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Abstract

一种预拌泵送重混凝土，由80－93重量份的重集料、6－15重量份的水泥类材料、2－5重量份的水、0.4以下重量份的混凝土外加剂和0.01以下重量份的功能调节剂组成。混凝土表观密度达3500kg/m3以上，拌合物无分层离析现象，有良好的粘聚性和保塑性，可远距离泵送。选用高效砼掺合料，可避免大体积砼因水泥水化热引起的裂缝发生。适于厚1500mm以上的防辐射重混凝土工程。可广泛用于核反应堆、医疗粒子加速器、海关检测、科研实验室等相关核工业与放射性同位素技术应用的屏蔽场所。

Description

一种预拌泵送重混凝土
技术领域
本发明属建筑材料的特种混凝土领域，专指一种预搅拌能泵送的防辐射重混凝土。
背景技术
由于核工业及相关放射性行业的飞速发展，放射性同位素技术在工业、农业、医疗、国防、海关、科研实验室等领域得到了广泛的应用，人们与带放射性辐射场所的接触越来越普遍。而各种放射线对人体和环境的损坏影响大而深远。为保证专业与非专业人员的身心健康安全和环境，对相关设备与设施的防护就显得异常重要。
放射性射线有α-射线、β-射线、γ-射线、χ-射线、中子射线和质子流等。其穿透能力与其对人体和环境的影响有很大差别。其中α-射线、β-射线、质子流的电离能力强，穿透能力弱，很薄的材料就能有效防护其影响。γ-射线与χ-射线是一种高频高能电磁波，是光子流，具有很强的穿透能力，只有相当厚度的材料才能防护它们的影响，物质的密度越大防护性能越好。中子射线由不带电荷的中子构成，是中子流，且与某些原子核碰撞会产生γ-射线。中子射线有快、中、慢速中子流，其防护不仅需要重元素还需要轻元素。
χ-射线为受激发射的电磁波，不同于放射性同位素衰变时放出的射线。因此核反应堆与放射性同位素技术应用场所的防护问题就变为有效防护γ-射线和中子射线的问题。放射线的穿透程度与防护材料的厚度和密度成反比，防护材料愈厚，物质的密度愈大，其防护性能愈好。而轻元素越多，防护中子流的效果越好。氢是最轻的元素，水中氢最多，因而含结合水愈多的材料，其防护中子射线的性能愈强。因此对放射线进行屏蔽防护的材料必需由密度大的重元素材料和能含较多结合水的材料组成，其合适的比例组成既能防护γ-射线又能抵御中子射线。
铅、锌、钢铁等重金属材料因其密度大，防护γ-射性的效果好，但价格昂贵，且难于制作，其应用受到限制。而用水拌制的混凝土，因制作成型容易又价廉且含大量结合水，即成为屏蔽与防护射线材料的首选。只要将普通砂、石集料换成密度大的重元素材料就成为理想的防射线材料，既防γ-射性、又防中子射线，既宜于制作又经济耐久，还可以作为结构与围护材料。因此配制合适大容重的重砼即成为防射线工程的主要途径方向与内容。砼容重(表观密度)越大，则防射线效果越好。
重元素集料有多种，如铁矿石、重晶石、蛇纹石、钢铁块和钢铁砂粒等，可配制混凝土容重为2500-7000kg/m3，集料比重越大，则混凝土容重越大，其防护效果越好。但混凝土是由多种材料与大小不同的集料组成的紧密堆积匀质物，集料比重越大，其与胶结它的材料比重差别就越大，达到匀质紧密堆积的难度就越大。因此，施工时通常现场搅拌成较干的混合物。手工小批量小心浇捣，分层分隔施工。这种砼无流动性，施工时间长，工程质量无保证，仅适于小型防辐射工程。现今核电站、医疗粒子加速器、大型国防与科研场所涉及的防射线工程均是大体积混凝土，1500mm以上的厚度，1000m3以上的体积，均要求使用预拌混凝土和泵送施工工艺，这样重砼的均质性与工程质量就难以达到，特别是容重大于3300kg/m3的重砼。其原因主要是重集料的沉降，拌合物的分层、离析、泌水，坍落度损失，大体积砼开裂等众多问题。一般普通泵送砼生产、施工技术是无法解决这些问题的。如这些问题不解决，则达不到屏蔽与防护射线的目的。后果会相当严重。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：重集料的级配问题，防止拌合物的分层、离析、泌水问题，减少坍落度损失问题，泵送问题，水泥水化热过高引起大体积砼开裂问题。
本发明的技术方案为：该预拌泵送重混凝土由80-93重量份的重集料、6-15重量份的水泥类材料、2-5重量份的水、0.4以下重量份的混凝土外加剂和0.01以下重量份的功能调节剂组成。
上述重集料为：铁矿石、重晶石、蛇纹石、铅锌矿、铁粒、废钢铁块、铅块、锌块。要求比重大、杂质少，含泥量小于1.0，最好还能含结合水。
采用颚式破碎机或反击式破碎机，配合筛分设施进行重集料的加工，此加工集料多凌角而不规则，为提高重砼的密实度，其粗、细集料的级配非常重要，同时良好级配的粗细集料也能有效防止拌合物的分层、离析和泌水。为达到要求的集料级配，需多次反复破碎和筛分，再称量、试配、检测。粗、细集料的级配需符合以下技术参数：
粗集料的级配要求：
  方筛尺寸mm   2.36   4.75   9.5   16.0   19.0
  累计筛余％   95-100   85-95   50-80   20-50   0-10
细集料级配要求：
  方筛尺寸mm   0.16   0.315   0.63   1.25   2.5   5.0
  累计筛余％   90-100   70-90   40-70   10-50   0-25   0-10
为减弱中子流的穿透强度，提高对中子的吸收能力，还可加入含硼、镉、锂的化合物。
