CN102898081A

CN102898081A - 一种用于射线防护结构的混凝土及制备方法

Info

Publication number: CN102898081A
Application number: CN2012103771717A
Authority: CN
Inventors: 钱伏华; 苏少勋; 沈益军
Original assignee: China Nuclear Industry Huaxing Construction Co Ltd
Current assignee: China Nuclear Industry Huaxing Construction Co Ltd
Priority date: 2012-10-08
Filing date: 2012-10-08
Publication date: 2013-01-30

Abstract

本发明涉及一种混凝土，尤其是一种用于核电建设的混凝土，属于核电工程技术领域。本发明提出一种用于射线防护结构的混凝土，按质量百分比计由以下组分均匀混合而成：作为骨料的蛇纹石碎石47%～49%和蛇纹石砂28%～30%，水泥13.5%～16%，拌合水9%～11.5%。其有益效果是：具有容重大、化学结合水含量高、混凝土拌合物和易性好的特点，可起到长期在高温条件下的抗辐射作用，有效屏蔽中子射线，满足核反应堆工程要求。

Description

一种用于射线防护结构的混凝土及制备方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土，尤其是一种用于核电建设的混凝土，属于核电工程技术领域。

背景技术

中子是原子核中不具电荷的粒子，中子射线是这些不具电荷的中子构成的中子流，是原子反应堆产生的放射线中的一种，不同的射线在物体中的穿透能力也不同，虽然一般的混凝土可以抵御中子射线，但效果不甚理想。据申请人了解，申请日为：2009年12月31日，申请号为200910249070.X，名称为《高性能辐射屏蔽混凝土材料》的中国专利申请公开了一种可以屏蔽中子射线的混凝土，通过在混凝土中加入富含结晶水的岩石骨料，改变混凝土的密度达到屏蔽中子射线的目的，由于自然界中含有结晶水的岩石较多，但大多数富含结晶水岩石的在100～200℃时结晶水就逸出，原矿物晶格便被破坏，严重影响屏蔽效果，其不足之处在于：仅解决了普通混凝土水泥用量过大和高性能混凝土耐久性差的问题，其产品仅限于制作核反应堆的内外壳以及核废料的固化处理。目前国内核反应堆屏蔽材料以重混凝土为主，随着核安全要求越来越高，核反应堆需要设置更安全的屏蔽保护。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对以上现有技术存在的缺陷，提出一种用于核反应堆的射线防护结构的混凝土，有效预防中子射线。

本发明通过以下技术方案解决技术问题，一种用于射线防护结构的混凝土，按质量百分比计，由以下组分均匀混合而成：作为骨料的蛇纹石碎石47%～49%和蛇纹石砂28%～30%，水泥13.5%～16%，拌合水9%～11.5%。

所述蛇纹石碎石的级配为筛孔直径3、40、50mm时，以重量百分比计，筛网中残留总量分别为90～100%、≤10 %、≤5%；所述蛇纹石砂的级配为筛孔直径0.25、0.63、1.25mm时，以重量百分比计，筛网中残留总量分别为≥99%、≥80 %、≤4%。详见表1、表2。

其中，所述骨料是由粗骨料为3～40mm连续级配蛇纹石碎石和细骨料为0.25～1.25mm级配蛇纹石砂组成，其中细骨料和粗骨料重量比为0.55～0.65。

所述细骨料由0.25～0.63mm和0.63～1.25mm两种粒级以1：5重量比混配而成。

制成之后的混凝土容重≥2320Kg/m³。

所述蛇纹石碎石、蛇纹石砂由蛇纹石岩石加工而成，所述蛇纹石岩石成分按重量百分比计，需满足以下要求： SiO₂含量≥35.00%，MgO含量≥30.00%，结晶水含量≥10.00%，在450℃条件下，化合水24小时损失率≤2%，比重≥2.5g/cm³，碳酸镁、碳酸钙和氯化物杂质的含量＜0.03%，抗压强度≥60MPa。

所述蛇纹石碎石中粉尘、盐份、粘土颗粒和游离石棉纤维含量≤2%，粘土块含量≤0.25%，蛇纹石碎石的松散容重≥1460kg/m³、紧密容重≥1670kg/m³；所述蛇纹石砂中游离石棉纤维的含量≤0.5%，蛇纹石砂的松散容重≥1280kg/m³、紧密容重≥1560kg/m³。

