某核電站重晶石防輻射混凝土施工技術(shù)

何勇志 陳繼平

摘要：廣東省臺(tái)山市某核電站核島廠房采用了重晶石混凝土以屏蔽X射線和γ射線，本文對(duì)重晶石混凝土配合比進(jìn)行設(shè)計(jì),通過模擬試驗(yàn)驗(yàn)證重晶石混凝土的符合性，確定了重晶石混凝土施工工藝和施工質(zhì)量控制措施，為重晶石混凝土的現(xiàn)場(chǎng)施工提供了指導(dǎo)和依據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工質(zhì)量良好。

關(guān)鍵詞：核電站；重晶石；防輻射混凝土；模擬試驗(yàn)；施工質(zhì)量措施；

中圖分類號(hào)：TV523文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

1引言

核電站核反應(yīng)堆和放射性廢水廢物會(huì)產(chǎn)生影響人體健康的X射線和γ射線等,對(duì)X射線和γ射線而言,物質(zhì)密度越大防護(hù)性能越好,采用高密度混凝土可達(dá)到屏蔽要求，重晶石混凝土就是其中一種能有效屏蔽X射線和γ射線的高密度混凝土，其密度一般為3500kg/m3。重晶石混凝土的粗細(xì)骨料為重晶石，重晶石化學(xué)成分為BaSO4，是一種難溶于水和酸、無毒、無磁性, 能有效吸收屏蔽X射線和γ射線的礦石。

2工程概況

廣東省臺(tái)山市某核電站采用第三代歐洲先進(jìn)壓水堆技術(shù)EPR，其單機(jī)發(fā)電功率為1750MWe，是目前世界上單機(jī)功率最大的單堆核電機(jī)組。EPR核電站采用了堆芯熔融物捕集器、專設(shè)安全系統(tǒng)4系列相互獨(dú)立實(shí)體隔離、防飛機(jī)撞擊等先進(jìn)技術(shù)，具有更高的安全性和可靠性。該核電站核島廠房的墻體和板大量采用了重晶石防輻射混凝土，其主要作用是對(duì)核電站運(yùn)行期間廠房?jī)?nèi)產(chǎn)生的X射線和γ射線進(jìn)行屏蔽。重晶石混凝土主要分布于HRA反應(yīng)堆廠房、HK燃料廠房、HNX/HQA核輔助廠房和HQB廢物處理廠房等核島廠房中放射性較強(qiáng)房間的墻體和樓板，其中：HRA廠房總方量150.32 m3、HK廠房總方量86.94m3、HNX/HQA廠房總方量112.74m3、HQB廠房總方量5.45m3，共計(jì)355.45 m3。

3施工工藝流程

重晶石混凝土施工與普通混凝土相比存在施工縫處理難、澆注控制難、模板支設(shè)要求高等特點(diǎn)，在施工工藝上需仔細(xì)考慮，確保重晶石混凝土一次施工成功。重晶石混凝土配合比需經(jīng)過反復(fù)的配合比試驗(yàn)來確定，并通過模擬試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，最后再進(jìn)行重晶石混凝土的現(xiàn)場(chǎng)施工，其施工工藝流程如下圖1所示。

圖 1重晶石混凝土施工工藝流程圖

4配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)CPR核電站防輻射混凝土施工經(jīng)驗(yàn)反饋，通過假設(shè)干密度法計(jì)算出配合比,確定外加劑摻量和水灰比，并測(cè)出混凝土的表觀密度,再通過絕對(duì)體積法進(jìn)行計(jì)算修正,并經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室的反復(fù)試配，最終確定了用于該核電站1#核島重晶石混凝土配合比（見下表1），其中水泥采用珠江P·Ⅱ42.5，重晶石粉、砂和碎石均采用廣西融水，外加劑采用廣州ADVA161C。

