核工程抗强辐射屏蔽混凝土试验研究

【摘要】： 屏蔽混凝土除了要求具有建筑结构的一般功能之外,更重要的是要具有防护γ射线和中子辐射的功能。随着核反应堆技术的发展及国家核电中长期发展规划的实施,屏蔽混凝土的应用将日益广泛。本文针对我国尚未系统地开展屏蔽射混凝土性能试验研究的现状,采用理论分析、实验室试验和计算机模拟等研究方法,对国产原材料及其性能、密度为2320kg/m~3-5700kg/m~3的系列屏蔽混凝土的配合比设计、性能和施工技术与工艺参数等进行了系统、深入的研究,取得了对我国屏蔽混凝土的设计、施工与检测具有重要价值的研究成果。 1.对各种矿石原料的表观密度、压碎指标、结晶水等性能指标的所作的测试与分析表明,我国江苏、辽宁、吉林、山东、河南、广西和四川等产地的赤铁矿、磁铁矿、重晶石、铸铁及钢丸、褐铁矿、蛇蚊石、含硼钙石等能用作屏蔽γ射线或中子射线混凝土的粗、细骨料;若须同时屏蔽γ射线和中子射线则要须将上述两种或三种矿石进行混合才能作为骨料和掺和料。 2.设计屏蔽混凝土的配合比时,应选用具有连续级配的粗骨料,细骨料的密度要接近粗骨料的密度,细骨料之间密度的差别越小越好。屏蔽中子射线的屏蔽混凝土除使用褐铁矿和硼铁矿外,还要使用含硼水泥和含硼掺合料以引入结合水和增加硼含量。高密度的屏蔽混凝土则须掺入一定量的粉煤灰、褐铁矿、铬矿粉等掺合料。 3.建立了质量配合比法和体积配合比法相结合的屏蔽混凝土配合比设计方法。应用所建立的方法对密度为2320kg/m~3、2800kg/m~3、3000kg/m~3、3300kg/m~3、3500kg/m~3、3600kg/m~3、3900kg/m~3、4600kg/m~3、5700kg/m~3的屏蔽混凝土的配合比进行了设计,可供工程直接使用。 4.以密度为3600kg/m~3的防γ射线和防中子射线的屏蔽混凝土的实验结果为依据,采用自适应神经模糊推理系统(ANFIS),建立了屏蔽混凝土配合比设计的ANFIS方法,该方法的拟合精度达到了90%以上,预测精度达到了89%以上。这为屏蔽混凝土配合比的科学设计开辟了新的途径。 5.屏蔽混凝土的密度与骨料的密度成线性关系,在固定水泥用量、砂率、减水剂掺量,控制相同的坍落度时,随着铁矿石含量的增加,混凝土密度成比例增大,屏蔽混凝土的密度随用水量的增加有所降低;屏蔽混凝土坍落度随用水量、水灰比和砂率的增加而增大,每立方米的用水量增加5~10kg,坍落度增大5-20mm;砂率每增加2%,坍落度也增大5-20mm;屏蔽混凝土抗压强度随水灰比的增大而减小,屏蔽混凝土抗压强度与抗折强度及劈裂抗拉强度三者之间的关系可用如下关系式表示:f_(cc):6.90f_f,f_(cc)=9.72f_(ts)。屏蔽γ射线的屏蔽混凝土的密度、坍落度和抗压强度的影响因素及它们随这些影响因素的变化规律,与屏蔽中子射线的屏蔽混凝土有相似之处。 6.不同密度的屏蔽混凝土应采用不同的施工技术和施工工艺参数。密度小于3600kg/m~3的屏蔽混凝土采用泵送浇筑法施工可比常规浇筑方法施工提高效率6-10倍;密度大于3600kg/m~3的屏蔽混凝土采用常规浇筑方法施工。 7.建立了测试屏蔽混凝土密度均匀性的非射线法,提出了评定屏蔽混凝土密度均匀性的判据:0.98ρ_(c,d)≤ρ_n≤1.04ρ_(c,d)和0.99ρ_(c,d)≤ρ_(cu)≤1.03ρ_(c,d)。 8.建立了检验屏蔽混凝土密度均匀性的射线法,通过测量放射源在衰减前的剂量率值和经屏蔽混凝土衰减后的剂量率值,计算出每个测量点的屏蔽混凝土的密度,再按照上述屏蔽混凝土密度合格判据来判断其密度均匀性。