C40 大体积重晶石防辐射混凝土的施工技术

高建民

（天元建设集团有限公司，山东 临沂 276000）

C40 大体积重晶石防辐射混凝土的施工技术

高建民

（天元建设集团有限公司，山东 临沂 276000）

本文分析了 C40 大体积重晶石防辐射混凝土生产施工存在的问题，并寻找解决这些问题的方法；通过重晶石和石灰岩碎石双掺法改善混凝土拌合物性能，根据混凝土拌合物的性能确定两者合适的掺加比例，选择出合适的混凝土配合比；并制定出 C40 大体积重晶石防辐射混凝土的施工工艺。

大体积；重晶石；防辐射；双掺法；施工工艺

1 工程概况

临沂市某医院放射中心工程地下辐射厅采用全混凝土墙体结构，顶板厚 1200mm，局部 2400mm，墙体厚度1200mm，局部 2400mm，高度 4000mm，属于大体积混凝土范畴。设计采用防辐射混凝土，强度等级 C40，抗渗等级P12，混凝土表观密度不小于 3100kg/m3，混凝土浇筑设计要求连续浇筑，浇筑时长控制在既不能低于 26 小时也不能高于30 小时。顶板模板支架必须能承载 1.2 米厚混凝土荷载。工程设计室内安装一台 Co 离子直线加速器，医用直线加速器对肿瘤疾病有良好的治疗效果，但如果防护不当，其高能电磁辐射也会给周边人员造成伤害。为了防止射线的泄漏，不允许混凝土有裂缝，更不能有穿透的施工缝。因此，应做好原材料的选择和配合比的优化以及做好施工缝的设置。为减少对外围人体危害，必须使混凝土不得出现任何裂缝，必须具有吸收 X 射线和 γ 射线的干密度，所以地下辐射厅周围及顶板、筏板使用防辐射抗渗混凝土。设计地下一层采用防辐射抗渗混凝土，并严格控制混凝土坍落度和密实度，并严格控制结构混凝土内外温差。为保证建筑物外观质量及不得出现有害裂缝的防辐射要求，公司对 C40 重晶石防辐射混凝土进行立项研究。

2 理论分析

2.1 重晶石混凝土防辐射原理

重晶石防辐射混凝土采用密度大，含结合水多的重晶石碎石、重晶石砂等粗细骨料（主要成分为 BaSO4·2H2O），以普通水泥作为胶凝材料，同时加入水、外加剂按一定配合比拌合形成防辐射混凝土。其表观密度大，对 X 射线和γ射线防护性能好；骨料中有大量的结合水，氢元素含量多，能有效防护中子流。重晶石混凝土浇入模成型后与钢筋骨架共同形成具有特殊防辐射性能的混凝土结构。

2.2 重晶石配制混凝土存在的问题

由于重晶石表观密度达到 4200kg/m3，比重大，在混凝土中易下沉，容易造成混凝土泌水、离析的问题。单一使用重晶石作为粗骨料会造成混凝土泌水、离析的问题，为了改善混凝土的这一状况，我们采用重晶石和石灰岩碎石的双掺法，通过试验确定两者合适的比例。优选原材料和科学的配合比设计，确保混凝土在拌合和成型过程防止离析、保持均匀、成型密实。

为了防止射线的泄漏，不允许混凝土有裂缝。由于配制的重晶石防辐射混凝土是应用在大体积工程中，因此必须控制好大体积混凝土的温度裂缝和干缩裂缝等。另外，需要对施工缝进行特殊处理，从而保证结构混凝土的表观密度和结构构件厚度符合设计要求，达到设计的防辐射效果。

为了提高重晶石防辐射的抗裂性能，根据多年来经验的总结和查阅相关参考资料，掺加 SY-K 膨胀纤维抗裂防水剂能够大大改善混凝土的抗裂抗渗性能；大量掺加粉煤灰能够降低混凝土水化热，减少温度裂缝。SY-K 膨胀纤维抗裂防水剂是由硫铝酸盐微膨胀剂、聚丙烯纤维、防水剂、增强剂等多种功能材料复合而成，具有微膨胀性能和阻裂纤维的共同优点，同时还具有高抗裂、高抗渗的超叠加效应，是一种机理完善、性能卓越的复合材料。SY-K 膨胀纤维抗裂防水剂掺入混凝土中后，依靠纤维在混凝土中巨大数量的均匀分布，在混凝土内部构成一种均匀的乱向支撑体系，从而产生一种有效的二级加强效果，并有助于削减混凝土塑性收缩及冻融时的应力，抑制了混凝土的开裂进程；尤其是有效抑制了连通裂缝的产生；膨胀组分与水泥水化产物发生化学反应并产生适度膨胀，可防止混凝土收缩开裂，使混凝土达到增强抗裂防渗的目的。