表1重晶石混凝土配合比

強(qiáng)度等級(jí) 坍落度（mm） 配合比（Kg/m3）

水 水泥 重晶粉 重晶石砂 重晶石碎石 外加劑

0.08mm 0.16~0.63mm 0.63~5.0mm 5~10mm 10~20mm

C50 180±30 140 355 155 505 765 590 1120 6.39

5模擬試驗(yàn)

模擬試驗(yàn)?zāi)康氖菫榱蓑?yàn)證重晶石混凝土的生產(chǎn)、運(yùn)輸、澆筑、模板加固及養(yǎng)護(hù)等工藝是否滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)收集重晶石混凝土施工參數(shù)，如產(chǎn)出量、振搗時(shí)間、初凝時(shí)間、終凝時(shí)間、坍落度、運(yùn)輸時(shí)間、澆筑方法、養(yǎng)護(hù)方法等。通過對(duì)模擬試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析，驗(yàn)證重晶石混凝土的符合性（如強(qiáng)度、密度、流動(dòng)性、表觀密實(shí)性和均勻性等），培訓(xùn)重混凝土施工的管理人員和施工人員。為后續(xù)重晶石混凝土墻體和板施工提供指導(dǎo)和依據(jù)。

（1）試驗(yàn)墻體

試驗(yàn)墻體長(zhǎng)1.5m、寬0.6m、高2m，墻體中間開方孔20cm×20cm，并按照現(xiàn)場(chǎng)墻體要求配筋，完全模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況。

（2）重晶石混凝土澆筑

汽車吊在試驗(yàn)前到達(dá)試驗(yàn)場(chǎng)地待用，混凝土由運(yùn)輸車放入吊斗，由汽車吊吊至混凝土溜槽上方后，降低到溜槽上沿，開啟吊斗側(cè)面開口，混凝土由溜槽下滑至模板中，混凝土下落高度應(yīng)小于1米?；炷翝仓謱雍穸炔怀^250mm，并進(jìn)行48小時(shí)密度校核實(shí)驗(yàn)。

（3）重晶石混凝土振搗

采用Φ60頻率為12000轉(zhuǎn)/分鐘的振搗棒進(jìn)行振搗，同時(shí)在靠近模板處用Φ30振搗棒進(jìn)行補(bǔ)充振搗，但振搗棒不得碰到模板，以保證混凝土墻面光滑。振搗上層混凝土?xí)r，振搗棒插入下層混凝土中不少于50 mm，間距不超過40 mm。振搗時(shí)應(yīng)注意快插慢拔，使上下混凝土振動(dòng)均勻，混凝土中的氣泡充分上浮消散，一般振搗時(shí)間在10~15秒左右，當(dāng)混凝土表面出現(xiàn)浮漿時(shí)立即停止振搗，防止過振引起重混凝土離析。

（4）重晶石混凝土養(yǎng)護(hù)

墻體澆筑結(jié)束18小時(shí)后拆除側(cè)模板，在其上部先鋪雙層塑料薄膜，塑料薄膜上再覆蓋麻袋片進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間7天。

（5）鉆芯取樣

拆除模板后，現(xiàn)場(chǎng)觀察墻體表面及洞口混凝土密實(shí)情況，檢查有無蜂窩麻面等表觀缺陷。用鉆孔取芯的辦法，進(jìn)一步檢查墻體內(nèi)洞口及整個(gè)斷面混凝土的密實(shí)程度及骨料分布的均勻性、氣孔情況、振搗效果。

（6）數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)墻體拆模后，觀察表面密實(shí)無氣泡；鉆芯取樣結(jié)果表明試驗(yàn)墻體重晶石混凝土里實(shí)外光,骨料分布均勻,無分層現(xiàn)象,氣泡小且少,分布均勻,預(yù)留洞口周邊與模板填充密實(shí),鋼筋密集處也無孔洞；抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)表明，28d抗壓強(qiáng)度為52.5MPa,達(dá)到C50強(qiáng)度等級(jí)要求，表觀密度達(dá)3550kg/m3，大于設(shè)計(jì)要求的3500kg/m3，由此表明該配合比完全可用作重晶石混凝土施工配合比。

