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重型防辐射混凝土施工技术研究

2025-05-11 43 上传者：管理员

摘要：为了解决某项目核心区域防辐射混凝土墙浇注困难问题，本文以某子项核心区域项目为例，介绍了防辐射混凝土材料性能、浇注工况、浇注质量要求、试验方法及施工工艺等方面内容，分析了防辐射混凝土配合比设计、施工分层及混凝土下料方式等一系列问题，提出了通过防辐射混凝土性能研究、配合比设计试验及现场浇注模拟试验等观点，研究结果表明：通过防辐射混凝土搅拌时间试验、坍落度试验、振捣试验等一系列性能试验研究，确定了重型防辐射混凝土成分控制要求、运送方式、施工分层、振捣时间、振捣间距、坍落度损失率等施工技术参数，并对重型防辐射混凝土施工技术研究成果经过施工检验，完全可满足防辐射混凝土浇注成型质量要求。

关键词：
试验研究
配合比
重型
钢锻
防辐射混凝土
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某项目核心区域设计有防辐射混凝土墙,相应防辐射混凝土性能要求高,浇注区域安装物项多,钢筋密集,混凝土的下料､振捣等空间小,且防辐射混凝土的表观密度大､流动性能差､材料性能复杂､浇注方量大､泵送困难等,为满足工程施工需求,需开展了理论研究及试验验证｡朱晨辉等[1]认为在常规混凝土制备的基础上使用赤铁矿对天然河砂进行替换,利用修正后的颗粒堆积模型计算配合比,制备出一种含赤铁矿的新型防辐射超高性能混凝土｡王庆贺等[2]根据重晶石防辐射混凝土的基本力学性能的内容,提出了对影响其力学性能因素研究的观点｡王明荃等[3]在不同强度等级混凝土及超高性能混凝土性能的基础上,发现了超细复合掺合料可提高混凝土的流动性和抗压强度｡本文在此基础上,提出了防辐射混凝土配合比设计试验､材料性能与施工参数匹配施工试验,该方法做出了防辐射混凝土配合比符合性､浇注工艺可行性的研究与改进,创新设计了自制浇注料斗作为防辐射混凝土浇注工具,从防辐射混凝土全周期工艺流程进行了实地模拟试验｡

1、工程概况

根据设计信息,某子项核心区域的部分房间前后墙都需浇注重型防辐射混凝土,墙体厚度为600mm,浇注高度7.55m,浇注工程量约700m3｡本项目防辐射混凝土容重要求达3.5×103kg/m3,且对混凝土胶凝材料的游离氧化钙(CaO)含量､骨料的结晶水含量､最终成分的氢(hydrogen,H)､氧(oxygen,O)及重核元素的等效质量密度等都有特殊要求,需开展全新的配合比设计｡

2、重型防辐射混凝土施工需解决重难点

2.1材料的特殊性

本工程设计的防辐射混凝土性能要求高,如对容重､坍落度等的要求,与国内已建和在建的其他工程中均未涉及,属于全新的混凝土形式,相应的混凝土各项性能参数需摸索确定｡

2.2浇注部位的特殊性

防辐射混凝土浇注部位为本工程的核心部位,对应的墙体结构复杂,安装物项多,钢筋分布密集,相应区域的防辐射混凝土浇注存在较多的难点及较大的难度｡

2.3浇注质量的重要性

本工程防辐射混凝土容重高,内部分布有大量的钢锻､钢珠等,浇注成型后无法返工,浇注部位亦为关键子项的关键部位,故相应的防辐射混凝土浇注必须保证浇注质量｡

3、重型防辐射混凝土配合比研究设计

3.1胶凝材料-水泥控制要求

配置重型防辐射混凝土的水泥材料有普通硅酸盐水泥､含硼水泥､钡水泥､高铝水泥等,必须符合国家标准要求,不得含有氯化物､硫酸钠或碳酸钠等杂质,并需核算成分元素含量,满足设计要求｡当选用特种水泥时,还需对工作性､水化热等的控制进行设定｡在上述基础上水泥性能还需满足表1的要求｡

