屏蔽混凝土施工技术研究与实践

屏蔽混凝土施工技术研究与实践1引言屏蔽混凝土除了满足一般工程要求之外，在 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 中还要重点考虑对1射线和中子射线的屏蔽。采用铁质骨料的屏蔽混凝土施工中极易分层，难以保证防辐射混凝土的均质性u】。屏蔽混凝土配制时集料密度大、水灰比小、水泥用量较大、水化放热速率高、收缩率大，施工时容易离析、开裂问题尤其严重，射线可以沿着裂缝射出，使混凝土根本起不到防护作用；同时，干硬性混合料对于泵送也是不利的。混凝土施工包括配料、拌和、运输、浇筑、震动捣实和养护等工序【3】。屏蔽混凝土施工技术的重点是解决屏蔽混凝土拌和物的工作性、施工过程中的离析、施工后密度的均匀性和不裂缝以及不同密度屏蔽混凝土施工技术。本文选择国内生产的蛇纹石、磁（赤）铁矿、褐铁矿、重晶石j硼镁铁矿石、钢丸、钢锻等屏蔽混凝土用矿石原材料，对密度分别为2.32t／m3、3.0t／m3、3.3t／m3、3.6t／m3、3.9t／m3、4.6t／m3、5.7t／m3等系列屏蔽混凝土施工技术进行研究。2屏蔽混凝土的拌和及施工工艺试验研究2.1拌和试验拌和主要是将混凝土的组成材料搅拌成质量均匀的混合物，保证混凝土拌和物能达到规定的坍落度、容重、含气量，硬化后能达到规定的强收稿日期：2007-08.14；修回日期：20074"）9-25基金项目：国防科工委基础科研项目（k020*******）度等指标[31。2.1.1配料屏蔽混凝土的粗细骨料、水、水泥、掺合料和外加剂，均应按重量配料，其中粗细骨料的允许偏差为4-2％，水泥、水、掺合料、外加剂的允许偏差为士l％。比核行业标准规定提高了士1％【41。2.1，2拌和选择强制式搅拌机对每种密度分别按装料率（3／4、2／3、1／2）和搅拌时间（90s、120s、150s）进行搅拌；加料顺序：按铁矿石一铁矿砂-÷铸铁块一水泥一水_外加剂。然后改变加料顺序，进行交叉试验，确定不同密度屏蔽混凝土最合理的装料率、加料顺序、搅拌时间。研究表明，屏蔽混凝土与普通混凝土的拌和技术有如下差异：（1）装料率：屏蔽混凝土的搅拌容量应考虑搅拌机及其辅助设备的承受力，混凝土密度越大搅拌容量越小，搅拌机的搅拌容量霸定容量×（普通混凝土密度／重混凝土密度）。（2）加料顺序：普通混凝土加料顺序是材料均应成带状加入搅拌机内，然后加入一定数量的拌和水并保持一定的速度连续加水，同时快速一次加完干材料，接着加水也完毕【4】。屏蔽混凝土的加料顺序是采用二次上料法。对重晶石屏蔽混凝土宜先投入水、黄砂、水泥，搅拌60S左右再投入重晶石、重晶砂，再搅拌60S，以减少泌水，提高混凝土的强度151；对密度小于3600kg／m3屏蔽混凝土先投入细骨料、水泥、粗骨料、细粉掺合料搅拌均匀（15S左右），再投入水和外加剂搅拌不小于90s；对密度超过3600kg／m3磁（赤）铁矿和钢丸、钢锻屏蔽混凝土宜采用先投入铁矿砂铁矿石磁铁块再加入水泥搅拌10s左右，加入水搅拌10s，加入外加剂搅拌120s。（3）搅拌时间：搅拌时间与搅拌机的性能、装料容量、加料顺序及所掺加的外加剂都有紧密的联系。对于重晶石屏蔽混凝土，由于重晶石脆性大，在搅拌的过程中，易形成粉状，影响混凝土拌合物的性能，搅拌时间不易过长。