高强度空气爆炸作用下单层增强混凝土板的爆炸后辐射屏蔽效率

《Scientific Reports》：Post-explosion radiation shielding efficiency of improved reinforced concrete slabs subjected to intensive air explosions

　　

摘要

如何保护人们免受核设施附近爆炸产生的辐射危害，是一个极为重要却又研究不足的问题。这就需要构建出即便在爆炸造成损坏后仍具有辐射屏蔽能力的结构。本文介绍了针对严重空气爆炸对混凝土板影响的实验与分析研究结果，研究了结构损伤以及伽马射线和中子粒子的穿透性这两个方面。首先测量了穿过混凝土板的中子粒子与伽马射线的比例，随后让混凝土板承受空气爆炸，评估其受损程度，并测量穿过受损混凝土板的粒子比例。为降低这些混凝土板的结构损伤和辐射穿透性，采用了两种方法：一种是通过优化掺合料组合来调整混凝土配方；另一种则是采用创新的芯部约束技术。在第一种方法中，测试了多种矿物质、纤维、重质细重晶石和B₄C粉末的组合，以找到在抗压强度、抗拉强度、抗弯强度以及辐射穿透性方面表现最佳的配方。在第二种方法中，通过螺旋加固结构来约束混凝土板芯部。测试结果显示，在爆炸前的试验中，优化后的混凝土配方可使抗压强度提高24%，抗弯强度提高42%，同时伽马射线和中子粒子的穿透率分别降低19%和26%；但爆炸发生后，由于结构受损，其穿透率又上升了约35%。而同时采用最优配方和芯部约束技术的混凝土板则展现出极强的抗爆能力，爆炸后其辐射屏蔽效率仍保留了约94%。这些混凝土板还通过LS-DYNA软件进行了分析，研究了它们对爆炸的反应。参数分析表明，在减少混凝土板的塑性变形所造成的损伤方面，螺旋加固的螺距比直径有着更大的影响。