降低混凝土中氡析出率的方法研究

张永贵 郭秋菊 张小乐 刘海波 刘叶栋 张利俊 刘福东

（1 中国建筑材料检验认证中心有限公司，北京100024；2 北京大学技术物理系，北京100871；3 贵州省疾病预防控制中心，贵阳550004；4 中国原子能科学研究院，北京102413）

1 引言

在混凝土中添加粉煤灰、矿渣等掺合料的技术已经非常成熟，大量应用于现代建筑当中[1]，有效的降低了混凝土的水化热，降低了混凝土的成本，同时提高了混凝土的耐久性，有利于节能减排。但是有些粉煤灰和矿渣其镭含量较高，而且工程中的使用量较大，造成了居室内氡气浓度的升高，影响到了居民的身体健康。本文对混凝土进行简化，去除其粗骨料（石子），通过添加氡气的吸附材料以降低其氡的析出率。

2 试验原材料

水泥采用PO42.5基准水泥；粉煤灰来自贵州，其镭、钍、钾放射性比活度分别为445.2±20.6（Bq/㎏）、94.3±5.5（Bq/㎏）、403.2±5.5（Bq/㎏）；砂子采用标准砂；水为自来水；外加剂采用高效减水剂；沸石粉来自河北；硅胶采用有机硅胶；活性炭为8 ～20 目的椰壳碳。

3 试验设备

试验主要设备有CA 砂浆程控搅拌机、天平、压力试验机、Rad-7、高纯锗γ 能谱仪。

4 质量保证

试验采用的所有设备都经过计量检定，标准养护室采用自动控制使得温度保持在20℃，湿度在95%以上，试验操作过程严格按照操作规程和作业指导书进行，确保试验数据准确可靠。

5 试验配比

为了减少影响因素，试验配比设计时将混凝土中的石子去掉，配合比设计参考《砌筑砂浆配合比设计规程》和《普通混凝土配合比设计规程》，最大限度的掺入粉煤，具体配合比见（表1）。

表1 配合比设计

表2 氡析出率

6 试验

6.1 氡析出率的测量

先将砂浆试块在105 度的烘箱内烘烤10 小时，然后在室内放置24小时以上。试验结果见表2。

6.2 放射性比活度的测量

放射比活度采用堪培拉DSA1000 高纯锗γ能谱仪进行测试，测试结果见表3。

表4 部分试块抗压强度试验

6.3 抗压强度试验

抗压强度采用新三思压力试验机进行测试，测试结果见表4。

7 试验结果分析

（1）掺入高效减水剂未能减少水泥砂浆氡气析出率，原因可能1#配合比中掺入粉煤灰数量最大，粉煤灰自身对砂浆孔隙有一定的填充作用，需要进一步的研究。

图1 高效减水对氡析出率的影响

（2）从砂浆试块可以得出活性碳对氡吸附效果最好，沸石其次，硅胶再次之。沸石吸附氡气不明显的主要原因可能是沸石对极性、不饱和及易极化分子具有很强吸附作用，而氡气为惰性气体，因此沸石对其吸附效果不佳，氡析出率降低较少。硅胶的掺入不仅效果甚微，随着掺入量的增多反而氡析出率变大，主要可能是因为测量过程中加热的温度105℃低于120℃，硅胶中吸附水份没有脱离，故对氡气没有吸收效果；可能是由于此种硅胶的不适合吸附氡气，需要对不同种类的硅胶进行更多的试验。

图2 吸附材料对氡析出率的影响

（3）活性碳掺入量从30 克（胶凝材料的1%）增加到60 克（胶凝材料的2%），氡气析出率从3.23 mBq.m-2.s-1 降低到了0.62 mBq.m-2.s-1，可见随着活性碳掺入量的倍增氡气析出率加倍下降，砂浆试块氡析出率与瓷砖等表面致密的建筑材料相当[2]，低于一般的建筑材料。活性碳对降低水泥砂浆氡析出率作用非常明显。

图3 活性碳掺量与氡析出的关系

（4）在水泥砂浆中掺入沸石、硅胶和活性碳对其强度有很大的影响，尤其活性碳的掺入会导致砂浆强度降低，有研究表明当混凝土中掺入5%的石墨，混凝土的强度将损失50%[3]，但是此次试验砂浆强度几乎没有受影响，主要是由于本次试验水泥使用量较多，正常情况下胶砂比为1：3，本次试验为1：1，胶凝材料的增加使得强度影响非常小。

图4 活性碳掺入量对水泥砂浆强度的影响

[1]胡大可 商品混凝土配合比与质量控制要求 检测试验与测量 2007 年三期

[2]张文涛等《建筑材料表面氡析出水平调查》工业卫生与职业病2007 年第33 卷第4 期

[3]赵文艳等《石墨导电混凝土力学性能与热电特性》大庆石油学院学报第32 卷第6 期2008 年12 月