混凝土浇筑时采取分层浇筑方法，浇筑时长控制在既不能低于 26 小时也不能高于 30 小时，这是因为浇筑时间太短，混凝土压缩沉降效果达不到，浇筑时间太长，混凝土达到初凝时间易出现冷缝。所以应该在混凝土中掺加缓凝型减水剂，延长混凝土凝结时间，以便混凝土接茬时延缓水化热释放速度，推迟温峰出现。

综合分析，我们提出了三种方法：（1）在混凝土中大量掺加粉煤灰，降低混凝土的水化热，提高混凝土密实度，提高混凝土后期强度；（2）在混凝土中掺加膨胀纤维抗裂剂，补偿混凝土早期的塑性收缩和温度收缩，增强混凝土的抗裂效果。（3）选用北京某品牌 FAC 聚羧酸高效减水剂，它具有高效减水和缓凝效果。以上三种方法同时应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 材料选用

3.1 粗集料

石灰岩碎石技术指标：采用 5～25mm 连续粒径级配碎石，含泥量 0.5%，泥块含量 0.1%，针片状含量 3%，表观密度 2650kg/m3，压碎值 7%。

重晶石采用 5～20mm 连续粒径，含 90%BaSO4，表观密度 4200kg/m3。BaSO4含量较低时，配制时所需重晶石占粗骨料含量就会相应增加，容易造成混凝土易泌水、离析，对混凝土的工作性能造成不良影响。BaSO4含量较高时，成本会相应较高。综合考虑选用 90%BaSO4含量重晶石。

3.2 细集料

选用重晶石砂，表观密度 4100kg/m3，堆积密度2300kg/ m3，细度模数 2.8，含泥量 0.7%。

3.3 水泥

根据多年的生产经验，本地产的沂州 P·O42.5 水泥质量稳定，可用来配制重晶石防辐射混凝土，其技术特征如表 1。

表1 沂州 P·O42.5 水泥的技术指标

3.4 粉煤灰

采用邹县电厂生产的优质Ⅰ级粉煤灰，密度 2.42g/cm3，需水量比 91%，烧失量为 2.0%，45µm 方孔筛筛余量 7.2%。

3.5 外加剂

混凝土外加剂对改善混凝土和易性、泵送性和提高混凝土质量具有重要作用。重晶石防辐射混凝土由于骨料与浆体密度相差较大，易出现分层、离析等现象，因此宜选用减水率高、和易性好的外加剂。北京某品牌 FAC 聚羧酸高效减水剂，掺量为 2.0%，其性能见表 2。

表2 FAC 聚羧酸外加剂技术指标

3.6 膨胀纤维抗裂防水剂

采用天津金盛源特种建材有限公司生产的 SY-K 膨胀纤维抗裂防水剂，使用量为水泥掺量的 8%。

4 混凝土试配

由于该工程设计的 C40 重晶石防辐射混凝土是应用在大体积防辐射工程中。要求能够抵抗温度裂缝、收缩裂缝；为满足泵送施工要求，拌制的混凝土具有可泵性、抗离析性、良好的和易性、密实性。为使 C40 重晶石防辐射混凝土达到以上效果，笔者根据多年的生产试验经验，选用北京某品牌FAC 聚羧酸高效减水剂掺量 2.0%；选用 SY-K 膨胀纤维抗裂防水剂掺量 8%；采用大量掺加邹县优质Ⅰ级粉煤灰，根据经验，C40 大体积混凝土中粉煤灰掺量在 30% 时能够大大降低混凝土水泥热和保证混凝土后期强度。

我们采用重晶石和石灰岩碎石双掺法进行混凝土配制试验，研究混凝土拌合物性能和后期混凝土性能最佳时所需的掺量。C40 大体积普通混凝土配合比：水泥 330kg/m3、砂 735kg/m3、碎石 1018kg/m3、粉煤灰 140kg/m3、膨胀纤维26kg/m3、FAC 9.9kg/m3、水 165kg/m3。将普通混凝土中的砂和碎石等体积换算成重晶石得到配合比 1。重晶石的掺量按100%、90%、80%、70%、60%、50%、40%、30%、20%、10%、0 做一系列 C40 试验。试验配合比见表 3，拌合物性能检测结果见表 4。