表1水泥的性能要求

3.2骨料控制要求

重骨料优先采用铁矿石(砂)或重晶石(砂),并保证材料质量｡铁矿石当采用赤铁矿时,粗骨料中三氧化二铁(Fe2O3)含量不低于75%,细骨料中Fe2O3含量不低于60%,当采用褐铁矿时,粗骨料中Fe2O3含量不低于70%,结晶水含量不低于10%,含水率为9%~10%,杂质少,特别是黏土杂质,细骨料中Fe2O3含量不低于60%,结晶水含量不低于10%,含水率为9%~10%黏土杂质少,粗骨料及细骨料的表观密度≥3700kg/m3｡

重晶石要求:(1)同一工程所用的重晶石粗细骨料宜选用同一矿床或同一产地的重晶石;(2)重晶石骨料中二氧化硅(SiO2)含量应在3%~5%范围内;(3)重晶石粗骨料应符合《普通混凝土用砂､石质量及检验方法标准》(JGJ52—2006)中连续级配的规定,硫酸钡(BaSO4)含量(按质量计)≥90%,重晶石粉(按质量计)≤6.0%,表观密度≥4200kg/m3｡

3.3成分控制要求

防辐射混凝土容重要求达3.5×103kg/m3,H元素的等效质量密度不小于30kg/m3,O元素的等效质量密度不小于1.12×103kg/m3,铁(Fe)或铅(Pb)或钡(Ba)等重核元素的等效质量密度总和不小于1.80×103kg/m3｡

3.4配合比研究设计

为满足混凝土干密度及特殊元素成分要求,选取满足要求的胶凝材料,并着重开展粗细骨料的选用研究,经查阅相关文献,分别研究了赤铁矿､重晶石､钢渣钢锻等骨料应用的可行性,按要求开展元素含量的理论计算及试验校核,按初步确定的混凝土各类材料选型开展配比试验,对试配混凝土的密度､元素含量､坍落度及其他各项性能进行检测,确保满足要求｡

4、重型防辐射混凝土施工工艺研究

4.1防辐射混凝土性能研究

为确保混凝土的产品质量,进行了防辐射混凝土性能试验研究｡试验研究内容主要包括坍落度损失试验､振捣时间试验､表观密度检验等｡

(1)坍落度损失试验｡防辐射混凝土坍落度试验在搅拌站进行,混凝土出机后,试验人员进行坍落度检测,在防辐射混凝土放入混凝土罐车后先后检测0､30､60､90､120min坍落度,经试验数据分析,坍落度损失为30mm/h,所以混凝土宜在出机后60min内浇注完成｡

(2)表观密度检验｡国标密度检测要求为干表观密度,无法实现过程检测要求｡为满足上述要求,通过防辐射混凝土湿密度与干密度的对比试验,确定对应关系,浇注过程中采用检测湿密度的方法进行密度校核｡

取3组试块进行干湿容重前后对比,最大损失率为1%｡确定现场检测采用7L标准桶盛装防辐射混凝土称重,除桶重净质量均应大于2474.5×(1+1%)kg,即表观密度均大于设计要求3030×(1+1%)kg/m3｡

(3)振捣时间｡采用模拟试验的方式验证不同振捣时间下的混凝土成型效果,在不同试模内,采用直径50mm振捣棒分别振捣10~40s,经拆模及钻芯后分别对外观气泡情况及骨料均匀度情况进行检查｡经对模拟试块外观检验及钻芯取样情况对比,20~25s混凝土含气量少,骨料分布均匀,为最佳振捣时间｡不同振捣参数下混凝土试件外观质量照片见图1｡

图1不同振捣参数下混凝土试件外观质量照片

4.2混凝土浇注施工方式研究

由于本工程防辐射混凝土配合比的特殊性,经现场模拟实验,无法实现泵送浇注,最终确定采用塔吊+吊斗方式进行浇注｡根据塔吊说明书､料斗自重及防辐射混凝土自重等综合考虑,经计算采用1m3料斗最为合理｡按此要求,现场完成了料斗设计并开展了模拟试验,根据试验情况,料斗出料口大小及弧度的设计与防辐射混凝土浇注的流畅性直接相关,出料管直径在160mm以下时,受混凝土黏度影响,混凝土下料困难,直接影响浇注效率,经最终调整及试验验证,确定出料管直径为200mm｡

