JP2017090329A - 放射線遮蔽用コンクリートとその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、放射線遮蔽用コンクリートに関し、従来の放射線遮蔽用コンクリートでは、骨材の分布が不均一で、フレッシュコンクリートの流動性が悪く、強度の向上に課題があるので、それを解決することである。【解決手段】コンクリートの組成が、少なくともセメントと水と骨材の金属材とでなり、その重量比が、セメント ：１、水 ：０．１５〜０．２５、骨材の金属材：５〜１０、である放射線遮蔽用コンクリート１とするものである。【選択図】図１
Description
本発明は、主に放射線（γ線やＸ線など）を遮蔽するために用いられる重量コンクリートである、放射線遮蔽用コンクリートと、その製造方法に関するものである。
従来、原発事故などで飛散した放射性物質により汚染された土砂の処理のために、汚染土砂を格納するコンクリート製の放射線遮蔽容器が開発され、その放射線遮蔽用のコンクリートとして、遮蔽体の密度が高いほど、放射線に対して高い遮蔽性能を有することが知られているので、重量骨材を用いた重量コンクリート（密度が３．５ｇ／ｃｍ３＝比重が３．５以上とする）が数多く提案され、知られている（特許文献１参照）。
しかし、従来の放射線遮蔽用コンクリートにおける重量コンクリートは、例えば、比重の大きな骨材を使用するので、混練時において材料の分離、偏った沈降状態が生じて、骨材が不均一に分布して強度不足となるとともに放射線遮蔽も不均一になる。また、水を減らして水セメント比（Ｗ／Ｃ）を低減させ強度の向上を図ると、混練時の練り性が悪くなって多くのエネルギーが必要であり、練り装置の負担が大となって短命となり、更に、スランプ量が少なくワーカビリティに乏しいので、コンクリートポンプ車による圧送・打設が困難となる。また、骨材とセメント、水を同時に混練できるだけの大型専用混練装置が必要である。
原発事故などにおける放射線核種としては、１３１Ｉ、１３４Ｃｓ、１３７Ｃｓなどがあるが、１３１Ｉの半減期は約8日と短いが、１３４Ｃｓの半減期は約２年、１３７Ｃｓの半減期は約３０年と長い。このため放射性セシウム（１３４Ｃｓ、１３７Ｃｓ）に対する放射線を長期間遮蔽するには、可能な限り高密度のコンクリート遮蔽体を作る必要がある。例えば、γ線のセシウム１３７（１３７Ｃｓ）に対して透過率１５％（遮蔽率８５％）にするには、図３−Ａ，図３−Ｂに示すように、普通コンクリート（比重が２〜２．５程度）では、２３ｃｍもの厚さが必要となる。これでは、放射線遮蔽容器を製造するにしても、容器全体の体積・重量も過大になってしまう。
そこで、放射線遮蔽効果を高めるために、本願では、水セメント比を少なくしながらもコンクリート圧送に関して、フレッシュコンクリートの流動性を問題とすることなく、且つ、比重の重い骨材を均一に埋設させることで、高密度の重量コンクリートを形成して、コンクリート成形体の厚さを極力薄くしつつも放射線遮蔽能力を高めることとした。本発明に係る放射線遮蔽用コンクリートとその製造方法は、このような課題を解決するために提案されたものである。
本発明に係る放射線遮蔽用コンクリートの上記課題を解決して目的を達成するための要旨は、コンクリートの組成が、少なくともセメントと水と骨材の金属材とでなり、その重量比が、
セメント ：１、
水 ：０．１５〜０．２５、
骨材の金属材：５〜１０、
であることである。
セメント ：１、
水 ：０．１５〜０．２５、
骨材の金属材：５〜１０、
であることである。
前記骨材は、直径が１ｍｍ以上の金属球、円柱のカットワイヤー、円柱の金属材、角柱の金属材の内のいずれか一つ、若しくは、いずれか二つ以上の組み合わせであることである。
本発明に係る放射線遮蔽用コンクリートの製造方法の、上記課題を解決して目的を達成するための要旨は、型枠を形成し、前記型枠内にセメントと水とを少なくとも投入して攪拌し、その後、前記型枠内のセメントペーストに対して均一に分布して埋設されるように骨材を投入し、養生して所要の強度を発現させて形成することである。
前記骨材として、直径が１ｍｍ以上の金属球、円柱のカットワイヤー、円柱の金属材、角柱の金属材の内のいずれか一つ、若しくは、いずれか二つ以上の組み合わせを、所要数量／時間（秒）で、且つ、均一に分布して埋設されるように、所要高さから落下させながら水平移動して型枠内のセメントペーストに投入することである。
前記コンクリートの組成が、少なくともセメントと水と骨材の金属材とでなり、
その重量比が、
セメント ：１、
水 ：０．１５〜０．２５、
骨材の金属材：５〜１０、
であることを含むものである。
その重量比が、
セメント ：１、
水 ：０．１５〜０．２５、
