CN103803901B

CN103803901B - 一种重晶石抗辐射泵送混凝土

Info

Publication number: CN103803901B
Application number: CN201310725989.8A
Authority: CN
Inventors: 刘登贤; 陈东; 吴鑫
Original assignee: Sichuan Huashi Green House Building Materials Co Ltd
Current assignee: Sichuan Huashi Green House Building Materials Co Ltd
Priority date: 2013-12-25
Filing date: 2013-12-25
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2033-12-25
Also published as: CN103803901A

Abstract

本发明公开了一种重晶石抗辐射泵送混凝土，该混凝土按照重量份的配合比为：水泥：水：重晶石粉：重晶砂：重晶石：增效剂：外加剂=[340~450]：[110~170]：[75~150]：[1000~1400]：[1800~2000]：[2~4]：[7~19]。通过对原材料的选择和配比的设计，获得了一种密度高且流动性良好，能够用于泵送的抗辐射混凝土。

Description

一种重晶石抗辐射泵送混凝土

技术领域

本发明属于混凝土配制技术领域，涉及了一种重晶石抗辐射泵送混凝土。

背景技术

抗辐射混凝土不但要求满足结构强度，还要求重度大、含结合水多、具有比普通混凝土更良好的匀质性，混凝土在施工和使用期的收缩中均不允许存在空洞、裂缝。在直线加速器室的建设中，其屏蔽体材料如采用传统的铅板等重金属材料，不但价格昂贵，且构造复杂。

为了防止核射线外泄对人体产生伤害，都需要一种抗辐射的特种材料，以重晶石为粗细骨料的混凝土就是其中一种。抗辐射混凝土除能吸收X射线、γ射线外，还必须有削弱中子射线的能力，从而减少其外泄及对人体的伤害。因此抗辐射的原材料，特别是骨料的选择与普通混凝土有很大区别。合理地选择原材料是保证抗辐射混凝土质量的首要条件。

目前，采用重晶石配制的抗辐射混凝土已应用到实际工程中的表观密度主要有2900、3200、3300、3500kg/m³等规格，而混凝土的表观密度对其抗辐射性能具有重要影响，更高的密度有利于提高混凝土的抗辐射性能。在现有的抗辐射混凝土中表观密度≥3600kg/m³还十分少见。要获得密度更高的抗辐射混凝土，对原材料选择、配合比设计提出了较高的要求。

发明内容

本发明针对上述问题，提供了重晶石抗辐射泵送混凝土，经过大量试验，通过对原材料的选择和配比的设计，获得了一种表观密度高，工作性能和力学性能良好，能够用于泵送的抗辐射混凝土。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种重晶石抗辐射泵送混凝土，该混凝土按照重量份的配合比为：水泥：水：重晶石粉：重晶砂：重晶石：增效剂：外加剂=[340～450]：[110～170]：[75～150]：[1000～1400]：[1800～2000]：[2～4]：[7～19]。

作为可选方式，所述重晶石级配为5-25mm，属于连续级配，利于提高重晶石混凝土拌合物的和易性。

作为可选方式，所述重晶石的表观密度≥4400Kg/m³，硫酸钡含量（按质量计）≥95%，重晶石粉（按质量计）≤3.0%，含泥块量（按质量计）≤0.08%，针片状含量（按质量计）≤10%，压碎指标（按质量计）≤25%，松散堆积密度≥2600Kg/m³。所述重晶石的质量与技术性能指标属于Ⅰ级，选用这种重晶石更有利与提高混凝土的密度并保证混凝土的品质。

作为可选方式，所述重晶砂的细度模数为2.3～3.0的中砂，硫酸钡含量（按质量计）≥95%，石粉含量（按质量计）≤3%，亚甲蓝值（MB值）≤1.0，压碎指标（按质量计）≤20%，表观密度≥4250Kg/m³，硫化物及其他硫酸盐含量（折合成SO³按质量计）≤4.0%。所述重晶砂质量与技术性能指标属于Ⅰ级，选用这种重晶砂一方面有利于提高混凝土拌合物的和易性，另一方面更有利于提高混凝土的密实度。