6 重晶石混凝土施工質(zhì)量控制

6.1生產(chǎn)運(yùn)輸

（1）重晶石混凝土必須由一臺(tái)攪拌機(jī)專門生產(chǎn)，加料順序?yàn)椋捍止橇稀⑸?、重晶石粉、水泥、水、外加劑，每罐僅攪拌1.0m3混凝土，每階段至少安排2輛混凝土運(yùn)輸車；

（2）攪拌站和施工現(xiàn)場(chǎng)必須保持密切聯(lián)系，服從現(xiàn)場(chǎng)指令，應(yīng)盡可能的縮短混凝土從出機(jī)到入模的間隔時(shí)間。根據(jù)攪拌站與現(xiàn)場(chǎng)的距離，通過模擬試驗(yàn)得出兩車最佳時(shí)間間隔。

6.2澆筑和養(yǎng)護(hù)

（1）重混凝土澆筑時(shí)，自由落高應(yīng)控制在1m以內(nèi)，且必須用溜槽或者下料管將混凝土注入模板，避免出現(xiàn)氣泡、離析等現(xiàn)象。分層澆筑厚度不超過250mm，振搗棒插點(diǎn)間距不超過400mm，上層振搗時(shí)振搗棒需插入下層混凝土中50mm，并嚴(yán)格控制混凝土入模及振搗時(shí)間，避免漏振或過振。

（2）重混凝土的養(yǎng)護(hù)可采用帶模養(yǎng)護(hù)加頂部覆蓋的方法，也可在拆模后采用薄膜加土工布或麻袋片養(yǎng)護(hù)的方法，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于7天。

6.3質(zhì)量控制措施

（1）由于重晶石混凝土密度大，澆筑時(shí)側(cè)壓力約為普通混凝土的1.5倍，因此墻體需制訂專門模板加固方案，模板支設(shè)高度限制在2.0m范圍內(nèi)，加固模板的對(duì)拉螺桿需加密，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)振搗時(shí)的模板檢查。

（2）施工縫應(yīng)特殊處理，以達(dá)到隔斷射線的效果。每個(gè)施工縫在墻中間必須做成一個(gè)直角臺(tái)階，臺(tái)階垂直邊必須大于或等于3cm，現(xiàn)場(chǎng)以5～10cm為宜；同時(shí)，對(duì)拉螺桿的中間應(yīng)增焊5cm×5cm止水鋼片，以防止射線從墻體的錐體孔漏出，達(dá)到隔斷射線的效果。

（3）避免出現(xiàn)低比重現(xiàn)象而達(dá)不到對(duì)電離輻射進(jìn)行生物隔離效果。嚴(yán)格按模擬試驗(yàn)驗(yàn)證合格的配合比進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)混凝土拌制，且每澆筑20方需做一次試驗(yàn)，包括：入模溫度試驗(yàn)，塌落度試驗(yàn)，圓柱體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，容重測(cè)量（采用邊長(zhǎng)20厘米的立方體試模測(cè)量），2天后初始混凝土密度大于3.55噸/立方米。

7結(jié)論

（1）采用該配合比的重晶石混凝土，表觀密度可達(dá)3550 kg/ m3 ，滿足設(shè)計(jì)要求，能有效屏蔽X射線和γ射線，表明配合比設(shè)計(jì)是合理的。

（2）通過模擬試驗(yàn)確定了重晶石混凝土的施工工藝和施工質(zhì)量控制措施，有效的指導(dǎo)了后續(xù)重晶石混凝土施工，混凝土施工質(zhì)量效果良好。

（3）重晶石混凝土施工中需重點(diǎn)控制混凝土生產(chǎn)運(yùn)輸、模板支設(shè)、施工縫處理、澆筑過程控制和養(yǎng)護(hù)措施等環(huán)節(jié)，確保重晶石混凝土施工質(zhì)量。

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作者簡(jiǎn)介：何勇志（1983-），男，碩士研究生，工程師，主要從事核島土建施工管理工作。