骨材の金属材：５〜１０、
であることを含むものである。
本発明に係る放射線遮蔽用コンクリートとその製造方法によれば、フレッシュコンクリートの流動性がないものの、骨材が高密度にかつ均一に分布して埋設された状態で形成される。
また、骨材の金属材が高密度に均一に埋設されるので、重量コンクリートの比重が５．０〜５．２となり、且つ、強度も高くなって、コンクリート成形体として薄い板で、放射線（主にγ線）を有効に遮蔽することができる、という優れた効果を奏するものである。
本発明に係る放射線遮蔽用コンクリート１は、セメントペーストに金属製の骨材を均一に埋設させて重量コンクリートとにしたものである。また、放射線遮蔽用コンクリートの製造方法では、型枠の中にセメントペーストを先に投入し、その後に、金属製の骨材を投入するものである。
本発明に係る放射線遮蔽用コンクリート１は、重量コンクリートにするために、コンクリートの組成が、少なくともセメントと水と骨材の金属材とでなり、その重量比が、セメント：１、水：０．１５〜０．２５、骨材の金属材：５〜１０、であって、そのほか、セメントペーストの流動性を高めて攪拌し易くするために、高性能減水剤を０．００１〜０．０１加えたものである。
前記セメントは、例えば、シリカヒュームセメント、フライアッシュセメント、そのほか、粒子径が約１０μｍのセメントに、粒径が１μｍ以下のシリカヒューム、フライアッシュや炭酸カルシウム超微粉末を５〜２０％程度と、高性能減水剤とを加えたもの等である。このように、高流度のセメントを使用する。
放射線遮蔽容器の厚さ４５ｍｍを作成した。前記骨材は、直径が１ｍｍ以上の金属球を使用した。金属球が３ｍｍ以上になると球の配列がまばらとなり、出来上がるコンクリートの比重が小さくなる傾向が見られ、直径が１〜２ｍｍ程度が好ましかった。放射線遮蔽容器の厚さが１００ｍｍ程度になると、金属球の直径が１〜６ｍｍ程度が好ましい。その一方、前記直径が１ｍｍ未満になると、金属球が沈降しないばかりか、空気を抱え込むため好ましくない。
前記金属球以外にも、金属線材（線径が０．３ｍｍ以上、長さが１ｍｍ以上）を裁断した円柱のカットワイヤー、円柱の金属材、角柱の金属材などが使用できる。これらは、例えば、ショットブラスト加工用の鋼球、パチンコ球、ボールベアリング球、ネジ、ワッシャー、ナット等、鉄くずをスラッシャーで粉砕したもの（長さが１ｍｍ以上）、等である。また、その材質は、鉄、鋼、タングステン、鉛、などである。
なお、前記減水剤の他に、セメントペーストに適宜量（セメントに対して１％以下）の増粘材を加えるのも、好ましいものである。これは、セメントミルクに骨材の金属材（鋼球など）を落下させたときに、この骨材の落下と共に、セメントの粒径の大きい粒子が沈み込むので、前記増粘材で、且つ材を沈下させ、且つ、粒径の大きいセメント粒子を沈下させないようにするものである。
この様にして構成される放射線遮蔽用コンクリート１は、γ線の遮蔽率（８５％）を得るのに必要なコンクリート厚さを、普通コンクリート（ポルトランドセメント）と比較すると、図２に示すように、普通コンクリートでは２３０ｍｍの厚さが必要であるが、本発明に係る放射線遮蔽用コンクリート１では８０ｍｍとなる。
これにより、放射線遮蔽用コンクリート１を使用して放射線遮蔽容器を製造すれば、大幅な省スペースが可能となり、容器重量の低減となるのである。水セメント比が０．２５より多い場合は、金属球やセメントが沈降するため上部は水が多くなり、セメントの凝結が十分に進まず、強度の低い低品質な硬化体荷になる。水セメント比が０．１５より少ない場合はセメントペーストの粘度が高くなりすぎるため、金属球の沈降速度が遅くなり、十分に沈降する前にセメントが固まるため、均一で比重の高いコンクリートは得られない。
減水剤が０．００２以下の場合は、水にシリカヒュームセメントを攪拌した流動性のないセメントペーストになり、金属球（粒径２ｍｍ）は空気と共に沈降するため、比重の高いコンクリートは得られなかった。減水剤を０．００５以上入れるとセメントペーストの流動性は保っているものの粘度が高く、金属球（粒径２ｍｍ）が十分に沈降する前にセメントが凝固を始めるために、比重が低く不均一な骨材（金属球）分布のものしか得られなかった。
本発明に係る放射線遮蔽用コンクリート１の製造方法は、図１（Ａ）に示すように、例えば、放射線遮蔽用容器の型枠２，３を形成し、前記型枠２，３の間の空隙４に内に、セメントと水と減水剤とを投入して攪拌する。一例として、セメント（シリカヒュームセメント、１０ｋｇ、宇部三菱セメント）、水を２ｋｇ、減水剤（マスターグレニウムＳＰ８ＨＵ、ＢＡＳＦ社製）を０．１ｋｇの配合にして、攪拌してセメントペースト１ｂとする。