作为可选方式，所述重晶石粉采用同矿区重晶石加工而成，比表面积420m²/kg。利于提高重晶石混凝土的填充密实度和拌合物的和易性。

作为可选方式，所述增效剂为CTF型增效剂。该增效剂使水分子与无机不溶颗粒充分接触，水泥水化反应更加充分，可以减少水泥用量。

作为可选方式，所述外加剂为聚羧酸系减水剂。具有梳型结构的聚羧酸系减水剂掺入新拌混凝土后，减水剂所带的极性阴离子活性基团如—SO₃H、—COOH等通过离子键、共价键、氢键及范德华力等相互作用紧紧地吸附在强极性的水泥颗粒表面，从而使水泥颗粒带电，根据同性电荷相斥原理，阻止了相邻水泥颗粒的相互接近，增大了水泥与水的接触面积，使水泥充分水化，并且在水泥颗粒扩散的过程中，释放出凝聚体所包含的游离水，改善了和易性，减少了拌水量。同时结构中具有亲水性的聚醚侧链，伸展于水溶液中，从而在所吸附的水泥颗粒表面形成有一定厚度的亲水性立体吸附层。当水泥颗粒靠近时，吸附层开始重叠，即在水泥颗粒间产生空间位阻作用，重叠越多，空间位阻斥力越大，对水泥颗粒间凝聚作用的阻碍也越大，使得混凝土的坍落度保持良好。因此，对水泥颗粒产生静电作用力和空间位阻斥力的聚羧酸系高效减水剂，在用量较小的情况下，便对水泥颗粒有显著的分散作用，同时聚合物的亲水聚醚侧链在水泥矿物水化产物中仍可以伸展开，这样聚羧酸类减水剂受到水泥的水化反应影响小，可长时间地保持分散效果，使坍落度损失减小。还可以往主链上添加具备不同作用的基团，集不同功能于一种产品。如除大幅度减小用水量外，还可以引气、调凝等；也可以根据不同用途需要添加基团，例如用于预拌混凝土时，就强化保持工作度性能良好的基团，以满足长距离运输、长时间待用的需要；用于预制混凝土时，则增加可以使拌合物发挥高早期强度的基团，以满足不用蒸汽养护也无需延长生产周期的需要等。

作为可选方式，所述混凝土按照重量份的配合比为：水泥：水：重晶石粉：重晶砂：重晶石：增效剂：聚羧酸系外加剂=[340～400]：[140～163]：[85～100]：[1155～1345]：[1857～1957]：[2～4]：[7.6～14.6]。采用该范围内的原料配比可以获得表观密度更高，流动性更好的混凝土拌合物。

作为可选方式，所述混凝土原料的按重量配比为：水泥400份、水140份、重晶石粉100份、重晶砂1155份、重晶石1988份、增效剂2.4份、聚羧酸系外加剂14.6份。可获得坍落度/扩展度为210mm/495mm，表观密度为3752kg/m³，28d抗压强度达59.7MPa的C50级抗辐射泵送混凝土。

作为可选方式，所述混凝土原料的按重量配比为：水泥380份、水144份、重晶石粉95份、重晶砂1210份、重晶石1957份、增效剂2.4份、聚羧酸系外加剂11.6份。可获得坍落度/扩展度为205mm/485mm，表观密度为3755kg/m³，28d抗压强度达49.1MPa的C40级抗辐射泵送混凝土。

作为可选方式，所述混凝土原料的按重量配比为：水泥360份、水151份、重晶石粉90份、重晶砂1275份、重晶石1912份、增效剂2.4份、聚羧酸系外加剂9.6份。可获得坍落度/扩展度为210mm/500mm，表观密度为3757kg/m³，28d抗压强度达38.7MPa的C30级抗辐射泵送混凝土。

