C40 大體積重晶石防輻射混凝土的施工技術(shù)

高建民

（天元建設(shè)集團(tuán)有限公司，山東 臨沂 276000）

C40 大體積重晶石防輻射混凝土的施工技術(shù)

高建民

（天元建設(shè)集團(tuán)有限公司，山東 臨沂 276000）

本文分析了 C40 大體積重晶石防輻射混凝土生產(chǎn)施工存在的問題，并尋找解決這些問題的方法；通過重晶石和石灰?guī)r碎石雙摻法改善混凝土拌合物性能，根據(jù)混凝土拌合物的性能確定兩者合適的摻加比例，選擇出合適的混凝土配合比；并制定出 C40 大體積重晶石防輻射混凝土的施工工藝。

大體積；重晶石；防輻射；雙摻法；施工工藝

1 工程概況

臨沂市某醫(yī)院放射中心工程地下輻射廳采用全混凝土墻體結(jié)構(gòu)，頂板厚 1200mm，局部 2400mm，墻體厚度1200mm，局部 2400mm，高度 4000mm，屬于大體積混凝土范疇。設(shè)計采用防輻射混凝土，強度等級 C40，抗?jié)B等級P12，混凝土表觀密度不小于 3100kg/m3，混凝土澆筑設(shè)計要求連續(xù)澆筑，澆筑時長控制在既不能低于 26 小時也不能高于30 小時。頂板模板支架必須能承載 1.2 米厚混凝土荷載。工程設(shè)計室內(nèi)安裝一臺 Co 離子直線加速器，醫(yī)用直線加速器對腫瘤疾病有良好的治療效果，但如果防護(hù)不當(dāng)，其高能電磁輻射也會給周邊人員造成傷害。為了防止射線的泄漏，不允許混凝土有裂縫，更不能有穿透的施工縫。因此，應(yīng)做好原材料的選擇和配合比的優(yōu)化以及做好施工縫的設(shè)置。為減少對外圍人體危害，必須使混凝土不得出現(xiàn)任何裂縫，必須具有吸收 X 射線和 γ 射線的干密度，所以地下輻射廳周圍及頂板、筏板使用防輻射抗?jié)B混凝土。設(shè)計地下一層采用防輻射抗?jié)B混凝土，并嚴(yán)格控制混凝土坍落度和密實度，并嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)外溫差。為保證建筑物外觀質(zhì)量及不得出現(xiàn)有害裂縫的防輻射要求，公司對 C40 重晶石防輻射混凝土進(jìn)行立項研究。

2 理論分析

2.1 重晶石混凝土防輻射原理

重晶石防輻射混凝土采用密度大，含結(jié)合水多的重晶石碎石、重晶石砂等粗細(xì)骨料（主要成分為 BaSO4·2H2O），以普通水泥作為膠凝材料，同時加入水、外加劑按一定配合比拌合形成防輻射混凝土。其表觀密度大，對 X 射線和γ射線防護(hù)性能好；骨料中有大量的結(jié)合水，氫元素含量多，能有效防護(hù)中子流。重晶石混凝土澆入模成型后與鋼筋骨架共同形成具有特殊防輻射性能的混凝土結(jié)構(gòu)。

2.2 重晶石配制混凝土存在的問題

由于重晶石表觀密度達(dá)到 4200kg/m3，比重大，在混凝土中易下沉，容易造成混凝土泌水、離析的問題。單一使用重晶石作為粗骨料會造成混凝土泌水、離析的問題，為了改善混凝土的這一狀況，我們采用重晶石和石灰?guī)r碎石的雙摻法，通過試驗確定兩者合適的比例。優(yōu)選原材料和科學(xué)的配合比設(shè)計，確?；炷猎诎韬虾统尚瓦^程防止離析、保持均勻、成型密實。

為了防止射線的泄漏，不允許混凝土有裂縫。由于配制的重晶石防輻射混凝土是應(yīng)用在大體積工程中，因此必須控制好大體積混凝土的溫度裂縫和干縮裂縫等。另外，需要對施工縫進(jìn)行特殊處理，從而保證結(jié)構(gòu)混凝土的表觀密度和結(jié)構(gòu)構(gòu)件厚度符合設(shè)計要求，達(dá)到設(shè)計的防輻射效果。

