一种含硼重晶石防辐射混凝土及其制备方法与流程

1.本发明涉及核电工程技术领域，特别是涉及一种含硼重晶石防辐射混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.采用重骨料和普通水泥配制而成的混凝土一直是经济、适用的辐射防护材料，因而受到广泛的关注。目前，重混凝土仍然存在一些问题：重混凝土往往要求足够的表观密度，从而有效地屏蔽x和γ射线，但是骨料密度过高，混凝土搅拌时容易沉降，造成离析、泌水，无法正常地运输、泵送和施工。第二，重混凝土不能有效地防护中子射线，实际工程中往往需要添加含有较多结晶水和轻元素的材料，但是这些材料可能会对混凝土密度、强度、耐久性造成影响，需要合理地甄别。另外，大体积工程施工工程中水化放热大，容易产生温度裂缝，极大地降低防辐射混凝土的屏蔽性能，因而如何降低水化放热，抑制裂缝的产生同样值得关注。


技术实现要素：

3.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种含硼重晶石防辐射混凝土，本发明能够有效屏蔽x、γ、中子射线等多种辐射，在保证混凝土强度的同时使得混凝土具有良好的工作性能，可大规模应用于大体积防辐射工程建设。同时，本发明还提供一种含硼重晶石防辐射混凝土的制备方法。
4.为实现上述目的及其他相关目的，
5.本发明的第一方面，提供一种含硼重晶石防辐射混凝土，由以下组分组成：重晶石粗骨料1300-1600份、重晶石细骨料1000-1400份、水泥300-400份、粉煤灰10-120份、矿粉40-80份、含硼材料166-220份、水140-200份、减水剂5-8份、水镁石纤维2-10份，含硼材料为高硼玻璃粉和碳化硼的混合物，高硼玻璃粉与碳化硼的质量比为(3-6):1，所述含硼重晶石防辐射混凝土的表观密度不低于3350kg/m3，抗压强度不低于40mpa，硼元素的含量大于烘干后混凝土质量的1％。
6.作为优选的技术方案，按照重量份计，由以下各组分组成：重晶石粗骨料1450份、重晶石细骨料1255份、含硼材料195份、水泥350份、粉煤灰90份、矿粉60份、水180份、减水剂5.5份、水镁石纤维4.5份。
7.作为优选的技术方案，所述重晶石粗骨料的粒径范围为5-25mm，其中，5-10mm和10-25mm的质量比为(1-3):1，表观密度为4084kg/m3，堆积密度2650kg/m3，硫酸钡含量高于90％。
8.作为优选的技术方案，所述重晶石细骨料粒径范围为0-5mm，细度模数2.8-3.1，表观密度4211kg/m3，堆积密度2825kg/m3，硫酸钡含量高于90％。
9.作为优选的技术方案，所述高硼玻璃粉粒径小于150um，二氧化硅含量36-39％，氧化硼含量为29-30％，表观密度2158kg/m3。
10.作为优选的技术方案，所述碳化硼粒径75-250um，硼元素含量75-80％，碳元素含量18-20％，表观密度1500kg/m3。
11.作为优选的技术方案，所述水镁石纤维表观密度2440kg/m3，长度1-10mm。
12.作为优选的技术方案，所述水泥为p.o 42.5水泥。
13.作为优选的技术方案，所述减水剂为高效聚羧酸减水剂。
14.本发明的第二方面，提供一种含硼重晶石防辐射混凝土的制备方法，用于制备上述的含硼重晶石防辐射混凝土，包括以下步骤：
15.步骤一、将水镁石纤维、减水剂和水按照1:0.6:8-1:1.2:12的比例置入纤维分散搅拌机中进行搅拌，使得纤维均匀地分散在溶液中，没有团聚状，制成水镁石悬浮液，密闭放置；
16.步骤二、将重晶石、重晶砂、含硼材料、水泥、粉煤灰、矿粉加入搅拌机干搅1min，再将水镁石悬浮液和剩余的水慢慢倒入搅拌机中，继续拌合3min后出料。
17.混凝土的密度、和易性与重晶石骨料的品质密切相关。重晶石的密度往往取决于硫酸钡的含量，为保证混凝土的表观密度，因而严格要求重晶石硫酸钡的含量不低于90％。用作建筑材料的重晶石骨料往往都是经过破碎的机制石、机制砂，其尺寸规格往往存在较大的波动，实际使用需经过严格筛选，严格控制骨料的粒径范围，砂子的细度模数，这样才能有效控制混凝土拌制的和易性。