作为可选方式，所述混凝土原料的按重量配比为：水泥340份、水163份、重晶石粉85份、重晶砂1345份、重晶石1857份、增效剂2.4份、聚羧酸系外加剂7.6份。可获得坍落度/扩展度为205mm/490mm，表观密度为3761kg/m³，28d抗压强度达28.3MPa的C20级抗辐射泵送混凝土。

作为可选方式，还可以在所述混凝土原料加入60-200重量份的钕铁硼永磁体粉末。通过添加钕铁硼永磁体粉末一方面引入B元素可以有效提高混凝土对中子流及二次射线的屏蔽作用，且不破坏其力学性能和工作性能；另一方面可以使混凝土具有局部的微弱磁场，从而提高混凝土的强度和耐久性。

本发明所述混凝土的一种可选制备方法：

A、将水泥、重晶石粉、重晶砂、重晶石按配比进行混合，干拌20～40s；

B、加入水，搅拌20～40s；

C、加入增效剂和外加剂搅拌60s以上。

本发明所述混凝土可以在搅拌站制备，然后运输到施工地点，通过泵送浇注。

本发明的有益效果：

1、本发明所述抗辐射泵送混凝土，经过大量试验，通过对原材料的选择和配比的设计，制得了表观密度高于3600kg/m³，具有良好的抗辐射性能的混凝土，还可以通过调整配方获得强度等级分别为C50、C40、C30和C20的各种抗辐射混凝土，以适应不同的应用要求，而且本发明克服了混凝土表观密度、强度与流动性之间的矛盾，制得混凝土表观密度、强度、流动性、抗辐射性能都很高的抗辐射混凝土，能够满足泵送要求，利于机械化施工。

2、本发明所述抗辐射泵送混凝土不含有金属，价格低廉，构造简单，且随着使用年限的增加，不会因混凝土的耐久性下降，出现内部金属腐蚀而导致混凝土性能降低的问题。

3、本发明虽采用密度大的材料做集料，但通过配合比的优化设计，很好解决了混凝土在施工中易离析性，水泥水化热大，混凝土易开裂的问题。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，应该理解的是，这些实施例仅用于例证的目的，决不限制本发明的保护范围。

在下述实施例中所用的水泥为峨胜P.O42.5R水泥。具体技术指标及化学成分见表1。本领域技术人员也可灵活选择性能相近的其他水泥。

表1水泥的基本物理性能

下述实施例中所用的重晶石来源于贵州，质量与技术性能指标属于Ⅱ级。本领域技术人员也可灵活选择其他重晶石。

下述实施例中所用的重晶砂来源于贵州，质量与技术性能指标属于Ⅰ级。本领域技术人员也可灵活选择其他重晶砂。

下述实施例中所用的重晶石粉来源于贵州，采用同矿区重晶石加工而成。本领域技术人员也可灵活选择其他重晶石粉。

下述实施例中所用的增效剂和外加剂均来源于西卡四川柯帅外加剂有限公司的CTF型增效剂和KS-JS型聚羧酸系减水剂。本领域技术人员也可灵活选择其他来源的增效剂和外加剂。

实施例1

一种重晶石抗辐射泵送混凝土，该混凝土按照组分单位kg/m³的配合比为：水泥：水：重晶石粉：重晶砂：重晶石：增效剂：外加剂=[340～450]：[110～170]：[75～150]：[1000～1400]：[1800～2000]：[2～4]：[7～19]。所得混凝土的表观密度为3700-3850kg/m3，28d抗压强度达25-65MPa，具有适合泵送浇注的良好的坍落度/扩展度，且具对伽马射线和中子射线都具有良好的屏蔽作用。

实施例2

一种重晶石抗辐射泵送混凝土，所述混凝土按照组分单位kg/m³的配合比为：水泥：水：重晶石粉：重晶砂：重晶石：增效剂：聚羧酸系外加剂=[340～400]：[140～163]：[85～100]：[1155～1345]：[1857～1957]：[2～4]：[7.6～14.6]。所得混凝土的表观密度为3750-3800kg/m³，28d抗压强度达28-60MPa具有适合泵送浇注的良好的坍落度/扩展度，且具对伽马射线和中子射线都具有良好的屏蔽作用。

