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100Kg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60mm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50m,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,表面出浆为宜,不宜振捣过度,以避免粗骨料下沉分层,影响混凝土的防辐射性能.(7)混凝土养护:混凝土浇筑完毕后,待其收水后,在顶板的表面覆盖塑料薄膜两层湿草帘,在草帘浇水养护不少于14d.墙板采用湿布覆盖,经常洒水湿润,并将加速机房的门洞封堵,以防散热过快.7d内保证混凝土养护温度不小于10℃,相对湿度大于90%.养护条件的好坏对后期混凝土的结合水的含量有很大不同,从而对防止中子射线效果有较大影响.根据资料显示,若养护条件好,一年龄期混凝土结合水含量能增加5%.2.3温度测控(1)提高混凝土面层温度:混凝土全部浇筑完后,采取蓄水法进行养护.水深约200mm,上盖塑料薄膜.混凝土内部水化热不断地向表面传递,及太阳的辐射作用,养护水温慢慢升高.对混凝土的养生特别有利,利于保证混凝土的质量,防止开裂.(2)降低混凝土内部温度:混凝土内部布置循环冷却水管,让循环水吸收混凝土内部水化热,以降低温度.(3)温度测定:测温范围:垂直方向,在距混凝土表面100mm及混凝土的中间部位布置三个测温点;水平方向分别在距边缘1m和中间部位布置;测温工具选项用JDC-2型便携式建筑电子测温仪,在混凝土升温保持阶段,2-3小时测温一次,在混凝土温度下降阶段,4-8小时测温一次.温度控制参数,混凝土浇筑温度不得超过28℃.混凝土内部和表面的温度之差不得超过25℃,混凝土的温度骤降不得超过10℃/h.(4)测温表明温升正常,混凝土内部最高温升值发生在混凝土浇筑后5天内,平均实测最高温度为48.3℃,混凝土表面温度28.6℃,混凝土内外温差小于25℃.3结束语本工程采用的技术是成功的,经现场验收,混凝土无胀模、裂缝现象,降低了工程成本,缩短了施工工期,达到了预期的目的.设备安装调试后,经有关专家共同验收,该混凝土的抗辐射性能达到国家标准,该工程被评为湖南省省优工程.