某核电站重晶石防辐射混凝土施工技术

摘要：广东省台山市某核电站核岛厂房采用了重晶石混凝土以屏蔽X射线和γ射线，本文对重晶石混凝土配合比进行设计,通过模拟试验验证重晶石混凝土的符合性，确定了重晶石混凝土施工工艺和施工质量控制措施，为重晶石混凝土的现场施工提供了指导和依据，现场实际施工质量良好。

关键词：核电站；重晶石；防辐射混凝土；模拟试验；施工质量措施；

中图分类号：TV523文献标识码： A

1引言

核电站核反应堆和放射性废水废物会产生影响人体健康的X射线和γ射线等,对X射线和γ射线而言,物质密度越大防护性能越好,采用高密度混凝土可达到屏蔽要求，重晶石混凝土就是其中一种能有效屏蔽X射线和γ射线的高密度混凝土，其密度一般为3500kg/m3。重晶石混凝土的粗细骨料为重晶石，重晶石化学成分为BaSO4，是一种难溶于水和酸、无毒、无磁性, 能有效吸收屏蔽X射线和γ射线的矿石。

2工程概况

广东省台山市某核电站采用第三代欧洲先进压水堆技术EPR，其单机发电功率为1750MWe，是目前世界上单机功率最大的单堆核电机组。EPR核电站采用了堆芯熔融物捕集器、专设安全系统4系列相互独立实体隔离、防飞机撞击等先进技术，具有更高的安全性和可靠性。该核电站核岛厂房的墙体和板大量采用了重晶石防辐射混凝土，其主要作用是对核电站运行期间厂房内产生的X射线和γ射线进行屏蔽。重晶石混凝土主要分布于HRA反应堆厂房、HK燃料厂房、HNX/HQA核辅助厂房和HQB废物处理厂房等核岛厂房中放射性较强房间的墙体和楼板，其中：HRA厂房总方量150.32 m3、HK厂房总方量86.94m3、HNX/HQA厂房总方量112.74m3、HQB厂房总方量5.45m3，共计355.45 m3。

3施工工艺流程

重晶石混凝土施工与普通混凝土相比存在施工缝处理难、浇注控制难、模板支设要求高等特点，在施工工艺上需仔细考虑，确保重晶石混凝土一次施工成功。重晶石混凝土配合比需经过反复的配合比试验来确定，并通过模拟试验进行验证，最后再进行重晶石混凝土的现场施工，其施工工艺流程如下图1所示。

图 1重晶石混凝土施工工艺流程图

4配合比设计

根据CPR核电站防辐射混凝土施工经验反馈，通过假设干密度法计算出配合比,确定外加剂掺量和水灰比，并测出混凝土的表观密度,再通过绝对体积法进行计算修正,并经过实验室的反复试配，最终确定了用于该核电站1#核岛重晶石混凝土配合比（见下表1），其中水泥采用珠江P・Ⅱ42.5，重晶石粉、砂和碎石均采用广西融水，外加剂采用广州ADVA161C。

表1重晶石混凝土配合比

强度等级 坍落度（mm） 配合比（Kg/m3）

水 水泥 重晶粉 重晶石砂 重晶石碎石 外加剂

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模拟试验

模拟试验目的是为了验证重晶石混凝土的生产、运输、浇筑、模板加固及养护等工艺是否满足设计要求，同时收集重晶石混凝土施工参数，如产出量、振捣时间、初凝时间、终凝时间、坍落度、运输时间、浇筑方法、养护方法等。通过对模拟试验的数据分析，验证重晶石混凝土的符合性（如强度、密度、流动性、表观密实性和均匀性等），培训重混凝土施工的管理人员和施工人员。为后续重晶石混凝土墙体和板施工提供指导和依据。

（1）试验墙体

试验墙体长1.5m、宽0.6m、高2m，墙体中间开方孔20cm×20cm，并按照现场墙体要求配筋，完全模拟现场实际情况。

（2）重晶石混凝土浇筑

汽车吊在试验前到达试验场地待用，混凝土由运输车放入吊斗，由汽车吊吊至混凝土溜槽上方后，降低到溜槽上沿，开启吊斗侧面开口，混凝土由溜槽下滑至模板中，混凝土下落高度应小于1米。混凝土浇筑分层厚度不超过250mm，并进行48小时密度校核实验。