如果超过120S，外加剂中的含有少量的引气成分在混凝土中产生的气泡急剧下降，混凝土的黏聚性增大，坍落度损失增大，不利于施工。搅拌时间控制在90--120S左右，屏蔽混凝土拌合物的性能可满足要求。2.2施工工艺试验施工工艺试验浇筑试验主要研究运输方式、分层厚度、下料高度、振捣时间、布料方式等。2.2.1试验模型选择l500mlTiXl500mlTIX300rain尺寸模型，模型内绑扎钢筋网，钢筋间距模拟现场实际施工工况确定。在不同气候下并结合实际情况在工程实体上进行屏蔽混凝土浇筑试验；选择底板、墙体、顶板3种工况下的混凝土。2.2.2运输方式采用机动翻斗车运输、泵送和塔吊吊运等方式，在运输过程中要避免材料的组分离析、坍落度损失应减至最小或坍落度损失不影响混凝土的浇筑和捣实。试验表明，屏蔽混凝土应以最少的转载次数和最短的时间从搅拌地点运至浇筑地点。混凝土密度芝3600kg／m3时，不宜采用具有振动性的车辆运输。屏蔽混凝土从搅拌机卸出到浇筑完毕的延续时间：①密度<3600kg／m3，当气温Q5℃时不应超过90rain，当气温>25℃时不应超过60min；②密度兰3600kg／m3，当气温Q5℃时不应超过60min，当气温>25℃时不应超过30min。2.2.3运输浇筑常规浇筑采用翻斗车运输混凝土到浇筑地点并卸在木板上，一边用铁锹拌合，一边用小铁桶提料分层浇筑，混凝土的浇注：底板每层厚度250---300iilm，墙体浇注高度为300mm。对密度垫600kg／m3的生物屏蔽混凝土进行了泵送浇筑、浇筑层厚度控制等试验，选择中高压混凝土泵，输送距离分别为30m、60m、90m。泵送屏蔽混凝土出罐坍落度可控制在100-a：20mlTl；当密度<3300kg／m3时入模坍落度控制在80-a：20mm为宜，密度为3600kg／m3时控制在50~80mm为宜16J。对泵送屏蔽混凝土浇筑运输距离应视}昆凝土的密度大小和混凝土与泵管之间的摩擦系数而定，一般不宜超过100m。屏蔽混凝土下料高度控制在l000mm范围内，采用串筒，混凝土未出现离析现象；超过l000mm时，由于落差太大，骨料沉降不同，出现微弱离析现象。屏蔽混凝土出料口应接软管或水平管，不得接钢管。屏蔽混凝土浇筑要全面分层，每层厚度不超过300mm，也不宜小于200mm；混凝土布料可采用人工布料，分层布料时严禁通过振捣棒振动引流摊平。现场浇筑的竖向结构物，每层浇筑厚度宜控制在250--300mm，并采用插入式振捣器进行振捣。2.2.4振捣试验振捣试验采用西30、4,50型插入式振捣棒。振捣棒移动间距30Clll，并在相邻两层错开15cm，插点为梅花型布置，插入下层混凝土深度§cm，对于密度大、坍落度小的屏蔽混凝土，振捣器应快插慢拔，保证提出振捣棒后混凝土填满振捣棒处的空洞。经过现场试验，对泵送的屏蔽混凝土采用if30型插入式振捣棒较为理想，振捣时间不超过5s，对部分预埋件的下部及周围需增加振捣时间，但不超过12s。对常规浇筑法施工的屏蔽混凝土采用≯50插入式振捣器捣实，每一振点的振捣延续时间应使混凝土表面出现的浮浆和拌合料不再整体沉落。振捣时间应满足：混凝土密度<3000kg／m3时，延续时间不超过25s；混凝土密度9600kg／m3时，延续时间不超过15S；混凝土密度>3600kedm3时，延续时间不超过8—10s。2.2_5屏蔽混凝土养护对浇筑完毕的屏蔽混凝土，一般在12h以内应及时加以覆盖和浇水，以保证水泥的充分水化。