CN102176331A - 利用玄武岩纤维制备的核电牺牲混凝土以及制备方法 - Google Patents

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本发明涉及一种建筑材料，尤其涉及一种核电牺牲混凝土以及该混凝土的制备方法。本发明的利用玄武岩纤维制备的核电牺牲混凝土，各组分的重量含量为：玄武岩纤维3-6份、胶凝材料350-500份、赤铁矿980-1150份、硅质卵石1100-1300份、水160-175份、外加剂4-6份。本发明考虑核电牺牲混凝土的开裂、耐高温等问题，充分利用玄武岩纤维的高熔点和无机纤维特点，通过配合比优化设计，以提高核电牺牲混凝土的耐高温性能和抗裂性能。

Description

利用玄武岩纤维制备的核电牺牲混凝土以及制备方法
技术领域
本发明涉及一种建筑材料，尤其涉及一种核电牺牲混凝土以及该混凝土的制备方法。
背景技术
随着我国低碳经济及可持续发展，降低火电比例，大力发展核电，满足电力需求、优化能源结构、保障能源安全，已成为政府和社会各界的共识。当前，世界上第三代核电站-EPR型核电站已有两座在建，但尚未有在役运行的。而核电站牺牲混凝土作为第三代核电站(EPR)的重要组成材料，它不仅可以防止在扩散的过程中对堆芯捕集器的钢结构造成瞬时的热载荷，而且可以降低熔融物的温度、减轻氧化物的密度、降低核泄露辐射值。因此，牺牲混凝土作为第三代核电站反应堆腔和堆芯捕集器的重要组成材料，关系到核电站的安全运营。然而，当前国内未有核电牺牲混凝土的制备方法与质量控制措施报道。
国外的相关技术要求采用0-8mm连续级配的赤铁矿(Fe2O3＞90％)和硅卵石(SiO2＞83％)按一定比例制备而成。由于上述要求均是基于国外原材料，考虑到我国赤铁矿品味不高，且地才与国外相差较大，这导致国外牺牲混凝土制备技术难以获得且不完全适用我国正在建设的第三代核电站。
目前核电牺牲混凝土有部分工程采用PP纤维以提高混凝土的抗裂性能，但是牺牲混凝土和PP纤维增强牺牲混凝土的抗裂性和高温性能较差。
发明内容
本发明的技术效果能够克服上述缺陷，提供一种利用玄武岩纤维制备的核电牺牲混凝土，其制备的高抗裂、耐高温的牺牲混凝土，充分提高牺牲混凝土的性能，从而增强核电站的安全性。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：其各组分的重量含量为：玄武岩纤维3-6份、胶凝材料350-500份、赤铁矿980-1150份、硅质卵石1100-1300份、水160-175份、外加剂4-6份。
优选地，所述的玄武岩纤维的单丝直径为7-15um、长度为2-4cm、纤维工作温度小于700°、粘结温度为1000-1100°。
所述的胶凝材料优选包括水泥、水泥和矿物掺合料。
所述的胶凝材料组份的重量配比为：水泥60-100％、矿物掺合料0-40％。
所述的水泥采用强度为P.I.42.5或P.II.42.5或P.I.52.5或P.II.52.5的水泥。
所述的矿物掺合料采用I级粉煤灰或S95级矿粉。
优选地，所述的赤铁矿中Fe2O3含量大于80％，CO2源物质含量不大于2％，含泥及泥块含量小于2％，其颗粒粒径在0.125-8mm。其中CO2源物质包括CaCO3和MgCO3。
优选地，所述的硅质卵石中SiO2含量大于83％，含泥及泥块含量不大于2％。
所述外加剂优选为聚羧酸减水剂，其减水率大于40％。
本发明的另一个目的是提供一种制备上述核电牺牲混凝土的方法，其包括如下步骤：
(1)原材料选取；
(2)按照规定的配料比例，将胶凝材料、赤铁矿、硅质卵石混合搅拌1-2min；
(3)加入玄武岩纤维搅拌0.5-1min；
(4)加外加剂和水，搅拌2-3min，即可制成核电牺牲混凝土。
本发明考虑核电牺牲混凝土的开裂、耐高温等问题，充分利用玄武岩纤维的高熔点和无机纤维特点，通过配合比优化设计，以提高核电牺牲混凝土的耐高温性能和抗裂性能。
利用本发明生产产品可达到如下技术指标：
1、力学性能：28d抗压强度为40-48MPa，满足C30/37要求；
2、混凝土耐高温性能：牺牲混凝土在1000度下恒温2h保持整体稳定性，剩余强度为8-15MPa，混凝土出现液相温度超过1230°；
3、混凝土含水率：混凝土初始含水率为6-6.5％，经过30d自然干燥或60度烘干1周，其含水率小于5％；
4、混凝土化学组成：Fe2O3为33-37％，SiO2为42-5％，Al2O3为4-7％，CaO为8-12％，MgO为0.5-1.0％，CO2为0-2％，H2O为4-5％。满足核电牺牲混凝土化学组成要求。