18.含硼材料由高硼玻璃粉和碳化硼两种材料组成，两者均粒径微小，且含有硼元素，能够改善混凝土微观结构，提高其防中子射线能力。高硼玻璃粉具有吸水性，增加混凝土拌合物的稠度，防止沉底、离析，延缓水泥水化，降低水化放热，防止大体积浇筑的温度裂缝出现，但是其硼元素含量低，过高掺量则明显降低混凝土的表观密度和强度。碳化硼微粉硼元素含量高，能够提供足够的硼元素，且耐辐射，碱性环境下性质稳定。高硼玻璃粉和碳化硼微粉的复掺具有协同作用，既能使得混凝土具有良好的吸收中子的能力，又能使得混凝土在满足高表观密度的同时具有良好的和易性和强度，且适用于大体积工程浇筑。
19.水镁石纤维具有很好的水分散性和耐碱性，与水泥混凝土有很好的相容性，其表面的-oh能够与水泥中极性基团结合成键，增强界面性能，改善混凝土微观结构，并起到增强增韧的作用，抑制裂纹的形成与发展，降低混凝土的脆性。此外，水镁石纤维氢元素含量高，能够进一步提高混凝土的防中子辐射能力。
20.如上所述，本发明的含硼重晶石防辐射混凝土，具有以下有益效果：
21.(1)本发明中高硼玻璃粉和碳化硼两种含硼材料复掺一方面能够在保证表观密度的同时，明显增加混凝土硼元素含量，极大地提高混凝土防护中子射线的能力，一方面具有吸水和填充作用，能够改善混凝土工作性能和微观结构，降低水化放热，抑制温度裂缝。
22.(2)本发明中水镁石纤维一方面能够改善混凝土的和易性，防止离析、泌水，对混凝土具有增强增韧的作用，一方面含有较多的氢元素，进一步提高混凝土防中子射线的能力。
23.(3)本发明提供的重晶石防辐射混凝土具有较高的屏蔽性能，能够有效防护x射线、γ射线以及中子射线等多种辐射，且具有良好的和易性，便于运输、泵送和施工，可推广于大体积防辐射工程中。
具体实施方式
24.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
25.本实施例中各种原材料种类、组成、型号、基本性能指标如下所示
26.粗骨料：粒径5-25mm重晶石，其中5-10mm和10-25mm的质量比例为2:1，表观密度4084kg/m3，堆积密度2650kg/m3，硫酸钡含量高于90％。
27.细骨料：粒径0-5mm重晶石砂，细度模数2.9-3.1，表观密度4211kg/m3，堆积密度2825kg/m3，硫酸钡含量高于90％。
28.高硼玻璃粉：粒径小于150um，二氧化硅含量36-39％，氧化硼含量为29-30％，表观密度2158kg/m3；
29.碳化硼：粒径75-250um，硼元素含量75-80％，碳元素含量18-20％，表观密度1500kg/m3；
30.水镁石纤维：水镁石纤维表观密度2440kg/m3，长度1-10mm；
31.水泥：p.o 42.5水泥，表观密度3100kg/m3。
32.粉煤灰：ii级粉煤灰，表观密度2200kg/m3。
33.矿粉：s95级，表观密度2910kg/m334.减水剂：803高效聚羧酸减水剂，生产于上海建工麦斯特。
35.本实施例含硼重晶石防辐射混凝土的制备方法如下：
36.首先，将水镁石纤维，减水剂和水按照4.5:5.5:45的比例置入纤维分散搅拌机机中搅拌约15min，使得纤维均匀地分散在溶液中，没有团聚状，制成水镁石悬浮液，密闭放置。
37.然后，将重晶石、重晶砂、含硼材料、水泥、粉煤灰、矿粉、水镁石悬浮液加入搅拌机搅拌1min，再将剩余的水慢慢倒入搅拌机中，继续拌合3min后出料。
38.本实施例中，重晶石粗骨料的添加量为1300-1600份、重晶石细骨料的添加量为1000-1400份、水泥的添加量为300-400份、粉煤灰的添加量为10-120份、矿粉的添加量为40-80份、含硼材料的添加量为166-220份、水的添加量为140-200份、减水剂的添加量为5-8份、水镁石纤维的添加量为2-10份。
39.实施例1
40.41.其中含硼材料由160份硼玻璃粉和35份碳化硼混合得到。所述重晶石防辐射混凝土性能如表1所示
42.表1
[0043][0044]
实施例2
[0045][0046]
其中含硼材料由160份硼玻璃粉和35份碳化硼混合得到。所述重晶石防辐射混凝土性能如表2所示
[0047]
表2
[0048][0049][0050]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。