為了提高重晶石防輻射的抗裂性能，根據(jù)多年來經(jīng)驗的總結(jié)和查閱相關(guān)參考資料，摻加 SY-K 膨脹纖維抗裂防水劑能夠大大改善混凝土的抗裂抗?jié)B性能；大量摻加粉煤灰能夠降低混凝土水化熱，減少溫度裂縫。SY-K 膨脹纖維抗裂防水劑是由硫鋁酸鹽微膨脹劑、聚丙烯纖維、防水劑、增強劑等多種功能材料復(fù)合而成，具有微膨脹性能和阻裂纖維的共同優(yōu)點，同時還具有高抗裂、高抗?jié)B的超疊加效應(yīng)，是一種機(jī)理完善、性能卓越的復(fù)合材料。SY-K 膨脹纖維抗裂防水劑摻入混凝土中后，依靠纖維在混凝土中巨大數(shù)量的均勻分布，在混凝土內(nèi)部構(gòu)成一種均勻的亂向支撐體系，從而產(chǎn)生一種有效的二級加強效果，并有助于削減混凝土塑性收縮及凍融時的應(yīng)力，抑制了混凝土的開裂進(jìn)程；尤其是有效抑制了連通裂縫的產(chǎn)生；膨脹組分與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生適度膨脹，可防止混凝土收縮開裂，使混凝土達(dá)到增強抗裂防滲的目的。

混凝土澆筑時采取分層澆筑方法，澆筑時長控制在既不能低于 26 小時也不能高于 30 小時，這是因為澆筑時間太短，混凝土壓縮沉降效果達(dá)不到，澆筑時間太長，混凝土達(dá)到初凝時間易出現(xiàn)冷縫。所以應(yīng)該在混凝土中摻加緩凝型減水劑，延長混凝土凝結(jié)時間，以便混凝土接茬時延緩水化熱釋放速度，推遲溫峰出現(xiàn)。

綜合分析，我們提出了三種方法：（1）在混凝土中大量摻加粉煤灰，降低混凝土的水化熱，提高混凝土密實度，提高混凝土后期強度；（2）在混凝土中摻加膨脹纖維抗裂劑，補償混凝土早期的塑性收縮和溫度收縮，增強混凝土的抗裂效果。（3）選用北京某品牌 FAC 聚羧酸高效減水劑，它具有高效減水和緩凝效果。以上三種方法同時應(yīng)用能大大改善混凝土拌合物的性能，提高混凝土的抗裂性能。

3 材料選用

3.1 粗集料

石灰?guī)r碎石技術(shù)指標(biāo)：采用 5～25mm 連續(xù)粒徑級配碎石，含泥量 0.5%，泥塊含量 0.1%，針片狀含量 3%，表觀密度 2650kg/m3，壓碎值 7%。

重晶石采用 5～20mm 連續(xù)粒徑，含 90%BaSO4，表觀密度 4200kg/m3。BaSO4含量較低時，配制時所需重晶石占粗骨料含量就會相應(yīng)增加，容易造成混凝土易泌水、離析，對混凝土的工作性能造成不良影響。BaSO4含量較高時，成本會相應(yīng)較高。綜合考慮選用 90%BaSO4含量重晶石。

3.2 細(xì)集料

選用重晶石砂，表觀密度 4100kg/m3，堆積密度2300kg/ m3，細(xì)度模數(shù) 2.8，含泥量 0.7%。

3.3 水泥

根據(jù)多年的生產(chǎn)經(jīng)驗，本地產(chǎn)的沂州 P·O42.5 水泥質(zhì)量穩(wěn)定，可用來配制重晶石防輻射混凝土，其技術(shù)特征如表 1。

表1 沂州 P·O42.5 水泥的技術(shù)指標(biāo)

3.4 粉煤灰

采用鄒縣電廠生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)Ⅰ級粉煤灰，密度 2.42g/cm3，需水量比 91%，燒失量為 2.0%，45μm 方孔篩篩余量 7.2%。