表1

筛孔直径(mm)	3	40	50
				筛网中残留总量%(重量比)	90～100	≤10	≤5

表2

筛孔直径(mm)	0.25	0.63	1.25
				筛网中残留总量%(重量比)	≥99	≥80	≤4

所述混凝土中水泥作为胶凝材料应采用活性较大的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥为宜，标号不应低于32.5#。

所述拌合水是饮用水。

本发明的混凝土是由下述方法制备得到的：按所述比例在搅拌装置中加入蛇纹石搅拌9～15秒后加入硅酸盐水泥搅拌12～18秒，加入占水总量1/3的水搅拌25～35秒再加入剩余的水搅拌50～70秒出料，即得成品。

采用本发明配制的混凝土，其出机坍落度为40～60mm，容重≥2320Kg/m³。300℃时重量损失＜0.1%、28天抗压强度≥40Mpa，混凝土干容重≥2250Kg/m³。

采用本发明配制的混凝土坍落度不能满足60mm要求时，可使用符合国家相关标准的减水剂。

本申请结合核反应堆内工作温度高（150℃以上）、结构复杂、防射线屏蔽要求高的特点，利用粘结材料即硅酸盐水泥和水配以蛇纹石骨料得到的混凝土，经过试验验证，其有益效果是：具有容重大、化学结合水含量高、混凝土拌合物和易性好的特点，可起到长期在高温条件下的抗辐射作用，有效屏蔽中子射线，满足核反应堆工程要求。

附图说明

图1 为本发明实施例一的结晶水损失率曲线图。

图中，系列1——蛇纹石混凝土温度结晶水变化曲线；系列2——磁铁矿混凝土温度结晶水变化曲线；系列3——普通混凝土1温度结晶水变化曲线；系列4——普通混凝土2温度结晶水变化曲线；系列5——蛇纹石温度结晶水变化曲线。

具体实施方式

实施例一

本实施例的混凝土配制方法如下：

1.蛇纹石骨料要求：粗骨料为3～40mm连续级配碎石，细骨料为0.25～1.25mm级配砂(由0.25～0.63mm和0.63～1.25mm两种粒级以1：5重量比混配而成)。蛇纹石骨料检测项目和结果见表3、表4、表5。

表3蛇纹石基本成果检测结果表

表4蛇纹石碎石和砂级配检测结果

表5蛇纹石碎石和砂密度、含泥量检测结果

Figure 2012103771717100002DEST_PATH_IMAGE003

2.配合比确定，见表6。

表6

3.在满足坍落度40～60mm条件下，该配合比混凝土实测容重为2390kg/m³，烘干后干容重为2290 kg/m³。

4.在搅拌站搅拌进行可行性试验。实测混凝土坍落度为55mm，混凝土湿容重为2400 kg/m³，混凝土和易性、粘聚性和保水性均较好，28d抗压强度超过40Mpa，混凝土物理力学性能完全满足施工技术要求。

5.蛇纹石混凝土配合比可行性试验：对选定配合比，在搅拌站搅拌进行可行性试验。实测混凝土坍落度为55mm，混凝土湿容重为2400 kg/m³，混凝土和易性、粘聚性和保水性均较好，混凝土物理力学性能完全满足施工技术要求。

6.蛇纹石混凝土试件放入150℃的烘箱中烘至恒重，使其中的自由水完全挥发，然后将烘过后称重了的试件立即置于300℃的烘箱中烘至恒重后试件重量损失低于0.1%和28天抗压强度高于42.8MPa。

7.蛇纹石混凝土施工要求：蛇纹石混凝土搅拌时间应比普通混凝土时间延长。其投料顺序及搅拌时间宜设置为：加骨料搅拌10s→加水泥搅拌15s→加1/3水搅拌30s→加剩余水搅拌60s→出料。计量精度：水泥和水为±1%，骨料为±2%。

8.蛇纹石混凝土在450℃温度下结晶水试验结果见图1。试验结果显示，蛇纹石混凝土在450℃温度下优于其它混凝土，其结晶水基本无损失，有效屏蔽中子射线，满足核反应堆工程要求。