重集料的比重一般大于4.0，水泥比重2.9-3.1，水的比重为1，在这种重砼混合物中，重集料肯定会沉降，水泥浆会上浮，集料越重，砼容重越大，防护效果越好，但集料越容易沉降，砼均质性越难满足。
为此本发明采用功能调节剂解决这个问题，以确保拌合物不致分层、离析和泌水而易于泵送和施工。选用功能调节剂有：甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、聚乙烯醇、淀粉钠、聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、聚丙烯酸钠、乙烯一醋酸乙烯共聚物、苯乙烯共聚物等。
使用混凝土外加剂以减少坍落度损失和易于泵送，同时提高砼密实度和强度，所用外加剂包括：萘系减水剂、三聚氰胺类减水剂、氨基磺酸盐类减水剂、聚羧酸类减水剂、木钙与糖钙类材料、聚磷酸盐、多元醇及其衍生物、硫酸盐、硫铝酸盐、硫化物、氯化物、羟基羧酸盐、亚硝酸盐、碳酸盐等中的至少二种和多种。
为提高重砼强度，则需多用水泥，但水泥用得越多，水化放热越多，大体积砼则更易于开裂。同时水泥用得越多，需水也越多，其砼容重降低的越多。为解决这些问题，优选强度高、同时水化热小的水泥，更优选高效砼掺合料，用高效砼掺合料代替部分或全部的高标号水泥。也可以使用矿粉。
高效砼掺合料与普遍42.5水泥的性能如下：
Figure A20081014325100061
该预拌泵送重混凝土按普通预拌混凝土的生产、运输、施工规程进行操作，每次生产与运输量比通常的少40％以上。
本发明的有益效果：本发明可使容重大于3300kg/m3的重砼在生产、运输、泵送施工过程中保持混合物的均匀性，避免大体积砼的开裂，确保重砼的匀质性，提高密实度与强度及耐久性，且能预拌和远距离泵送施工，达到切实有效屏蔽与防护放射线的目的。可广泛用于核反应堆、医疗粒子加速器、海关检测、科研实验室等相关核工业与放射性同位素技术应用的屏蔽场所。
具体实施方式
实施例1：
选用材料：粗细集料均为同一品种重晶石矿，经洗选、破碎、筛分加工而成，矿石表观密度4360kg/m3，含泥量＜1％，粗集料尺寸5-20mm，压碎指标28％，细集料的细度模数为2.58。
水泥类材料使用湘潭长青建材有限公司生产的高效砼掺合料。
功能调节剂选用羟丙基甲基纤维素和高粘淀粉钠。
砼外加剂选用聚羧酸类减水剂、多元醇衍生物、羟基羧酸盐和硫酸盐。
重砼配合比：
  材料   高效砼掺合料   粗集料5-20mm   细集料＜5mm   功能调节剂   外加剂(40％浓度)   水
  1m3用量(kg)   400   1885   1394   0.16   5   145
砼性能：
  性能   初始坍落度度mm   2h坍落度mm   表观密度kg/m3   1h泌水率％   拌合物评价   7天抗压强度   28天抗压强度
  指标   165   153   3852   0.45   良好   38.4   43.1
该重砼拌合物具有良好的粘聚性、保塑性、无分层离析现象，泵送时平稳不堵泵，易于震捣施工。每次的生产搅拌与运输量比通常的少40％。该砼水化放热量小，温升慢，适于厚2000mm及以上的大体积防辐射重砼工程。
实施例2：
粗细集料、品种与品质同上例。
水泥类材料选用普通水泥42.5和S105矿渣粉。
功能调节剂选用羧甲基纤维素和聚乙烯醇。
砼外加剂选用萘系减水剂、多元醇衍生物、聚磷酸钠和硫酸盐。
重砼配合比：
  材料   普通水泥42.5   S105矿粉   粗集料5-20mm   细集料＜5mm   功能调节剂   外加剂(40％浓度)   水
  1m3用量(kg)   350   80   1760   1265   0.22   7.74   152
砼性能：
  性能   初始坍落度度mm   2h坍落度mm   表观密度kg/m3   1h泌水率％   拌合物评价   7天抗压强度   28天抗压强度
  指标   158   150   3610   0.52   良好   29.6   38.8
该重砼拌合物具有良好的粘聚性、保塑性、无分层离析现象，泵送时平稳不堵泵，易于震捣施工。每次的生产搅拌与运输量比通常的少40％。该砼适于厚度小于1500mm的大体积防辐射重砼工程。
实施例3：
粗集料选用废铁块和重晶石，细集料选用铁砂和重晶石砂，废铁块和铁砂需去油和清洗干净，废铁块大小为5-35mm，铁砂小于5mm，重晶石粗细集料符合前述技术要求。
水泥类材料选用湘潭长青建材有限公司生产的高效砼掺合料。
功能调节剂选用羟乙基纤维素。
砼外加剂选用萘系减水剂、多元醇衍生物、聚磷酸钠和硫酸盐。
重砼配合比：
  材料   高效砼掺合料   铁块   粗集料5-20mm   铁砂  细集料＜5mm   功能调节剂   外加剂(40％浓度)   水
 1m3用量(kg)   420   1260   1075   945   758   0.21   7.77   147
砼性能：
  性能   初始坍落度mm   2h坍落度mm   表观密度kg/m3   1h泌水率％   拌合物评价   7天抗压强度   28天抗压强度
  指标   155   150   4615   0.63   良好   31.6   41.7
该重砼拌合物具有良好的粘聚性、保塑性、无分层离析现象，泵送时平稳不堵泵，易于震捣施工。每次的生产搅拌与运输量比通常的少50％。该砼适于厚度大于1500mm的大体积防辐射重砼工程。