4.3混凝土分层分段研究

根据工程现场的特殊工况,综合考虑气候规律､浇注机械载重能力､现场施工进度要求等因素,主要如下:

(1)气候因素｡项目所在地区常年有风力超6级天气,容易天气原因塔吊不能运转,故浇注时间应尽量控制在8h之间｡

(2)机械因素｡现场浇注区域内覆盖塔吊数量有限,需综合考虑塔吊的吊装效率､料斗大小等确定单位时间的浇注方量,并以此来计算合理的分段长度｡

(3)分层分段结论｡防辐射混凝土墙体采用水平分层浇注方式,每层浇注厚度不能大于250mm,故综合考虑上述因素,浇注墙体长度需小于20m,浇注高度控制小于2m｡

4.4模板设计及加固研究

根据本工程防辐射混凝土配合比及现场工况,墙体模板采用自行设计制作的大模板,面板采用18mm覆膜胶合板,主龙骨采用两根50mm×100mm×2mm的方钢,间距500mm,次龙骨采用50mm×100mm木枋,间距250mm,加固采用直径为16mm的高强对拉螺杆,间距500mm×500mm,按最不利一次浇注最大高度2m情况进行理论计算,满足设计要求,理论可行｡

4.5重型防辐射混凝土浇注施工工艺研究

(1)混凝土采用塔吊+料斗的方式进行浇注｡在浇注前关注天气情况并选取合适的时间点开始,根据现场情况,对浇注布料点进行提前规划,间距控制在1.5~2m之间,按塔吊载重能力划分不同的料斗装载混凝土量,并做好标识进行严格控制｡

(2)将料斗斜向导管直接伸入墙体内部进行布料｡必要时可加设串筒进行辅助下料,确保混凝土自由下落高度不大于1m｡采用水平分层的浇注方式,顺墙体长度方向连续布料,控制每层浇注厚度不大于250mm｡每个下料点配备3台振捣棒,振捣插振点应均匀排列,依次向前移动,每次移动距离控制在300mm左右,每点按“快插慢拔”的方式振捣20~30s,混凝土浇注过程中对模板加固情况进行全程观测｡

5、结论

针对本工程防辐射混凝土的特殊要求,本文从混凝土的胶凝材料､骨料､成分控制等方面进行理论研究,并完成了最终配合比设计｡主要总结如下:

(1)按研究确定的防辐射混凝土配合比及施工性能参数,从混凝土搅拌开始至混凝土浇注结束严格控制,整体混凝土性能良好,成型质量达到预期目标｡

(2)经现场实践,采用的模板加固方式,浇注后外侧无胀模现象,确定的浇注长度及浇注厚度设置合理,最终拆模后混凝土外观质量良好,无明显缺陷及冷缝问题｡

(3)研究确认的塔吊+料斗浇注方法可行,浇注过程顺利｡但该浇注方法无法满足大方量防辐射混凝土一次浇注需求,后续在保证防辐射混凝土性能满足设计各项参数的前提下,对配比进行研究,寻找可替换骨料,实现泵送｡

(4)通过本工程对防辐射混凝土的理论及试验研究,经现场成功实践,成功预防了重型防辐射混凝土质量问题的发生｡此施工技术成果,可以在类似特殊混凝土施工中应用,也值得无经验可循的工程借鉴｡

参考文献:

[1]朱晨辉,李兆恒,李雪涛,等.赤铁矿用于防辐射超高性能混凝土的制备及其性能研究[J].华北水利水电大学学报(自然科学版),2023,44(2):49-57.

[2]王庆贺,王禹澄,王良志,等.重晶石防辐射混凝土基本力学性能与预测方法研究[J].混凝土,2024(4):122-127.

[3]王明荃,尹韶宁,潘栋,等.超细复合掺合料在水泥和不同强度等级混凝土中的应用研究[J].水泥,2023(11):6-10.

[4]梁潇潇,刘朝勇,李昕科,等.钢渣基三元混凝土的制备及性能研究[J].水泥,2024(9):93-97.

[7]中国核工业第二二建设有限公司.防辐射混凝土:GB/T34008—2017[S].北京:中国建筑工业出版社,2017.