具体实施方式
实施例1
本发明的混凝土各组分的重量含量为：玄武岩纤维3份、胶凝材料350份、赤铁矿980份、硅质卵石1300份、水160份、外加剂6份。
所述的玄武岩纤维的单丝直径为7um、长度为2cm、纤维工作温度为690°、粘结温度为1000°。
所述的胶凝材料包括水泥和矿物掺合料。
所述的胶凝材料组份的重量配比为：水泥90％、矿物掺合料10％。
所述的水泥采用强度为P.I.42.5的水泥。
所述的矿物掺合料采用I级粉煤灰。
所述的赤铁矿中Fe2O3含量为91％，CO2源物质含量为2％，含泥及泥块含量为1.9％，其颗粒粒径在0.125-8mm。
所述的硅质卵石中SiO2含量为84％，含泥及泥块含量为2％。
所述外加剂为聚羧酸减水剂，其减水率为41％。
上述混凝土的制备方法，如下步骤：
(1)原材料选取；原材料化学全分析：针对水泥、赤铁矿、石英石、矿物掺合料进行化学全分析，赤铁矿及硅卵石的颗粒级配：上述两种材料的颗粒粒径应在0.1mm的连续级配，并采用筛分法，按照《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ52-2006)获得；
(2)按照规定的配料比例，将胶凝材料、赤铁矿、硅质卵石混合搅拌1min；
(3)加入玄武岩纤维搅拌0.5min；
(4)加外加剂和水，搅拌2min，即可制成核电牺牲混凝土。如试配过程中出现混凝土流动度过大或过小，可通过单方用水量和外加剂掺量进行调整。
耐高温核电牺牲混凝土现场浇注振捣，混凝土带模养护24h后拆模，混凝土养护28d后其抗压强度为45MPa，大板开裂法试验混凝土未见开裂，1000度后混凝土抗压强度为11.5MPa，1250度混凝土出现液相。
实施例2
本发明的混凝土各组分的重量含量为：玄武岩纤维5份、胶凝材料400份、赤铁矿1050份、硅质卵石1150份、水165份、外加剂5份。
所述的玄武岩纤维的单丝直径为7um、长度为3cm、纤维工作温度为650°、粘结温度为1050°。
所述的胶凝材料包括水泥和矿物掺合料。
所述的胶凝材料组份的重量配比为：水泥75％、矿物掺合料25％。
所述的水泥采用强度为P.II.42.5的水泥。
所述的矿物掺合料采用S95级矿粉。
所述的赤铁矿中Fe2O3含量为85％，CO2源物质含量为1.5％，含泥及泥块含量为1％，其颗粒粒径在0.125-8mm。
所述的硅质卵石中SiO2含量为95％，含泥及泥块含量为1.5％。
所述外加剂为聚羧酸减水剂，其减水率为45％。
上述混凝土的制备方法，如下步骤：
(1)原材料选取；针对水泥、赤铁矿、石英石、矿物掺合料进行化学全分析，赤铁矿及硅卵石的颗粒级配：上述两种材料的颗粒粒径应在0-8mm的连续级配，并采用筛分法，按照《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ52-2006)获得；
(2)按照规定的配料比例，将胶凝材料、赤铁矿、硅质卵石混合搅拌1.5min；
(3)加入玄武岩纤维搅拌0.8min；
(4)加外加剂和水，搅拌2.5min，即可制成核电牺牲混凝土。如试配过程中出现混凝土流动度过大或过小，可通过单方用水量和外加剂掺量进行调整。
实施例3
本发明的混凝土各组分的重量含量为：玄武岩纤维3-6份、胶凝材料450份、赤铁矿1150份、硅质卵石1100份、水175份、外加剂5份。
所述的玄武岩纤维的单丝直径为15um、长度为4cm、纤维工作温度为600°、粘结温度为1100°。
所述的胶凝材料包括水泥。
所述的水泥采用强度为P.I.52.5或P.II.52.5的水泥。
所述的矿物掺合料采用I级粉煤灰。
所述的赤铁矿中Fe2O3含量为80％，CO2源物质含量为1％，含泥及泥块含量为0.5％，其颗粒粒径在8mm。
所述的硅质卵石中SiO2含量为97％，含泥及泥块含量为1％。
所述外加剂为聚羧酸减水剂，其减水率为50％。
上述混凝土的制备方法，如下步骤：
(1)原材料选取；针对水泥、赤铁矿、石英石、矿物掺合料进行化学全分析，赤铁矿及硅卵石的颗粒级配：上述两种材料的颗粒粒径应在0-8mm的连续级配，并采用筛分法，按照《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ52-2006)获得；
(2)按照规定的配料比例，将胶凝材料、赤铁矿、硅质卵石混合搅拌2min；
(3)加入玄武岩纤维搅拌1min；
(4)加外加剂和水，搅拌3min，即可制成核电牺牲混凝土。如试配过程中出现混凝土流动度过大或过小，可通过单方用水量和外加剂掺量进行调整。