实施例3

一种重晶石抗辐射泵送混凝土，所述混凝土原料的按重量配比为：水泥400份、水140份、重晶石粉100份、重晶砂1155份、重晶石1988份、增效剂2.4份、聚羧酸系外加剂14.6份。可获得坍落度/扩展度为210mm/495mm，表观密度为3752kg/m³，28d抗压强度达59.7MPa的C50级抗辐射泵送混凝土。

实施例4

一种重晶石抗辐射泵送混凝土，所述混凝土原料的按重量配比为：水泥380份、水144份、重晶石粉95份、重晶砂1210份、重晶石1957份、增效剂2.4份、聚羧酸系外加剂11.6份。可获得坍落度/扩展度为205mm/485mm，表观密度为3755kg/m³，28d抗压强度达49.1MPa的C40级抗辐射泵送混凝土。

实施例5

一种重晶石抗辐射泵送混凝土，所述混凝土原料的按重量配比为：水泥360份、水151份、重晶石粉90份、重晶砂1275份、重晶石1912份、增效剂2.4份、聚羧酸系外加剂9.6份。可获得坍落度/扩展度为210mm/500mm，表观密度为3757kg/m³，28d抗压强度达38.7MPa的C30级抗辐射泵送混凝土。

实施例6

一种重晶石抗辐射泵送混凝土，所述混凝土原料的按重量配比为：水泥340份、水163份、重晶石粉85份、重晶砂1345份、重晶石1857份、增效剂2.4份、聚羧酸系外加剂7.6份。可获得坍落度/扩展度为205mm/490mm，表观密度为3761kg/m³，28d抗压强度达28.3MPa的C20级抗辐射泵送混凝土。

在上述实施例中，所述混凝土的制备方法为：

A、将水泥、重晶石粉、重晶砂、重晶石按配比进行混合，干拌10～20s；

B、加入水，搅拌20～40s；

C、加入增效剂和外加剂搅拌60s以上。

将混凝土搅拌混合均匀后，由混凝土运输车运送到施工工地，参照如下的方法进行性能检测：GB/T50557-2010《重晶石抗辐射混凝土应用技术规范》、GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能性能试验方法标准》，检测结果如表2所示：

表2本发明各实施例中所述混凝土的性能参数

按照实例3、4、5、6制得一种重晶石抗辐射混凝土的线性衰减系数列于表3：

表3抗辐射混凝土线性衰减系数（cm^-1）

表中所述衰减系数为被测射线穿透1cm厚的混凝土后衰减的能量与初始能量的比值。重晶石抗辐射混凝土的抗辐射性能指标与其拌合物表观密度成正比，抗辐射混凝土的表观密度越大，抵抗γ射线和中子射线的能力越强。

采用混凝土抗氯离子渗透性试验方法ASTMC1202—91直流电量法测试防辐射高性能混凝土抗氯离子渗透性能。

表4抗辐射混凝土的抗渗透性能指标

（标准评定*，标养28d防辐射高性能混凝土电通量≤600C，标养56d防辐射高性能混凝土电通量≤400C，其渗透性极低）

在抗辐射混凝土设计中，重晶石粉的选择不仅起到了微集料填充作用，而且降低了混凝土毛细孔溶液中的Ca²⁺和OH^-的浓度，使电通量有一定程度的降低。

参照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》(GB/T50082—2009)对重晶石抗辐射混凝土碳化性能进行研究。结果示于表5：

表5重晶石抗辐射混凝土不同龄期碳化深度

由表5看出，重晶石抗辐射混凝土碳化深度均低于1.0mm。

实施例7

分别在实施例3所述方案中加入200重量份的钕铁硼永磁体粉末，在实施例4所述方案中加入150重量份的钕铁硼永磁体粉末，实施例5所述方案中加入100重量份的钕铁硼永磁体粉末，实施例6所述方案中加入6重量份的钕铁硼永磁体粉末，按照以下方法制备混凝土：

