白云石防輻射混凝土γ 射線輻射性能研究

梁吉哲

（遼寧省環(huán)保集團(tuán)輻潔生態(tài)環(huán)境有限公司，遼寧沈陽 110031）

1 引言

目前放射性射線的廣泛應(yīng)用，給人類帶來巨大利益，同時(shí)也可能產(chǎn)生危及人類生命和財(cái)產(chǎn)安全的放射性事故，會給人類造成永久輻射損傷［1］，帶來了極大的輻射污染。

混凝土作為一種傳統(tǒng)的輻射污染屏蔽材料，適應(yīng)性強(qiáng)、原料易得、成本低廉，受到廣泛的歡迎［2］。我國早期對防輻射混凝土的研究主要是從防輻射混凝土的技術(shù)要求、原材料選擇出發(fā)，研究了配合比設(shè)計(jì)中容易出現(xiàn)的技術(shù)難點(diǎn)［3］。而后防輻射混凝土的研究又集中在利用其他礦石代替重晶石配制的不同強(qiáng)度等級防輻射混凝土［4］，并對各種混凝土的性能進(jìn)行研究。防輻射混凝土的比重較大，配置時(shí)會產(chǎn)生重骨料防輻射混凝土易分層離析的問題，采用表觀密度較大的礦石為粗骨料時(shí)，需研究骨料級配、砂漿富余系數(shù)對其工作性能及抗壓強(qiáng)度的影響，以防止相關(guān)問題的產(chǎn)生［5］。

本研究以鉛鋅原礦石表層廢棄的白云石作為防輻射混凝土的粗骨料，進(jìn)行C35 防輻射混凝土配置，研究其防輻射性能效果。

2 試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)儀器設(shè)備

混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)儀器見表1。

表1 混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)儀器

γ 射線防輻射性能試驗(yàn)儀器見表2。

表2 γ 射線防輻射性能試驗(yàn)儀器

2.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為白云石防輻射混凝土試塊，規(guī)格：150 mm×150 mm×150 mm 及300 mm×300 mm×100 mm；強(qiáng)度等級：C35；表觀密度：2 884 kg/m3。

3 白云石防輻射混凝土性能研究

3.1 試塊制備及養(yǎng)護(hù)

C35 白云石防輻射混凝土試塊規(guī)格為150 mm×150 mm×150 mm 立方體。制備C35 白云石防輻射性能試驗(yàn)試塊規(guī)格為300 mm×300 mm×100 mm。澆筑完24 h 后，拆模并送至標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)相應(yīng)齡期后備用。

3.2 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

3.2.1 試驗(yàn)過程

抗壓強(qiáng)度是混凝土最重要、最基本的力學(xué)性能指標(biāo)，表明混凝土在硬化后受到力的作用下是否滿足強(qiáng)度要求，關(guān)系著工程的安全。本次白云石防輻射混凝土配合比設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C35。

本研究采用壓力試驗(yàn)機(jī)對規(guī)格150 mm×150 mm×150 mm 的立方體試塊進(jìn)行試驗(yàn)，分別測試3，28 d的破壞荷載。當(dāng)白云石防輻射混凝土達(dá)到相應(yīng)齡期后，從標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室取出，擦拭試件表面的水，將立方體試件中心對準(zhǔn)壓力試驗(yàn)機(jī)鋼墊板平面中心，擰下上壓板與試件接觸，開始連續(xù)均勻地加載，直至試件破壞，記錄破壞荷載。

3.2.2 試驗(yàn)結(jié)果

本研究試驗(yàn)控制坍落度為200±20 mm 范圍內(nèi)，以不同水灰比配比混凝土拌合物，制備成150 mm×150 mm×150 mm 防輻射混凝土的立方體試塊，按照標(biāo)準(zhǔn)要求養(yǎng)護(hù)28 d，測其坍落度和強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 白云石防輻射混凝土力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，坍落度在200±20 mm 范圍內(nèi)時(shí)，隨著水灰比的下降，白云石防輻射混凝土的28 d抗壓強(qiáng)度和表觀密度逐漸增加。當(dāng)水灰比為0.46時(shí)，可滿足C30 混凝土強(qiáng)度要求；當(dāng)水灰比為0.44時(shí)，可滿足C35 混凝土強(qiáng)度要求。

4 白云石防輻射混凝土防輻射性能研究

4.1 試驗(yàn)過程

本試驗(yàn)采用鈷60 作為放射源，放射劑量儀UNIDOS/PTW 為檢測設(shè)備，進(jìn)行定量的分析，根據(jù)檢測γ 射線穿透混凝土試塊發(fā)生的劑量變化，計(jì)算混凝土的防輻射性能。

根據(jù)康普頓散射效應(yīng)的衰減效率機(jī)理，當(dāng)放射線穿透物質(zhì)時(shí)，會發(fā)生光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對效應(yīng)3 種效應(yīng)，射線會被物質(zhì)相互作用吸收，導(dǎo)致射線減弱，本研究據(jù)此進(jìn)行防輻射性能試驗(yàn)。

采用C35 的混凝土分為2 組進(jìn)行試驗(yàn)，即普通混凝土試塊和白云石防輻射混凝土試塊，每組含有3塊，試塊規(guī)格為300 mm×300 mm×100 mm，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)28 d 后測試其防輻射能力。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)測得C35 各組混凝土與白云石防輻射混凝土試塊γ 射線劑量的值見表4，本次試驗(yàn)本底值為0.1 mR·min-1，試驗(yàn)結(jié)果均為去除本底值。

表4 試塊γ 射線穿透劑量值mR·min-1

根據(jù)表4 結(jié)果，C35 普通混凝土和白云石防輻射混凝土都具有一定的γ 射線的屏蔽吸收功能，原始空白γ 射線值為2 991.0 mR·min-1，經(jīng)過普通混凝土試塊后被光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對效應(yīng)等相互作用吸收了2 139.5，2 203.2，2 199.7 mR·min-1，平均吸收2 180.8 mR·min-1。經(jīng)過白云石防輻射混凝土試塊后被光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對效應(yīng)等相互作用吸收了2 387.9，2 418.9，2 447.5 mR·min-1，平均吸收了2 418.1 mR·min-1。吸收效果顯示，C35白云石防輻射混凝土是普通混凝土的1.11 倍。

對C35 普通混凝土試塊（簡稱“混均”）和白云石防輻射混凝土試塊（簡稱“防均”）的γ 射線的透射劑量值進(jìn)行對比，結(jié)果見圖1。

圖1 γ 射線透射率

γ 射線穿透C35 普通混凝土透射率在26.34%～28.47%之間，而γ 射線穿透C35 白云石防輻射混凝土的透射率在18.17%～20.16%之間。C35 白云石防輻射混凝土的γ 射線透射率低于普通混凝土，平均低8%。

5 結(jié)論

（1）坍落度在200±20 mm 范圍內(nèi)時(shí)，當(dāng)水灰比為0.46 時(shí)，白云石防輻射混凝土達(dá)到C30 混凝土強(qiáng)度要求；當(dāng)水灰比為0.44 時(shí)，白云石防輻射混凝土達(dá)到C35 混凝土強(qiáng)度要求。

（2）試驗(yàn)結(jié)果表明，C35 的白云石防輻射混凝土對γ 射線防護(hù)效果顯著，防護(hù)效果明顯高于C35 普通混凝土。