CN102617081B - 一种可屏蔽辐射的高流态低收缩c30混凝土 - Google Patents

一种可屏蔽辐射的高流态低收缩c30混凝土 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可屏蔽辐射的高流态低收缩C30混凝土，该混凝土由水泥、矿粉、粉煤灰、砂子、碎石、外加剂和水混合制成，各组分的用量为：组分立方用量kg/m3水泥220～240，矿粉80～125，粉煤灰80～35，细度模数为2.3～2.6的砂子795～820，最大粒径不大于25mm的碎石1000～1025，外加剂3.0～4.0，水150～155，该混凝土的干密度大于2350kg/m3，在用该混凝土浇筑的结构空间的所有运行时间内，混凝土的内部水分含量不少于0.35%，混凝土的扩展度为：550±75mm，所述水泥、矿粉和粉煤灰中钴Co、银Ag和铱Ir的含量分别均小于50ppm，铕Eu、钐Sm、钆Gd、镝Dy和铥Tm的含量分别均小于10ppm。本发明的混凝土可以有效地对医院质子重离子设备所产生的质子流和中子流产生屏蔽，同时还具有高流动性和低收缩率的特点。

Description

一种可屏蔽辐射的高流态低收缩C30混凝土
技术领域
    本发明涉及建筑材料，特别涉及到一种用于屏蔽辐射的、具有高流态低收缩率的C30混凝土。
背景技术
上海质子重离子医院建成后将具有国际最为先进的肿瘤治疗设备专业医院。由于设备复杂、防辐射屏蔽等级要求极高，为了控制混凝土屏蔽墙感生放射性的量，对用于本项目辐射屏蔽目的的混凝土各原材料、裂缝控制等提出了一系列极高要求。
医院中的质子重离子放疗区（以下简称PT区）由离子源房间、直线加速器、射频间、同步加速器、高能束流传输系统上、下段、四个治疗房及配套的设备机房、辅助用房组成。PT区由于设备复杂、防辐射屏蔽等级要求极高，从而结构构造复杂，整个结构设计的屏蔽墙厚度从1500mm~3750mm不等，楼板厚度从1200mm~2500mm不等，配筋量高。同时由于SH-PT治疗装置是一高能粒子加速器装置，在操作时设备发出质子射线和中子射线来实施肿瘤治疗工作，但装置的运行会对辐射屏蔽墙造成轻微的活化而产生感生放射性，从辐射安全角度看，需要将因活化而产生感生放射性对工作人员的辐射照射降低到可合理达到的尽可能低的水平。因活化而产生的感生放射性的量的多少是与被活化介质（这里即指混凝土屏蔽墙）的材料和化学组分有关的。为了控制混凝土屏蔽墙感生放射性的量，需要对辐射屏蔽混凝土的各种原材料、裂缝控制等提出一系列极高要求。
一般情况下，防射线混凝土即指防护来自室内各种同位素、加速器或反应堆等原子能装置的原子核辐射的特种混凝土，也是一种能够有效防护对人体有害射线辐射的新型混凝土。重晶石混凝土是一种常见类型的防射线混凝土。但重晶石混凝土与普通混凝土最大的区别就是两者使用的骨料不同，重晶石混凝土使用的骨料是密度较大且能强有力的抗                                                
Figure 201210097270X100002DEST_PATH_IMAGE001
射线的重晶石，而胶凝材料与其他混凝土类似。但是若以重晶石混凝土来应用在质子重离子医院的建设中就难以有效地屏蔽质子射线和中子射线，并且重晶石混凝土还存在匀质性较差的问题，难以在施工中保证其流动性和收缩率。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的上述不足，提供一种可屏蔽辐射的高流态低收缩C30混凝土。本发明的混凝土要求其除具有屏蔽各种射线以外，还要能够具有良好的流态以便于泵送，同时还得具有低收缩性以使得裂缝大小处于可控范围。
为了达到上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：
一种可屏蔽辐射的高流态低收缩C30混凝土，其特征在于，该混凝土由水泥、矿粉、粉煤灰、砂子、碎石、外加剂和水混合制成，各组分的用量为： 
    组分                             立方用量kg/m3
水泥                               220～240
矿粉                               80～125
粉煤灰                             80～35
细度模数为2.3～2.6的砂子          795～820
最大粒径不大于25mm的碎石          1000～1025
外加剂                             3.0～4.0
水                                 150～155  
该混凝土的干密度大于2350kg/m3，在用该混凝土浇筑的结构空间的所有运行时间内，混凝土的内部水分含量不少于0.35%，混凝土的扩展度为：550±75mm，所述水泥中钴Co、银Ag和铱Ir的含量均小于50ppm，铕Eu、钐Sm、钆Gd、镝Dy和铥Tm的含量均小于10ppm，所述矿粉中钴Co、银Ag和铱Ir的含量均小于50ppm，铕Eu、钐Sm、钆Gd、镝Dy和铥Tm的含量均小于10ppm，所述粉煤灰中钴Co、银Ag和铱Ir的含量均小于50ppm，铕Eu、钐Sm、钆Gd、镝Dy和铥Tm的含量均小于10ppm。