Claims (10)

1.一种利用玄武岩纤维制备的核电牺牲混凝土，其特征在于，各组分的重量含量为：玄武岩纤维3-6份、胶凝材料350-500份、赤铁矿980-1150份、硅质卵石1100-1300份、水160-175份、外加剂4-6份。
2.根据权利要求1所述的利用玄武岩纤维制备的核电牺牲混凝土，其特征在于，所述的玄武岩纤维的单丝直径为7-15um、长度为2-4cm、纤维工作温度小于700℃、粘结温度为1000-1100°。
3.根据权利要求1所述的利用玄武岩纤维制备的核电牺牲混凝土，其特征在于，所述的胶凝材料包括水泥、水泥和矿物掺合料。
4.根据权利要求3所述的利用玄武岩纤维制备的核电牺牲混凝土，其特征在于，所述的胶凝材料组份的重量配比为：水泥60-100％、矿物掺合料0-40％。
5.根据权利要求4所述的利用玄武岩纤维制备的核电牺牲混凝土，其特征在于，所述的水泥采用强度为P.I.42.5或P.II.42.5或P.I.52.5或P.II.52.5的水泥。
6.根据权利要求4所述的利用玄武岩纤维制备的核电牺牲混凝土，其特征在于，所述的矿物掺合料采用I级粉煤灰或S95级矿粉。
7.根据权利要求1所述的利用玄武岩纤维制备的核电牺牲混凝土，其特征在于，所述的赤铁矿中Fe2O3含量大于80％，CO2源物质含量不大于2％，含泥及泥块含量小于2％，其颗粒粒径在0.125-8mm。
8.根据权利要求1所述的利用玄武岩纤维制备的核电牺牲混凝土，其特征在于，所述的硅质卵石中SiO2含量大于83％，含泥及泥块含量不大于2％，其颗粒粒径在0.125-8mm。
9.根据权利要求1所述的利用玄武岩纤维制备的核电牺牲混凝土，其特征在于，所述外加剂为聚羧酸减水剂，其减水率大于40％。
10.一种用于权利要求1-9任一权利要求所述的混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)原材料选取；
(2)按照规定的配料比例，将胶凝材料、赤铁矿、硅质卵石混合搅拌1-2min；
(3)加入玄武岩纤维搅拌0.5-1min；
(4)加外加剂和水，搅拌2-3min，即可制成核电牺牲混凝土。
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