Claims (7)

1、一种预拌泵送重混凝土，其特征在于：它由80-93重量份的重集料、6-15重量份的水泥类材料、2-5重量份的水、0.4以下重量份的混凝土外加剂和0.01以下重量份的功能调节剂组成。
2、根据权利要求1所述的一种预拌泵送重混凝土，其特征是重集料为：铁矿石、重晶石、蛇纹石、铅锌矿、铁粒、废钢铁块、铅块、锌块。
3、根据权利要求1或2所述的一种预拌泵送重混凝土，其特征是将重集料破碎加工为粗集料和细集料，粗集料级配需满足：当方孔筛尺寸分别为2.36mm、4.75mm、9.5mm、16.0mm、19.0mm时，其累计筛余分别为：95-100％、85-95％、50-80％、20-50％、0-10％；细集料级配需满足：当方孔筛尺寸分别为0.16mm、0.315mm、0.63mm、1.25mm、2.5mm、5.0mm时，其累计筛余分别为：90-100％、70-90％、40-70％、10-50％、0-25％、0-10％。
4、根据权利要求1所述预拌泵送重混凝土，其特征是水泥类材料是普通水泥、高效砼掺合料及矿粉。
5、根据权利要求1所述预拌泵送重混凝土，其特征是混凝土外加剂为以下至少二种或多种：萘系减水剂、三聚氰胺类减水剂、氨基磺酸盐类减水剂、聚羧酸类减水剂、木钙与糖钙类材料、聚磷酸盐、多元醇及其衍生物、硫酸盐、硫铝酸盐、硫化物、氯化物、羟基羧酸盐、亚硝酸盐、碳酸盐。
6、根据权利要求1所述预拌泵送重混凝土，其特征是功能调节剂为：甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、聚乙烯醇、淀粉钠、聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、聚丙烯酸钠、乙烯一醋酸乙烯共聚物、苯乙烯共聚物。
7、根据权利要求1所述预拌泵送重混凝土，其特征是按普通预拌混凝土的生产、运输、施工规程进行操作，每次生产与运输量比通常的少40％以上。
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