表3 混凝土配合比试验 kg/m 3

从表 4 混凝土拌合物的容重来看，配合比 1～6 达到3100kg/m3，配合比 7～11 达不到设计要求；从混凝土拌合物状态来看，配合比 1～4 混凝土容易分层离析，不利于混凝土的泵送浇筑施工，配合比 5～11 混凝土基本无分层或无分层，混凝土不易离析，混凝土和易性良好，利于混凝土的泵送浇筑施工；从混凝土初始坍落度和坍落度损失角度考虑，1～11 的初始坍落度和坍落度损失基本一致，其中配合比5～11 坍落度损失稍小；从初凝时间角度来看，1～11 初凝时间基本一致；从混凝土 60d 抗压强度来看，配合比 1～5 达不到设计要求，配合比 6～11 抗压强度大于 46.0MPa，满足设计要求；从抗渗等级方面来看，配合比 4～11 达到 P12 满足设计要求。综合可以得出配合比 6 混凝土拌合物性能能够达到设计要求，容重 3120kg/m3，60d 抗压强度达到 46.4MPa，抗渗等级达到 P12，混凝土拌合物和易性良好，基本不分层、不泌水离析，混凝土的保坍效果良好，混凝土凝结时间能够满足施工要求，混凝土干缩率较小。因此，最终选用配合比 6作为施工配合比。

表4 混凝土拌合物性能

5 混凝土施工

混凝土搅拌用水使用地下水，有利于混凝土降温，检测混凝土入模前和入模后温度，保证混凝土内外温差在 25℃内。混凝土的运输能力必须保证混凝土的连续浇筑，并在运输过程中保持其匀质性，作到不分层、不离析、不漏浆，保持较好的和易性，运至浇筑地点时坍落度保持良好。混凝土运到施工现场时，随即开始浇筑，并在初凝前浇筑完毕。浇筑过程中，操作人员不准在模板支撑和钢筋上行走，随时把模内钢筋的临时支撑和混凝土的厚度标志取出，不得埋入混凝土内。采用功率较大的输送泵，尽量使混凝土沿水平输送，主管控制在 100m 以内。现场安排 4 台汽车泵，2 台浇筑施工，2 台作为备用泵，为防止汽车泵出现机械故障影响混凝土连续施工。

大体积重晶石混凝土均要求连续施工，一次成型。布料杆的作用范围要最大，且要尽量减少移动泵车。混凝土浇筑采取分层浇筑的方法，每层浇筑厚度为 500mm，浇筑顺序从距卸料点最远的一端开始，逆向进行，以逐渐缩短运距，避免振实的混凝土受扰动。各层各段互相衔接，逐层逐段呈阶梯状沿长条形方向向后浇筑，不得先把下层混凝土浇筑完毕再浇筑上层混凝土，每步浇筑完成后确保每层混凝土都在初凝前经过二次振捣，振捣时每隔 25cm 一个振点，不得欠振、漏振，以提高混凝土的密实性和抗辐射能力。应严格控制浇筑速度与混凝土初凝时间，确保浇筑层下方的第一层刚要进入初凝阶段，第二层（即再下一层）开始浇筑，使混凝土压缩沉降时间足够长和避免造成冷缝，整个浇筑时间控制在26～30 小时之间。混凝土墙与底板的施工缝应按照图 1 的施工要求，做到防辐射的效果。

图1 施工缝留置图

采用疏水透气保温保湿抗裂模板，它能使混凝土表面的多余水分、空气及早外泄，有效提高混凝土表面的密实度、强度和抗裂功能，并能提高混凝土表面温度，降低混凝土体内外温差，防止表面开裂。

在混凝土浇筑之后，用薄膜和湿润的棉布覆盖，覆盖两层，每层棉布搭接缝不少于 100mm，并上下层错开，在大体积混凝土发热高峰期内（2～7d），采用热水养护混凝土表面，降低内外温差。按时检测混凝土内外温差，使内外温差控制在 25℃ 内。采取养护 28d 使混凝土应力得到缓慢松弛，做好混凝土的保温保湿养护，使其缓缓降温，以充分发挥混凝土的徐变特性，减小温度应力。

6 效果检查

经过检测 C40 大体积重晶石混凝土 60d 抗压强度达到47.5MPa，抗渗等级达到 P12。混凝土表观无裂缝、混凝土内部密实，表观密度达到 3100kg/m3，达到抗辐射设计要求。

［通讯地址］山东省临沂市河东区紫昇街与顺达路交汇河东产业园北区天元建设集团有限公司（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，高级工程师，主要负责混凝土生产施工、经营管理。