その後、前記型枠２，３との空隙４内に、セメントペースト１ｂに対して均一に分布して埋設されるように骨材１ａを投入する。この骨材１ａは、直径が１ｍｍ以上の金属球、円柱のカットワイヤー、円柱の金属材、角柱の金属材の内のいずれか一つ、若しくは、いずれか二つ以上の組み合わせである。最も好ましい骨材として、ブラスト鋼球（ストロングショットＮＢ２４０、ニッチュウ）を使用して、７０ｋｇ投入する。
前記骨材１ａを、重量比でセメント「１」に対して「５〜１０」も投入するには、所要数量／時間（秒）で、且つ、均一に分布して埋設されるように、所要高さから落下させながら水平移動して、セメントペースト１ｂに投入する。前記骨材１ａは、重量比で「７」程度で投入するのが好ましいが、重量比で「５〜１０」にしたのは、金属球の形状や比重により、金属球の重量が変化するからである。具体的には、鋼球の骨材１ａを収納したホッパーを、そのホッパーの投入口から鋼球を所望の幅で１列にして、毎秒１列から３列程度で投入するように、型枠２，３の空隙４に沿って移動する。この移動速度は、例えば、０．１〜１ｍ／秒程度にする。打設開始時の移動速度は速くても良いが、打設終了時は上部に残るセメントペースト量が少なくなるため、ゆっくりと投入する。
前記鋼球である骨材１ａが、セメントペースト１ｂに落下して沈み込み、だんだんとセメントペースト１ｂ内に下から上へと堆積して、全体に均一にして緻密に埋設されるものである。このように、本発明に係る放射線遮蔽用コンクリート１の製造法は、型枠に予めセメントペーストを投入しておいて、そこに、骨材を投入する製造方法である。これは、既に知られているプレパックド工法（骨材を先に型枠に投入して、後で、セメントペーストを投入する）とは逆の作業手順であり、この出願において逆プレパックド工法と称するものである。前記骨材投入時に加振機による振動を加えることは、金属球の体積速度を速めるとともに、緻密に堆積するのに良い効果をもたらす。
こうして、図１（Ｂ），（Ｃ）に示すように、コンクリートの組成が、少なくともセメントと水と骨材の金属材とでなり、その重量比が、セメント：１、水：０．１５〜０．２５、骨材の金属材：５〜１０、である。これを所要期間養生して、所要の強度を発現させる。例えば、コンクリート強度が１００ＭＰａ（／ｍｍ２）、曲げ強度が７ＭＰａ（／ｍｍ２）、比重が５．５となるのである。このようにして得られた重量コンクリートに限界以上の荷重を加えると、爆裂的に破壊する。これを防止するためには、セメントペーストに繊維を入れると良い。
本発明に係る放射線遮蔽用コンクリートとその製造方法は、その比重の大なることから、放射線の遮蔽に適しているがこれに限らず、医療用機器に用いるＸ線遮蔽や他の力学的構造体、音響対策構造体としてなど、広くコンクリート構造体として適用できるものである。
１ 放射線遮蔽用コンクリート、 １ａ 骨材、
１ｂ セメントペースト、
２ 型枠（外側）、
３ 型枠（内側、
４ 空隙、
５ 汚染土砂収納空間。
１ｂ セメントペースト、
２ 型枠（外側）、
３ 型枠（内側、
４ 空隙、
５ 汚染土砂収納空間。
Claims (5)
- コンクリートの組成が、少なくともセメントと水と骨材の金属材とでなり、その重量比が、
セメント ：１、
水 ：０．１５〜０．２５、
骨材の金属材：５〜１０、
であること、
を特徴とする放射線遮蔽用コンクリート。 - 骨材は、直径が１ｍｍ以上の金属球、円柱のカットワイヤー、円柱の金属材、角柱の金属材の内のいずれか一つ、若しくは、いずれか二つ以上の組み合わせであること、
を特徴とする請求項１に記載の放射線遮蔽用コンクリート。 - 型枠を形成し、
前記型枠内にセメントと水とを少なくとも投入して攪拌し、
その後、前記型枠内のセメントペーストに対して均一に分布して埋設されるように骨材を投入し、
養生して所要の強度を発現させて形成すること、
を特徴とする放射線遮蔽用コンクリートの製造方法。 - 骨材として、直径が１ｍｍ以上の金属球、円柱のカットワイヤー、円柱の金属材、角柱の金属材の内のいずれか一つ、若しくは、いずれか二つ以上の組み合わせを、所要数量／時間（秒）で、且つ、均一に分布して埋設されるように、所要高さから落下させながら水平移動して型枠内のセメントペーストに投入すること、
を特徴とする請求項３に記載の放射線遮蔽用コンクリートの製造方法。 - コンクリートの組成が、少なくともセメントと水と骨材の金属材とでなり、
その重量比が、
セメント ：１、
水 ：０．１５〜０．２５、
骨材の金属材：５〜１０、
であること、
を特徴とする請求項３または４に記載の放射線遮蔽用コンクリートの製造方法。
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