（3）重晶石混凝土振捣

采用Φ60频率为12000转/分钟的振捣棒进行振捣，同时在靠近模板处用Φ30振捣棒进行补充振捣，但振捣棒不得碰到模板，以保证混凝土墙面光滑。振捣上层混凝土时，振捣棒插入下层混凝土中不少于50 mm，间距不超过40 mm。振捣时应注意快插慢拔，使上下混凝土振动均匀，混凝土中的气泡充分上浮消散，一般振捣时间在10~15秒左右，当混凝土表面出现浮浆时立即停止振捣，防止过振引起重混凝土离析。

（4）重晶石混凝土养护

墙体浇筑结束18小时后拆除侧模板，在其上部先铺双层塑料薄膜，塑料薄膜上再覆盖麻袋片进行保温保湿养护，养护时间7天。

（5）钻芯取样

拆除模板后，现场观察墙体表面及洞口混凝土密实情况，检查有无蜂窝麻面等表观缺陷。用钻孔取芯的办法，进一步检查墙体内洞口及整个断面混凝土的密实程度及骨料分布的均匀性、气孔情况、振捣效果。

（6）数据分析

试验墙体拆模后，观察表面密实无气泡；钻芯取样结果表明试验墙体重晶石混凝土里实外光,骨料分布均匀,无分层现象,气泡小且少,分布均匀,预留洞口周边与模板填充密实,钢筋密集处也无孔洞；抗压强度试验表明，28d抗压强度为52.5MPa,达到C50强度等级要求，表观密度达3550kg/m3，大于设计要求的3500kg/m3，由此表明该配合比完全可用作重晶石混凝土施工配合比。

6 重晶石混凝土施工质量控制

6.1生产运输

（1）重晶石混凝土必须由一台搅拌机专门生产，加料顺序为：粗骨料、砂、重晶石粉、水泥、水、外加剂，每罐仅搅拌1.0m3混凝土，每阶段至少安排2辆混凝土运输车；

（2）搅拌站和施工现场必须保持密切联系，服从现场指令，应尽可能的缩短混凝土从出机到入模的间隔时间。根据搅拌站与现场的距离，通过模拟试验得出两车最佳时间间隔。

6.2浇筑和养护

（1）重混凝土浇筑时，自由落高应控制在1m以内，且必须用溜槽或者下料管将混凝土注入模板，避免出现气泡、离析等现象。分层浇筑厚度不超过250mm，振捣棒插点间距不超过400mm，上层振捣时振捣棒需插入下层混凝土中50mm，并严格控制混凝土入模及振捣时间，避免漏振或过振。

（2）重混凝土的养护可采用带模养护加顶部覆盖的方法，也可在拆模后采用薄膜加土工布或麻袋片养护的方法，现场实际养护时间不得少于7天。

6.3质量控制措施

（1）由于重晶石混凝土密度大，浇筑时侧压力约为普通混凝土的1.5倍，因此墙体需制订专门模板加固方案，模板支设高度限制在2.0m范围内，加固模板的对拉螺杆需加密，同时应加强振捣时的模板检查。

（2）施工缝应特殊处理，以达到隔断射线的效果。每个施工缝在墙中间必须做成一个直角台阶，台阶垂直边必须大于或等于3cm，现场以5～10cm为宜；同时，对拉螺杆的中间应增焊5cm×5cm止水钢片，以防止射线从墙体的锥体孔漏出，达到隔断射线的效果。

（3）避免出现低比重现象而达不到对电离辐射进行生物隔离效果。严格按模拟试验验证合格的配合比进行现场混凝土拌制，且每浇筑20方需做一次试验，包括：入模温度试验，塌落度试验，圆柱体抗压强度试验，容重测量（采用边长20厘米的立方体试模测量），2天后初始混凝土密度大于3.55吨/立方米。

7结论

（1）采用该配合比的重晶石混凝土，表观密度可达3550 kg/ m3 ，满足设计要求，能有效屏蔽X射线和γ射线，表明配合比设计是合理的。

（2）通过模拟试验确定了重晶石混凝土的施工工艺和施工质量控制措施，有效的指导了后续重晶石混凝土施工，混凝土施工质量效果良好。

（3）重晶石混凝土施工中需重点控制混凝土生产运输、模板支设、施工缝处理、浇筑过程控制和养护措施等环节，确保重晶石混凝土施工质量。

参考文献：

[1] 吴文贵，顾晴霞，王军，等．重晶石混凝土及质量控制．混凝土，2006，201（7）: 36-38

[2] 徐鹏雄．防辐射重晶石大体积砼的施工．西部探矿工程，2006，118（2） : 192-193

[3] 佘子盈．重晶石防辐射混凝土设计及性能研究．混凝土，2013，279（1）: 156-158

作者简介：何勇志（1983-），男，硕士研究生，工程师，主要从事核岛土建施工管理工作。