3.5 外加劑

混凝土外加劑對改善混凝土和易性、泵送性和提高混凝土質(zhì)量具有重要作用。重晶石防輻射混凝土由于骨料與漿體密度相差較大，易出現(xiàn)分層、離析等現(xiàn)象，因此宜選用減水率高、和易性好的外加劑。北京某品牌 FAC 聚羧酸高效減水劑，摻量為 2.0%，其性能見表 2。

表2 FAC 聚羧酸外加劑技術(shù)指標(biāo)

3.6 膨脹纖維抗裂防水劑

采用天津金盛源特種建材有限公司生產(chǎn)的 SY-K 膨脹纖維抗裂防水劑，使用量為水泥摻量的 8%。

4 混凝土試配

由于該工程設(shè)計的 C40 重晶石防輻射混凝土是應(yīng)用在大體積防輻射工程中。要求能夠抵抗溫度裂縫、收縮裂縫；為滿足泵送施工要求，拌制的混凝土具有可泵性、抗離析性、良好的和易性、密實性。為使 C40 重晶石防輻射混凝土達(dá)到以上效果，筆者根據(jù)多年的生產(chǎn)試驗經(jīng)驗，選用北京某品牌FAC 聚羧酸高效減水劑摻量 2.0%；選用 SY-K 膨脹纖維抗裂防水劑摻量 8%；采用大量摻加鄒縣優(yōu)質(zhì)Ⅰ級粉煤灰，根據(jù)經(jīng)驗，C40 大體積混凝土中粉煤灰摻量在 30% 時能夠大大降低混凝土水泥熱和保證混凝土后期強度。

我們采用重晶石和石灰?guī)r碎石雙摻法進(jìn)行混凝土配制試驗，研究混凝土拌合物性能和后期混凝土性能最佳時所需的摻量。C40 大體積普通混凝土配合比：水泥 330kg/m3、砂 735kg/m3、碎石 1018kg/m3、粉煤灰 140kg/m3、膨脹纖維26kg/m3、FAC 9.9kg/m3、水 165kg/m3。將普通混凝土中的砂和碎石等體積換算成重晶石得到配合比 1。重晶石的摻量按100%、90%、80%、70%、60%、50%、40%、30%、20%、10%、0 做一系列 C40 試驗。試驗配合比見表 3，拌合物性能檢測結(jié)果見表 4。

表3 混凝土配合比試驗 kg/m 3

從表 4 混凝土拌合物的容重來看，配合比 1～6 達(dá)到3100kg/m3，配合比 7～11 達(dá)不到設(shè)計要求；從混凝土拌合物狀態(tài)來看，配合比 1～4 混凝土容易分層離析，不利于混凝土的泵送澆筑施工，配合比 5～11 混凝土基本無分層或無分層，混凝土不易離析，混凝土和易性良好，利于混凝土的泵送澆筑施工；從混凝土初始坍落度和坍落度損失角度考慮，1～11 的初始坍落度和坍落度損失基本一致，其中配合比5～11 坍落度損失稍?。粡某跄龝r間角度來看，1～11 初凝時間基本一致；從混凝土 60d 抗壓強度來看，配合比 1～5 達(dá)不到設(shè)計要求，配合比 6～11 抗壓強度大于 46.0MPa，滿足設(shè)計要求；從抗?jié)B等級方面來看，配合比 4～11 達(dá)到 P12 滿足設(shè)計要求。綜合可以得出配合比 6 混凝土拌合物性能能夠達(dá)到設(shè)計要求，容重 3120kg/m3，60d 抗壓強度達(dá)到 46.4MPa，抗?jié)B等級達(dá)到 P12，混凝土拌合物和易性良好，基本不分層、不泌水離析，混凝土的保坍效果良好，混凝土凝結(jié)時間能夠滿足施工要求，混凝土干縮率較小。因此，最終選用配合比 6作為施工配合比。