常温下采用草席或麻袋并连续浇水养护；在高温、寒冷、雨天、干燥或大风的天气下，覆盖薄膜加麻袋养护，养护时间按7~14d。正确的养护方法是浇筑后7d内应保证混凝土养护温度不低于lO℃，相对湿度不低于90％，7~28d内不能受冻害，相对湿度不低于80％t71。采用自然养护时，湿养护时间应遵守下列规定：①用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥拌制的屏蔽混凝土，养护时间不得少于7d；②对掺有缓凝型外加剂屏蔽混凝土的养护时间不得少于14d。屏蔽中子的屏蔽混凝土在水泥水化高峰期间应保证在湿润的条件下使混凝土充分水化，提高屏蔽混凝土抗拉能力，尽可能使屏蔽混凝土中存留更多的氢元素。若养护条件良好，水泥水化过程继续进行，在一年龄期后结晶水的含量能增加5％左右。对于大体积屏蔽混凝土应和大体积普通混凝土一样，为避免出现温度裂缝质量问题，应根据气候条件采取控温措施，将混凝土内外温差控制在设计要求的范围内，当设计无具体要求时，温差不超过25℃，降温梯度不超过1.5℃／d。3工程应用3.1泵送屏蔽混凝土施工技术应用密度为2800kg／m3（屏蔽1射线）、3300kg／m3重晶石混凝土（屏蔽中子射线）、3600kg／m3（屏蔽^y射线和中子射线）16j的屏蔽混凝土已用于核工程顶板、墙体、热室和堆芯等部位，并采用泵送浇筑施工。3.2常规浇筑屏蔽混凝土施工技术应用密度为2320kg／m3蛇纹石屏蔽混凝土、3000kg／d（屏蔽中子和1射线）、4600kg／m3（屏蔽中子和1射线）和5200kg／m3屏蔽混凝土已用于核工程顶板、墙体、热室和堆芯等部位，均采用常规浇筑施工方法。某工程屏蔽中子混凝土密度为4600kg／m3，结晶水含量不小于2.45％，含硼量不小于0.1％，混凝土强度等级为C30。对施工的32块屏蔽中子射线的屏蔽混凝土块进行称重检测，有5块实测值低于设计值，平均值为4680k∥m3，高于设计值1.8％，结晶水含量2.65％，含硼量不小于0.1l％，抗压强度为45.6MPa，所有屏蔽混凝土块外表面密度分布均匀，密实性好，没有明显缝隙或蜂窝。某工程屏蔽1射线的混凝土硬化后单位密度为4600kg／m3，强度等级为C35、抗渗等级为P8。用COCo源对浇筑试验的屏蔽混凝土试验块36个点进行屏蔽效果和均匀性检验，检测结果为机械振捣工艺18个检测点中有4个点的实测密度值低于设计值，平均值为4670k∥o，高于设计值2％；人工振捣工艺18个检测点中有13个点密度值低于设计值，平均值为4550kg／m3，低于设计值1％。屏蔽混凝土抗压强度为42.7MPa、抗渗等级为P10。说明机械振动比人工插捣浇筑的屏蔽墙混凝土密度均匀性和屏蔽效果好。4结束语（1）不同密度的屏蔽混凝土应采用不同的施工技术。密度小于3600kg／m3屏蔽混凝土可采用泵送浇筑法施工或常规浇筑法施工，其中采用泵送浇筑工艺可提高施工速度，混凝土生产量可提高6-.,10倍。（2）密度大于3600kg／m3屏蔽混凝土采用常规浇筑或预填骨料法、捣浆法和压力灌浆法施工。（3）对已施工、密度为4600kg／o屏蔽}昆凝土的屏蔽块称重和浇筑试验模块用60Co源进行屏蔽效果和均匀性检验，各项试验测试数据均满足要求。机械振动比人工插捣浇筑屏蔽墙混凝土密度均匀性和屏蔽效果好。