 采用现场搅拌, 泵送混凝土.混凝土强度等级为C35, 坍落度110～150mm, 砂率为40%, 委托邵阳市工程质量检测中心试验, 混凝土的配合比为水泥:砂:碎石: 水: HE- L0 型缓凝高效减水剂=1:1.9:3.4:0.42:0.01, (每立方米混凝土加入100Kg 重晶石)施工过程中, 测定砂、石的含水率,及时调整配合比.

1.3 施工缝的留设

防辐射混凝土施工缝的设置是重要的一环.设置施工缝, 顶板和墙的支撑较易解决, 避免一次浇筑混凝土太多, 能够有效地保证混凝土的浇筑质量, 施工缝设置处可采用一定厚度的铅板对施工缝处进行加强处理, 对结构的防辐射性能的影响可减小到最低程度.若不设施工缝, 施工难度相当大, 会增加技术措施费, 且难于保证质量.由于业主和设计院担心设置施工缝的地方成为薄弱环节, 影响结构的防辐射性能, 要求底板、顶板和墙体混凝土须一次性连续浇筑, 不得留设水平施工缝.

2 大体积混凝土的施工

2.1 模板工程

( 1) 对2.5m 厚的顶板, 如采用一般钢管间距太窄, 且难以保证质量, 所以立竿采用间距为900×900mm 的型钢支撑, 板底铺6 0mm 厚的木条把板荷载均匀传递到型钢上. 其余厚度的板采用间距为300×300mm 的钢管支撑.

( 2) 剪力墙采用加密对拉片, 对拉片各被两根架管夹住,

内侧模板的架管和相邻的型钢连接; 外侧模板的架管采用桁架、剪刀撑等形式把剪力墙上的侧压力传递到框架梁和柱、地梁上.由于架管太多, 为了保证墙和板的断面尺寸, 在架管的端部采用了可调支撑, 这样也能保证架管和墙面充分接触.

( 3) 为了防止支撑结构局部突然失稳, 增加了斜撑和剪刀撑的数量和纵横两面支撑连接, 形成了一个含有多个多余约束的超静定结构体系.

2.2 混凝土工程

( 1) 重晶石防辐射混凝土的单方容重大, 生产时考虑设备的荷载能力, 每盘材料用量按普通混凝土的60～70%计量, 即每盘搅拌0.6～0.7m3 防辐射混凝土.

( 2) 由于重晶石的强度较低、性脆的特点混凝土搅拌时间不宜过长, 40～50S 为宜.否则, 将大大增加石粉的含量, 影响混凝

土的工作性能.机房墙体及顶板混凝土须一次性连续浇筑, 不得留设水平施工缝, 以防止射线穿过.

( 3) 因重晶石混凝土堆密度较大, 泵送距离一般不超过50 m, 以免发生堵塞管道, 混凝土泵管上覆盖草包, 经常喷水保持湿润,以减少混凝土拌合物因运输而造成的温度升高.

( 4) 混凝土泵车输送导管距浇筑面的高度不大于2m, 防止混凝土产生离析.为保证混凝土振捣密实, 要分层下料和振捣, 混凝土每层浇筑厚度控制在300mm 左右, 上层混凝土浇筑必须在下层混凝土初凝前进行.

( 5) 浇筑方法采用斜面分层法, 实施二次振捣,控制混凝土泵布料厚度, 且振捣上层混凝土时振动棒插入下层混凝土表面50mm 以上, 以利于散热和保持混凝土的整体性; 排除混凝土表面的沁水,当混凝土浇筑接近端部时, 改由端部向中间浇筑以形成坡度, 使混凝土表面的沁水和浮浆汇聚, 经模板预留孔流出.

( 6) 混凝土振捣要选用有经验的振捣手, 振捣棒快插慢抽,振捣棒插入点采用梅花点布置, 间距500mm 插入一点, 振捣棒插入下层中50～100mm,振捣时间控制在15S～20S 以内, 表面出浆为