表4 混凝土拌合物性能

5 混凝土施工

混凝土攪拌用水使用地下水，有利于混凝土降溫，檢測混凝土入模前和入模后溫度，保證混凝土內(nèi)外溫差在 25℃內(nèi)?；炷恋倪\輸能力必須保證混凝土的連續(xù)澆筑，并在運輸過程中保持其勻質(zhì)性，作到不分層、不離析、不漏漿，保持較好的和易性，運至澆筑地點時坍落度保持良好?；炷吝\到施工現(xiàn)場時，隨即開始澆筑，并在初凝前澆筑完畢。澆筑過程中，操作人員不準(zhǔn)在模板支撐和鋼筋上行走，隨時把模內(nèi)鋼筋的臨時支撐和混凝土的厚度標(biāo)志取出，不得埋入混凝土內(nèi)。采用功率較大的輸送泵，盡量使混凝土沿水平輸送，主管控制在 100m 以內(nèi)。現(xiàn)場安排 4 臺汽車泵，2 臺澆筑施工，2 臺作為備用泵，為防止汽車泵出現(xiàn)機(jī)械故障影響混凝土連續(xù)施工。

大體積重晶石混凝土均要求連續(xù)施工，一次成型。布料桿的作用范圍要最大，且要盡量減少移動泵車。混凝土澆筑采取分層澆筑的方法，每層澆筑厚度為 500mm，澆筑順序從距卸料點最遠(yuǎn)的一端開始，逆向進(jìn)行，以逐漸縮短運距，避免振實的混凝土受擾動。各層各段互相銜接，逐層逐段呈階梯狀沿長條形方向向后澆筑，不得先把下層混凝土澆筑完畢再澆筑上層混凝土，每步澆筑完成后確保每層混凝土都在初凝前經(jīng)過二次振搗，振搗時每隔 25cm 一個振點，不得欠振、漏振，以提高混凝土的密實性和抗輻射能力。應(yīng)嚴(yán)格控制澆筑速度與混凝土初凝時間，確保澆筑層下方的第一層剛要進(jìn)入初凝階段，第二層（即再下一層）開始澆筑，使混凝土壓縮沉降時間足夠長和避免造成冷縫，整個澆筑時間控制在26～30 小時之間?；炷翂εc底板的施工縫應(yīng)按照圖 1 的施工要求，做到防輻射的效果。

圖1 施工縫留置圖

采用疏水透氣保溫保濕抗裂模板，它能使混凝土表面的多余水分、空氣及早外泄，有效提高混凝土表面的密實度、強度和抗裂功能，并能提高混凝土表面溫度，降低混凝土體內(nèi)外溫差，防止表面開裂。

在混凝土澆筑之后，用薄膜和濕潤的棉布覆蓋，覆蓋兩層，每層棉布搭接縫不少于 100mm，并上下層錯開，在大體積混凝土發(fā)熱高峰期內(nèi)（2～7d），采用熱水養(yǎng)護(hù)混凝土表面，降低內(nèi)外溫差。按時檢測混凝土內(nèi)外溫差，使內(nèi)外溫差控制在 25℃ 內(nèi)。采取養(yǎng)護(hù) 28d 使混凝土應(yīng)力得到緩慢松弛，做好混凝土的保溫保濕養(yǎng)護(hù)，使其緩緩降溫，以充分發(fā)揮混凝土的徐變特性，減小溫度應(yīng)力。

6 效果檢查

經(jīng)過檢測 C40 大體積重晶石混凝土 60d 抗壓強度達(dá)到47.5MPa，抗?jié)B等級達(dá)到 P12?；炷帘碛^無裂縫、混凝土內(nèi)部密實，表觀密度達(dá)到 3100kg/m3，達(dá)到抗輻射設(shè)計要求。

［通訊地址］山東省臨沂市河?xùn)|區(qū)紫昇街與順達(dá)路交匯河?xùn)|產(chǎn)業(yè)園北區(qū)天元建設(shè)集團(tuán)有限公司（276000）

The construction technology of C40 large volume barite anti radiation concrete

Gao Jianmin
(Linyi Tianyuan Concrete Engineering Co., Ltd., Shandong Linyi 276000)

Analysis of C40 large volume barite anti radiation concrete production and construction problems, find ways to solve these problems. To improve the performance of concrete mixture by barite and limestone double mixing method, according to the performance of concrete mixture to determine both suitable mixing ratio, choose suitable concrete mix. Develop the construction technology of C40 large volume barite anti radiation concrete.

large volume; barite; radiation protection; double mixing method; construction technology

高建民（1963—），男，高級工程師，主要負(fù)責(zé)混凝土生產(chǎn)施工、經(jīng)營管理。