在本发明可屏蔽辐射的高流态低收缩C30混凝土中，所述的外加剂为改性的RP325聚羧酸系减水剂，聚羧酸系减水剂内添加有粘度调节剂。
在本发明可屏蔽辐射的高流态低收缩C30混凝土中，所述粘度调节剂在外加剂中掺量的质量百分比为0.05%～0.1%。
基于上述技术方案，本发明的屏蔽辐射混凝土与现有技术相比具有如下技术优点：
1.本发明可屏蔽辐射的高流态低收缩C30混凝土可以较好的屏蔽质子射线和中子射线（这是当前的质子刀设备所需混凝土具备屏蔽质子射线和中子射线的能力），而重晶石混凝土只能屏蔽
Figure 422375DEST_PATH_IMAGE001
射线和中子射线，而不能屏蔽质子射线，普通混凝土则上述所有射线都不能屏蔽，因此不能采用重晶石混凝土和普通混凝土。
2.配制C30混凝土高流态，由于结构体钢筋比较密集布置，且混凝土要有良好的工作性，同时又要保持整个混凝土结构体的匀质性，才能保证较好的屏蔽质子刀设备所产生的质子和中子射线。
3.配制的C30混凝土具有低收缩特点，常规的C30混凝土360d收缩在600×10-6，而本发明配制的C30混凝土的360d收缩不大于420×10-6，这样混凝土的收缩比常规的同强度等级的混凝土减少了30%，使整个混凝土结构大幅度地减少开裂风险，这样才能更好的起到屏蔽射线的作用。
具体实施方式
下面我们结合具体的实施例来对本发明的可屏蔽辐射的高流态低收缩C30混凝土做进一步的详细阐述，以求更为清楚明了地理解其组成和作用，但不能以此来限制本发明的保护范围。
作为一种混凝土，本发明的可屏蔽辐射的高流态低收缩C30混凝土也是由水泥、矿粉、粉煤灰、砂子、碎石、外加剂和水混合制成的。
上述混凝土中各组分的用量标准为： 
    组分                             立方用量kg/m3
水泥                               220～240
矿粉                               80～125
粉煤灰                             80～35
细度模数为2.3～2.6的砂子          795～820
最大粒径不大于25mm的碎石          1000～1025
外加剂                             3.0～4.0
水                                 150～155  
该混凝土的干密度大于2350kg/m3，在用该混凝土浇筑的结构空间的所有运行时间内，混凝土的内部水分含量不少于0.35%，混凝土的扩展度为：550±75mm，所述水泥中钴Co、银Ag和铱Ir的含量均小于50ppm，铕Eu、钐Sm、钆Gd、镝Dy和铥Tm的含量均小于10ppm，所述矿粉中钴Co、银Ag和铱Ir的含量均小于50ppm，铕Eu、钐Sm、钆Gd、镝Dy和铥Tm的含量均小于10ppm，所述粉煤灰中中钴Co、银Ag和铱Ir的含量均小于50ppm，铕Eu、钐Sm、钆Gd、镝Dy和铥Tm的含量均小于10ppm。
为了达到本发明混凝土的防辐射特点：其一，混凝土所选原材料的8种微量元素含量不能超过规定的限值，即所述水泥中钴Co、银Ag和铱Ir的含量均小于50ppm，铕Eu、钐Sm、钆Gd、镝Dy和铥Tm的含量均小于10ppm，所述矿粉中钴Co、银Ag和铱Ir的含量均小于50ppm，铕Eu、钐Sm、钆Gd、镝Dy和铥Tm的含量均小于10ppm，所述粉煤灰中钴Co、银Ag和铱Ir的含量均小于50ppm，铕Eu、钐Sm、钆Gd、镝Dy和铥Tm的含量均小于10ppm。根据实验检测结果，用该混凝土浇筑的结构体系封闭空间内具有质子刀治疗癌症的辐射设备会产生大量的质子流，并会混凝土结构碰撞，如果上述这8个元素的含量超过规定的比例时，则放置这台质子刀的医疗设备室就会在短时间内积聚大量的射线，而这些射线会对人和设备产生严重的负面影响，因此，在对原材料选材时需要对这方面的 微量元素进行严格测试和控制。其二，C30混凝土的干密度不得小于2350kg/m3。其三，通过整个配合比的设计，用该混凝土浇筑的结构空间在所有运行时间内，该混凝土的内部水分含量不少于0.35%以上，且长期稳定。
为了达到本发明混凝土的防辐射特点：该混凝土的工作性控制指标为扩展度：550±75mm；主要体现的技术是聚羧酸外加剂，但由于常规的聚羧酸外加剂减水率太高，不利于配制本发明混凝土，特别是包裹性非常好的高流态C30混凝土，因此在配制高流态C30混凝土时，还是在原有聚羧酸外加剂上进行增加粘度调节剂进行改性，以便在C30混凝土达到高流态的情况下，还是保持良好的包裹性和匀质性。