实施例二

本实施例与实施例一大致相同，不同之处如下所述：

本实施例的配比如表7所示，

表7

Figure 2012103771717100002DEST_PATH_IMAGE005

在满足坍落度40～60mm条件下，该配合比混凝土实测容重为2340kg/m³，烘干后干容重为2260 kg/m³。

在搅拌站搅拌进行可行性试验。实测混凝土坍落度为56mm，混凝土湿容重为2350 kg/m³，混凝土和易性、粘聚性和保水性均较好，28d抗压强度超过40Mpa，混凝土物理力学性能完全满足施工技术要求。

蛇纹石混凝土配合比可行性试验：对选定配合比，在搅拌站搅拌进行可行性试验。实测混凝土坍落度为56mm，混凝土湿容重为2350 kg/m³，混凝土和易性、粘聚性和保水性均较好，混凝土物理力学性能完全满足施工技术要求。

蛇纹石混凝土试件放入150℃的烘箱中烘至恒重，使其中的自由水完全挥发，然后将烘过后称重了的试件立即置于300℃的烘箱中烘至恒重后试件重量损失低于0.1%和28天抗压强度高于42.8MPa。

蛇纹石混凝土施工要求：蛇纹石混凝土搅拌时间应比普通混凝土时间延长。其投料顺序及搅拌时间宜设置为：加骨料搅拌10s→加水泥搅拌15s→加1/3水搅拌30s→加剩余水搅拌60s→出料。计量精度：水泥和水为±1%，骨料为±2%。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种用于射线防护结构的混凝土，按质量百分比计，由以下组分均匀混合而成：作为骨料的蛇纹石碎石47%～49%和蛇纹石砂28%～30%，水泥13.5%～16%，拌合水9%～11.5%。

2.根据权利要求1所述用于射线防护结构的混凝土，其特征在于：所述蛇纹石碎石的级配为筛孔直径3、40、50mm时，以重量百分比计，筛网中残留总量分别为90～100%、≤10 %、≤5%；所述蛇纹石砂的级配为筛孔直径0.25、0.63、1.25mm时，以重量百分比计，筛网中残留总量分别为≥99%、≥80 %、≤4%。

3.根据权利要求1或2所述用于射线防护结构的混凝土，其特征在于：所述骨料由粗骨料为3～40mm连续级配蛇纹石碎石和细骨料为0.25～1.25mm级配蛇纹石砂组成，其中细骨料和粗骨料重量比为0.55～0.65。

4.根据权利要求3所述用于射线防护结构的混凝土，其特征在于：所述细骨料由0.25～0.63mm和0.63～1.25mm两种粒级以1：5重量比混配而成。

5.根据权利要求4所述用于射线防护结构的混凝土，其特征在于：所述混凝土的容重≥2320Kg/m³。

6.根据权利要求5所述用于射线防护结构的混凝土，其特征在于：所述蛇纹石碎石、蛇纹石砂由蛇纹石岩石加工而成，所述蛇纹石岩石成分按重量百分比计， SiO₂含量≥35.00%，MgO含量≥30.00%，结晶水含量≥10.00%，在450℃条件下，化合水24小时损失率≤2%，比重≥2.5g/cm³，碳酸镁、碳酸钙和氯化物杂质的含量＜0.03%，抗压强度≥60MPa。

7.根据权利要求6所述用于射线防护结构的混凝土，其特征在于：所述蛇纹石碎石中粉尘、盐份、粘土颗粒和游离石棉纤维含量≤2%，粘土块含量≤0.25%，松散容重≥1460kg/m³、紧密容重≥1670kg/m³；所述蛇纹石砂中游离石棉纤维的含量≤0.5%，松散容重≥1280kg/m³、紧密容重≥1560kg/m³。

8.根据权利要求7所述用于射线防护结构的混凝土，其特征在于：所述水泥为硅酸盐水泥。

9.根据权利要求1至8任一所述用于射线防护结构的混凝土的制备方法，其特征在于：按所述比例在搅拌装置中加入蛇纹石搅拌9～15秒后加入硅酸盐水泥搅拌12～18秒，加入1/3的水搅拌25～35秒再加入剩余的水搅拌50～70秒出料，即得成品。