一种地聚合物重晶石防辐射混凝土及其制备方法与流程

本发明涉及混凝土材料领域，具体涉及一种地聚合物重晶石防辐射混凝土及其制备方法。

背景技术：

1、重晶石是一种以硫酸钡为主要成分的非金属矿物，密度在4300-4500kg/m3，化学性质稳定，不溶于水和盐酸，无毒性、磁性，易吸收x射线和γ射线，因此重晶石常作为骨料用于生产防辐射混凝土。

2、现有技术如公开号为cn106977145a的发明专利公开了一种防辐射混凝土，包括水泥、矿粉、粉煤灰、重晶砂、重晶石、火山岩渣陶粒、钢纤维和钛纤维。

3、现有技术还如公开号为cn111875314a的发明专利公开了一种防辐射混凝土及其制备方法，包括水泥、矿粉、粉煤灰、重晶石和重晶砂、轻骨料、玄武岩纤维和钛纤维、膨胀剂、减水剂、水。

4、但是由于重晶石晶体形状多为板状或柱状，质地较脆，在受到拉应力和剪力时容易发生开裂，与此同时，核电工程中混凝土结构高、大、厚，混凝土存在大体积浇筑的特点，浇筑过程中水泥水化放热高，混凝土早期收缩大，收缩产生的裂缝极易沿着重晶石骨料及骨料-水泥基体界面发展，降低混凝土的致密性，从而影响防辐射的效果，具有较大的安全隐患。

技术实现思路

1、为了解决现有的含有重晶石/重晶砂的防辐射混凝土开裂的问题，本发明提供了一种地聚合物重晶石防辐射混凝土及其制备方法，通过加入地聚合物骨料减少水泥用量，降低水泥水化放热，增加混凝土韧性，降低混凝土开裂的风险。

2、本发明的技术目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种地聚合物重晶石防辐射混凝土，按照质量份数比，包括水泥200-300份、地聚合物骨料600-800份、重晶石1400-1600份、重晶砂1000-1200份、纤维30-40份、水200-240份、减水剂5-10份；地聚合物骨料由粉煤灰、矿粉、碱激发剂和水反应，硬化成型后破碎、筛分、密封保存后得到，地聚合物骨料的强度及断裂韧性低于重晶石骨料。

4、进一步地，纤维为钛纤维，钛纤维一方面提升混凝土的开裂韧性，另外一方面具有良好的耐高温性能和一定的屏蔽x射线、γ射线的能力。

5、进一步地，钛纤维的直径为0.3mm，长度20mm，断裂强度≥1500mpa，弹性模量≥100gpa。

6、进一步地，重晶石的粒径范围为5-25mm，表观密度为4100kg/m3，堆积密度为2600kg/m3，硫酸钡含量高于90％。

7、进一步地，重晶砂的粒径范围为0-5mm，细度模数为2.8，表观密度为4200kg/m3，堆积密度2800kg/m3，硫酸钡含量高于90％。

8、进一步地，减水剂为聚羧酸减水剂。

9、进一步地，碱激发剂为硅酸钠、硅酸钾中的至少一种。

10、进一步地，粉煤灰为c-ⅱ级，活性指数大于80％，含碳量小于1％；矿粉为s95级，比表面积为420kg/m3，7d活性指数大于75％，28d活性指数大于95％。

11、本发明还提供了一种地聚合物重晶石防辐射混凝土的制备方法，该方法包括：

12、步骤1、制备地聚合物骨料；

13、步骤2、按照质量份数比将200-300份水泥、600-800份地聚合物骨料、1400-1600份重晶石、1000-1200份重晶砂混合搅拌均匀；

14、步骤3、按照步骤2中的质量份数比加入5-10份减水剂和200-240份水继续搅拌均匀；

15、步骤4、按照步骤2中的质量份数比加入30-40份钛纤维继续搅拌均匀得到地聚合物重晶石防辐射混凝土浆料，硬化后得到地聚合物重晶石防辐射混凝土。

16、进一步地，在步骤1中，按照质量份数比将1050-1100份粉煤灰、220-240份矿粉和140-150份碱激发剂干拌混合均匀后，加入430-450份水搅拌均匀，然后放入模具中成型，养护后进行拆模、破碎、筛分、密封保存120天后得到地聚合物骨料。

17、相比与现有技术，本发明的有益效果在于：

18、(1)本发明中地聚合物骨料的强度及断裂韧性低于重晶石骨料，将其加入到水泥基体中，由于地聚合物骨料中掺入的粒化高炉矿渣粉可以调控地聚合物骨料与水泥基体界面的显微硬度，保证重晶石骨料和水泥基体界面的硬度大于地聚合物骨料本身的硬度，诱使裂缝在地聚合物骨料处开展，从而避免裂缝沿骨料-水泥基体界面开展，促使混凝土产生饱和多缝开裂现象，进而增强重晶石防辐射混凝土的韧性。同时，地聚合物所具有的潜在火山灰可以不断生成新的水化产物，促进混凝土基体密实，提高混凝土的后期强度。