为了达到本发明混凝土的低收缩的特点：主要从混凝土整体去设计，主要体现方式为两方面，其一，大幅度的控制降低混凝土单位用水量，如150~155之间，一般情况下，按照常规混凝土配合比，对应的混凝土单位用水量在185左右，通过聚羧酸外加剂技术，可以有效的降低单位用水量，用水量越大对应的混凝土的收缩会增大；其二，通过控制掺合料掺量和水泥用量，以及胶凝材料总量等措施，减少混凝土因胶凝材料总量多和水化热高而产生较大的水化热，进而产生更大的温度收缩。
为了本发明的混凝土确保达对PT区屏蔽用混凝土的相关要求，对使用在本区域的混凝土进行了模拟试验，构件体选择4m×4m(本工程最厚屏蔽体板墙的厚度为3750)，高度选择4m(与实际体相当，测试构件模拟真实构件的断面及配筋要求)。并在试验过程中对以下方面进行了相关测试：
一、原材料在混凝土中的质量百分比汇总表：
混凝土 水泥 矿粉 粉煤灰 胶凝材料总量
占混凝土比例 9.2% 5.2% 1.5% 15.9%
二、混凝土微量元素的总含量分析结果：
分析组份 计算结果（ppm） 要求的上限计算值（ppm）
Ag < 6.0 < 31.3
Co < 9.4 < 31.3
Dy 5.4 < 6.3
Eu < 2.0 < 6.3
Gd 6.1 < 6.3
Ir < 2.0 < 31.3
Sm < 2.0 < 6.3
Tm < 2.0 < 6.3
三、辐射屏蔽用混凝土的标养和同条件养护试块密度：
Figure 201210097270X100002DEST_PATH_IMAGE002
四、长期含水率的测试。在一定的自然养护条件下，测试混凝土的试件重量的变化，前期按间隔一个星期测试二次和后期按间隔一个星期一次的频率进行测试，进而推算混凝土水分含量的变化，并且记录测试时的温湿度。为了测试长期水分含量，一组放在烘箱中烘24小时后放在自然养护条件下养护、测试，还有一组直接放置在自然养护条件下养护、测试。从实验数据来看，在自然养护条件下养护的试件，经过250天后，试件质量比初始的质量减少了14.5g，减少了0.8%，对应的容重由2371kg/m3降小到2352kg/m3。且后期水分变化处于稳定期，波动极小，故在今后的运行环境下，辐射屏蔽用混凝土的容重总是处于2350kg/m3以上，并且内部含有稳定的水分含量。
为了确保混凝土保护层厚度，使具足够的刚度、强度和稳定性。混凝土从搅拌到入模的控制时间为60 min，入模温度控制≤30℃。尽早保温、保湿，现场防风及避免太阳直射，使养护时间充分；聚羧酸系混凝土避免多振，减少泌水，防止粗骨料分布特别不均匀。当混凝土浇捣完毕后的最初3d内，混凝土处于升温施，以减少混凝土表面热量的扩散，防止表面裂缝产生，严格控制混凝土的内外温差，确保混凝土的质量，施工中采用了印尼优质涂塑模板，具有较高的强度和保温性能，同时，在混凝土浇捣完毕后马上整个墙体和楼板采用双层薄膜覆盖保温保湿养护；严格控制模板拆除时间，至少保留10天以上，拆模后仍覆盖一层薄膜塑料，保持至下道工序施工为止。
本发明的混凝土干密度要不小于2350kg/m3，且混凝土的匀质性要好混凝土的28天强度都有很好保证，同时360天混凝土收缩不大于420×10-6，混凝土的长期（360天）自由水分含量不少于0.3%，混凝土中微量元素钴Co、银Ag、铱Ir等含量分别要小于50ppm，铕Eu、钐Sm、钆Gd、镝Dy、铥Tm等含量分别要小于10ppm，既具备屏蔽辐射能力，又能满足现在预拌混凝土的生产工艺及长时间运输，满足高流态的泵送等工作性要求。

Claims (2)

1.一种可屏蔽辐射的高流态低收缩C30混凝土，其特征在于，该混凝土由水泥、矿粉、粉煤灰、砂子、石子、外加剂和水混合制成，各组分的用量为： 
组分                                        立方用量kg/m3
水泥                                           220～240
矿粉                                           80～125
粉煤灰                                        80～35
细度模数为2.3～2.6的砂子            795～820
最大粒径不大于25mm的碎石          1000～1025
外加剂                                        3.0～4.0
水                                              150～155  
所述的外加剂为改性的RP325聚羧酸系减水剂，聚羧酸系减水剂内添加有粘度调节剂；
该混凝土的干密度大于2350kg/m3，在用该混凝土浇筑的结构空间的所有运行时间内，混凝土的内部水分含量不少于0.35%，混凝土的扩展度为：550+/-75mm，所述水泥、矿粉和粉煤灰中钴Co、银Ag和铱Ir的含量分别均小于50ppm，铕Eu、钐Sm、钆Gd、镝Dy和铥Tm的含量分别均小于10ppm。
2.根据权利要求1所述的一种可屏蔽辐射的高流态低收缩C30混凝土，其特征在于，粘度调节剂在外加剂中掺量的质量百分比为0.05%～0.1%。
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