A、将水泥、重晶石粉、重晶砂、重晶石和钕铁硼永磁体粉末按配比进行混合，干拌10～20s；

B、加入水，搅拌20～40s；

C、加入增效剂和外加剂搅拌60s以上。

得到四种添加钕铁硼的混凝土，将所得混凝土分别说实施例3-6中所得的混凝土的性能进行一一对比，结果显示：钕铁硼永磁体粉末的加入使混凝土对中子射线的屏蔽作用提高了10-20%，使混凝土的强度提高了3-5%，混凝土耐久性也有所改善（28d碳化深度降低了2-4%）。其余性能均为发现显著差异。

以上所述仅为本发明的优选实施例，对本发明而言仅是说明性的，而非限制性的；本领域普通技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效变更，但都将落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种重晶石抗辐射泵送混凝土，其特征在于，该混凝土按照重量份的配合比为：水泥：水：重晶石粉：重晶砂：重晶石：增效剂：外加剂=[340～450]：[110～170]：[75～150]：[1000～1400]：[1800～2000]：[2～4]：[7～19]，所述混凝土原料中还含有60～200重量份的钕铁硼永磁体粉末，所述增效剂为CTF型增效剂。

2.根据权利要求1所述的重晶石抗辐射泵送混凝土，其特征在于，所述重晶石级配为5-25mm。

3.根据权利要求1所述的重晶石抗辐射泵送混凝土，其特征在于，所述重晶石的表观密度≥4400Kg/m³，硫酸钡含量≥95%，重晶石粉≤3.0%，含泥块量≤0.08%，针片状含量≤10%，压碎指标≤25%，松散堆积密度≥2600Kg/m³。

4.根据权利要求1所述的重晶石抗辐射泵送混凝土，其特征在于，所述重晶砂的细度模数为2.3～3.0的中砂，硫酸钡含量≥95%，石粉含量≤3%，亚甲蓝值≤1.0，压碎指标≤20%，表观密度≥4250Kg/m³，硫化物及其他硫酸盐折合成SO₃按质量计的含量≤4.0%。

5.根据权利要求1所述的重晶石抗辐射泵送混凝土，其特征在于，所述混凝土按照重量份的配合比为：水泥：水：重晶石粉：重晶砂：重晶石：增效剂：聚羧酸系外加剂=[340～400]：[140～163]：[85～100]：[1155～1345]：[1857～1957]：[2～4]：[7.6～14.6]。

6.根据权利要求1所述的重晶石抗辐射泵送混凝土，其特征在于，所述混凝土按照重量份的配比为：水泥400份、水140份、重晶石粉100份、重晶砂1155份、重晶石1988份、增效剂2.4份、聚羧酸系外加剂14.6份。

7.根据权利要求1所述的重晶石抗辐射泵送混凝土，其特征在于，所述混凝土按照重量份的配比为：水泥380份、水144份、重晶石粉95份、重晶砂1210份、重晶石1957份、增效剂2.4份、聚羧酸系外加剂11.6份。

8.根据权利要求1所述的重晶石抗辐射泵送混凝土，其特征在于，所述混凝土按照重量份的配比为：水泥360份、水151份、重晶石粉90份、重晶砂1275份、重晶石1912份、增效剂2.4份、聚羧酸系外加剂9.6份。

9.根据权利要求1所述的重晶石抗辐射泵送混凝土，其特征在于，所述混凝土按照重量份的配比为：水泥340份、水163份、重晶石粉85份、重晶砂1345份、重晶石1857份、增效剂2.4份、聚羧酸系外加剂7.6份。

10.根据权利要求1所述的重晶石抗辐射泵送混凝土，其特征在于，所述重晶石粉采用同矿区重晶石加工而成，比表面积420m²/kg。