19、(2)钛纤维具有良好的延展性，在重晶石防辐射混凝土基体内各向异性分布，能够有效提高混凝土基体的抗冲击能力，阻止微裂纹进一步发展，提高混凝土的开裂韧性；同时，钛纤维具有良好的耐高温性能和一定的屏蔽x射线、γ射线的能力，有利于重晶石混凝土在核电工程中的服役耐久性。另外，钛纤维对地聚合物骨料基体的孔洞、空隙等缺陷有一定的改善作用，可协同地聚合物骨料作用增加混凝土的力学性能。

20、(3)本发明中通过地聚合物骨料的添加，可以减少水泥和重晶砂的用量，降低成本和碳排放；水泥用量的减少可以降低水泥水化所产生的水化热，降低了大体积重晶石防辐射混凝土的开裂风险；粉煤灰、矿粉等一类含硅、铝质的工业固废可以用来作地聚合物骨料，减少了自然资源开采和固废直接填埋或其他处理方式所造成的环境负担和处理成本。

技术特征：

1.一种地聚合物重晶石防辐射混凝土，其特征在于，按照质量份数比，包括水泥200-300份、地聚合物骨料600-800份、重晶石1400-1600份、重晶砂1000-1200份、纤维30-40份、水200-240份、减水剂5-10份；所述地聚合物骨料由粉煤灰、矿粉、碱激发剂和水反应，硬化成型后破碎、筛分、密封保存后得到，所述地聚合物骨料的强度及断裂韧性低于重晶石骨料。

2.根据权利要求1所述的一种地聚合物重晶石防辐射混凝土，其特征在于，所述纤维为钛纤维。

3.根据权利要求2所述的一种地聚合物重晶石防辐射混凝土，其特征在于，所述钛纤维的直径为0.3mm，长度20mm，断裂强度≥1500mpa，弹性模量≥100gpa。

4.根据权利要求1所述的一种地聚合物重晶石防辐射混凝土，其特征在于，所述重晶石的粒径范围为5-25mm，表观密度为4100kg/m3，堆积密度为2600kg/m3，硫酸钡含量高于90％。

5.根据权利要求1所述的一种地聚合物重晶石防辐射混凝土，其特征在于，所述重晶砂的粒径范围为0-5mm，细度模数为2.8，表观密度为4200kg/m3，堆积密度2800kg/m3，硫酸钡含量高于90％。

6.根据权利要求1所述的一种地聚合物重晶石防辐射混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂。

7.根据权利要求1所述的一种地聚合物重晶石防辐射混凝土，其特征在于，所述碱激发剂为硅酸钠、硅酸钾中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的一种地聚合物重晶石防辐射混凝土，其特征在于，所述粉煤灰为c-ⅱ级，活性指数大于80％，含碳量小于1％；所述矿粉为s95级，比表面积为420kg/m3，7d活性指数大于75％，28d活性指数大于95％。

9.一种地聚合物重晶石防辐射混凝土的制备方法，其特征在于，该方法包括：

10.根据权利要求9所述的一种地聚物重晶石防辐射混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，按照质量份数比将1050-1100份粉煤灰、220-240份矿粉和140-150份碱激发剂干拌混合均匀后，加入430-450份水搅拌均匀，然后放入模具中成型，养护后进行拆模、破碎、筛分、密封保存120天后得到地聚合物骨料。

技术总结
本发明涉及一种地聚合物重晶石防辐射混凝土及其制备方法，该地聚合物重晶石防辐射混凝土按照质量份数比，包括水泥200‑300份、地聚合物骨料600‑800份、重晶石1400‑1600份、重晶砂1000‑1200份、纤维30‑40份、水200‑240份、减水剂5‑10份；地聚合物骨料由粉煤灰、矿粉、碱激发剂和水反应，硬化成型后破碎、筛分、密封保存后得到，地聚合物骨料的强度及断裂韧性低于重晶石骨料。发明中地聚合物骨料的强度及断裂韧性低于重晶石骨料，将其加入到水泥基体中，诱使裂缝在地聚合物骨料处开展，从而避免裂缝沿骨料‑水泥基体界面开展，促使混凝土产生饱和多缝开裂现象，进而增强重晶石防辐射混凝土的韧性。

技术研发人员：朱琨,朱敏涛,高双双,瞿威,汪丽,张宇乾,顾伟宏
受保护的技术使用者：上海建工建材科技集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17