BRIF加速器厂房大体积重混凝土施工工艺研究

[摘要]串列加速器升级工程加速器厂房因辐射防护要求设计采用了大体积重混凝土，大体积重混凝土施工难度大，技术要求高，因此结合串列加速器升级工程现场施工的实际情况，对大体积重混凝土的施工工艺进行了研究，针对大体积重混凝土的特点提出了原材料的选择、配合比设计、试验、搅拌、浇筑、养护和检验等方面的施工方案及应注意的问题。可为类似工程提供借鉴或参考。

[关键词]加速器 重混凝土 施工

[中图分类号] TU74 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-2-296-1

串列加速器升级工程（Beijing Radioactive Ion-Beam Facility，BRIF）是中国原子能科学研究院在建的大型科研设施，在原子能院已有的15MV HI-13串列式静电加速器前端新建一台100MeV、200μA强流质子回旋加速器和一套质量分辨率为20000的在线同位素分离器；在串列加速器后端新建一台能量增益为2MeV/q的重离子超导直线增能器；配套建设加速器厂房、实验厂房及辅助用房；厂房建筑面积3774.67m2。

1重混凝土原材料选择

水泥：考虑到屏蔽中子的需要及部分结构混凝土为大体积混凝土，故采用水化热低的强度等级为P.O42.5的普通硅酸盐水泥配制混凝土。同时，重混凝土因有预防碱-骨料反应的要求，故采用碱含量低于0.6%的水泥。

铁矿石：铁矿石为人工破碎铁矿石。为保证工程施工需要，要求铁矿石的表观密度≥4.2 g/cm3，铁矿石加工成的粒径为5～25mm，同时应连续级配。

铁矿砂：采用的细骨料为人工铁矿砂，应按中砂的技术要求进行加工。

粉煤灰：采用粉煤灰作为矿物掺合料，粉煤灰应符合现行国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596的有关规定。

外加剂：本工程采用聚羧酸高效减水泵送剂，同时冬季施工配合比中掺加聚羧酸防冻剂。

对于配置4.3g/cm3重混凝土还需要密度更大的铁质材料。可以采用掺加铁砂或铁丸来实现。采用铁质骨料可以有效增加混凝土的表观密度，增强抵抗射线穿透的能力。但是混凝土容易分层，均匀性不易于保证。同时掺铁砂和铁丸的屏蔽混凝土，要考虑铁砂和铁丸除锈，因表面浮锈对耐久性有影响。

2配合比设计

试配时，要满足重混凝土的流动性、坍落度、粘聚性等工作特性。同时，要兼顾重混凝土的泵送性能，防止施工过程中发生离析、分层、沉淀、堵管等现象。

在试配时，要保证强度、容重和抗渗性能。对此，要掺入一定比例的优质粉煤灰等物质，既能使混凝土得到补偿收缩，又能减少温度应力。

3生产试验

浇筑前，按照配比做生产试验。其目的有三：一是检验搅拌站的运行功能，选择每盘最优搅拌量；二是检验浇筑工艺的可行性；三是检验浇筑质量。

选取3.6m墙的结构设计，在现场支设一道3m（长）×1.5m（宽）×1.5m（高）的墙体进行实际浇筑试验。选择平整地面，按照11的关系布置钢筋（钢筋型号、规格、间距、绑扎方式等，均与3.6m墙的结构设计相同）；按照施工方案支设模板（对拉螺杆、模板型号和材质等均与3.6m墙的支护方案相同）。

混凝土的振捣：采用插入式振捣器，振捣器不得直接与钢筋、预埋件、模板接触；振捣时间约为15s～30s，当混凝土表面出现翻浆时立即停止振捣，一般以混凝土不再沉落、泛浆为止，振动棒移动间距为400mm左右。

试块留置和养护：留置3批此试块，每批次3组，一组标养试块、一组同条件试块、一组密度检验试块；养护方法与大体积普通混凝土养护方法相同。

4重混凝土施工

4.1搅拌

搅拌时间设置为1.5min。搅拌时间自外加剂加入时间开始计算。考虑搅拌站底部有450的坡道，按照普通混凝土9m3的运输罐车计算，重混凝土每次运输量为普通混凝土量的60%左右，即5m3左右，所以，每车10盘，每盘0.5m3左右。每车装料时罐车高速旋转，运输过程低速旋转搅拌。放料前为了防止混凝土离析，高速搅拌3min左右，使其搅拌均匀。

4.2浇筑

由于重混凝土容重较大，易离析，入模时其自由下落高度≤2.0m，混凝土浇筑时软管深入底部倾倒混凝土，混凝土必须分层浇筑，每层厚度不超过500mm；上层与下层的浇筑间歇时间不得超过混凝土的初凝时间（3小时），必须严格保证。重混凝土浇筑之前浇一层30～50mm左右水泥砂浆，其成分与该处部位混凝土内砂浆相同。严格控制混凝土浇筑上升速度，这样浇筑对减小模板侧压力有利；布料管口不得向模板内侧面直冲布料，也不得冲向钢筋骨架。

重混凝土从搅拌机出料到施工现场入模的间隔时间控制不超过90min。为保证泵送混凝土作业的连续性，确保混凝土浇注质量，作业中间隔时间不宜过长，以防止堵塞。如因某种原因间隔时间较长，就应每5～10min左右启动一次泵或反、正转泵数次，以防堵塞。对于因机械故障导致混凝土超过“初凝时间”并在机械内残留的混凝土做报废处理；已浇筑完成的混凝土，按施工缝进行处理，绝不允许出现冷缝。

混凝土的振捣：采用插入式振捣器，振捣器不得直接与钢筋、预埋件、模板接触；振捣时间约为15～30s，当混凝土表面出现翻浆时立即停止振捣，一般以混凝土不再沉落、泛浆为止；振动棒移动间距为400mm左右。确保振捣不过振、不欠振、不漏振。

4.3养护和检验

混凝土浇筑后应及时对混凝土进行养护。对大体积混凝土按规范要求留设测温孔，定时进行测温并记录。热室顶板采取覆盖一层塑料薄膜和一层麻袋进行洒水养护；墙体采取覆盖一层麻袋进行洒水养护，麻袋上下错开，搭接压紧，交界处要包裹严实，要形成良好的保温层，要使混凝土表面处于湿润状态。混凝土养护时间不少于14天。

本工程属于大体积重混凝土工程，其强度和容重的验收以60天或90天强度作为验收依据。

总之，大体积重混凝土施工方案经过严格审查，施工实施过程中对原材料的选择、配合比设计、试验、搅拌、浇筑、养护和检验等方面进行严格控制，施工质量得到了有效保证。

参考文献

[1]吴海成，唐洪庆，史源平.1HI-13串列加速器升级工程辐射屏蔽设计[J].中国原子能科学研究院年报，2006：68-70.