CN103922681A - 一种放射性物质处置用钢纤维混凝土高整体容器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种放射性物质处置用钢纤维混凝土高整体容器及其制备方法，其中该存储器包括由掺有减水剂和钢纤维的混凝土浇筑而成主体和盖体，混凝土由凝胶材料、骨料和水组成，其中混凝土的密度按2400kg/m3计算，每立方米混凝土中胶凝材料为550～600kg；胶凝材料由如下原料按质量百分比组成：水泥46～76%，硅灰2.7～7.7%，矿渣22～39%，粉煤灰2.7～7.7%；水与胶凝材料的质量比为0.23～0.28：1；骨料由砂和石子组成，砂率为33～38%；减水剂的掺量为胶凝材料总质量的1.5～2.5%；钢纤维的掺量为混凝土总体积的0.5～1.6%。本发明实现了对核废料的地表处理，降低了处理费用。

Description

一种放射性物质处置用钢纤维混凝土高整体容器及其制备方法

技术领域

本发明涉及核废料处理技术领域，具体地说是一种实现对核废料等放射性物质进行地面或半地下处理的放射性物质处置用钢纤维混凝土高整体容器及其制备方法。

背景技术

积极开发核能和推进核电工程建设，是我国能源建设的一项重要政策。“十二五”期间我国核电工程建设进入了一个高速发展期，每年将有3～5个核电站新开工建设。对我国核电建设来说，核废料的处置技术至为关键。核废料等放射性物质会严重污染环境，如处理不当不但对环境造成不可挽回的损害，还会对人类及各种生物造成损害。目前，对核废料等放射性物质的处理大多采用深地质处置方式。通过将放射性废物永久隔离的处置方法避免其对环境造成的损坏。深地质处置方式处置深度最深近百米，这种处置方式成本极高。如能采用地上或半地下方式处理放射性物质将会大大降低成本。但这必须保证存储放射性物质的容器具有耐腐蚀、强度高及能隔离射线等较高的要求，以便能保证放射性物质衰变至无害前的完整。而现有的存储放射性物质的容器均不能达到上述要求。

传统的核废料盛装与处置技术往往基于“多重屏障”的原理，利用钢结构或钢筋混凝土结构及其复合结构作为“缓冲材料”对核废料的放射性进行屏蔽，然后利用深埋的方式进行处置，因此这种工艺存在处置单元过大、无法进行安全监控的致命缺陷，而且传统的核废料混凝土或纤维增强混凝土容器存在着韧性不足、服役寿命短等缺陷。高整体性容器技术可以将固化后的核废料直接放置在容器中，在干湿、冷热、盐腐蚀、冲击等环境条件下安全保存300年；该技术可以简化多重屏障，不用填埋地下，节约大量的土地资源。

有鉴于上述现有的存放放射性物质的容器在使用中存在的诸多问题和缺陷，本发明人及加以研究和创新，最终发明了一种新颖的放射性物质处置用钢纤维混凝土高整体容器及其制备方法，使其处理技术实现了更新换代，且更加具有实用性。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种放射性物质处置用钢纤维混凝土高整体容器，具有耐腐蚀、强度高、使用寿命长的特点，实现了核废料等放射性物质的地表或半地下处理，大大降低了处理费用。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

放射性物质处置用钢纤维混凝土高整体容器，包括由掺有减水剂和钢纤维的混凝土浇筑而成主体和盖体，混凝土由凝胶材料、骨料和水组成，其特征在于，其中

混凝土的密度按2400kg/m3计算，每立方米混凝土中胶凝材料为550～600kg；

胶凝材料由如下原料按质量百分比组成：水泥46～76%，硅灰2.7～7.7%，矿渣22～39%，粉煤灰2.7～7.7%；

水与胶凝材料的质量比（水胶比）为0.23～0.28：1；

骨料由砂和石子组成，砂率（砂占骨料的质量百分比）为33～38%；

减水剂的掺量为胶凝材料总质量的1.5～2.5%；

钢纤维的掺量为混凝土总体积的0.5～1.6%。

作为优选，所述胶凝材料由如下原料按质量百分比组成：水泥51～69%，硅灰3～7%，矿渣25～35%，粉煤灰3～7%。

作为优选，所述石子的颗粒级配为5mm～10mm和10mm～20mm二级配，其中最大粒径不超过20mm。

作为优选，所述砂的细度模数为2.60。

作为优选，所述水泥采用P.I型水泥，强度标号不低42.5。

作为优选，所述减水剂为液态聚羧酸型减水剂，减水率为30%，

作为优选，所述砂率为35%。

作为优选，所述钢纤维选自镀铜钢纤维和端勾型钢纤维；其中镀铜钢纤维直径为0.18mm～0.23mm，长度为12mm～14mm；端勾型钢纤维的直径为0.6mm，长度为30mm～45mm；镀铜钢纤维单掺时掺量为1.2%～1.5%；端勾型钢纤维单掺时掺量为1.3%～1.6%；镀铜钢纤维和端勾型钢纤维双掺时掺量为0.7%～0.9%。

本发明的另一目的为提供一种上述放射性物质处置用钢纤维混凝土高整体容器的制备方法，以制得耐腐蚀、强度高、使用寿命长的存放放射性物质的存储器。实现该目的的技术方案如下：

放射性物质处置用钢纤维混凝土高整体容器的制备方法，包括如下步骤：

a.将上述任一所述的放射性物质处置用钢纤维增强混凝土高整体容器的原料提前一天放于20度的成型室内；

b.投料程序按石子一钢纤维一砂一胶凝材料的顺序投于料斗，首先在搅拌机里干拌1～2min，再加水湿拌3min，总搅拌时间控制在6min内，然后浇筑成型；

c.在温度20℃±2℃、相对湿度95%RH以上的条件下进行养护。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明的放射性物质处置用钢纤维混凝土高整体容器在物理性质、机械强度、耐辐射性、抗冻性能、化学稳定性等方面均保证了其在地表或半地下处理核废料等放射性物质时的安全性能。本发明的放射性物质处置用钢纤维混凝土高整体容器保证了放射性物质在衰变至无害前的完整性，实现了核废料等放射性物质的地表或半地下处理，达到节省处理费用。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

实施例一：

放射性物质处置用钢纤维混凝土高整体容器，由下述原料组成的混凝土浇筑而成，其中水泥360kg，硅灰25kg，矿渣190kg，粉煤灰45kg，水150kg，砂574kg，石子1067kg，镀铜钢纤维101kg，减水剂13.8kg。其中钢纤维可以根据确定的掺入体积和已知的密度换算得到相应的质量。

将上述任一所述的放射性物质处置用钢纤维混凝土高整体容器的原料提前一天放于20℃的成型室内；投料程序按石子一钢纤维一砂一胶凝材料的顺序投于料斗，首先在搅拌机里干拌1～2min，再加水湿拌3min，总搅拌时间控制在6min内，然后浇筑成型；在温度20℃±2℃、相对湿度95%RH以上的条件下进行养护。

石子的颗粒级配为5mm～10mm和10mm～20mm二级配，其中最大粒径不超过20mm，其它指标满足JGJ52-2006的要求。

砂采用普通黄砂，细度模数为2.60，其它指标满足JGJ52-2006的要求。

水泥采用P.I型水泥，强度标号不低42.5。

矿渣为S95级，满足GB/T18046-2008的要求。

硅灰满足GB/T18736-2002的要求。

粉煤灰为一级粉煤灰，满足GB/T1596-2005的要求。

水采用普通自来水，其它指标需满足JGJ63-2006的要求。

减水剂为液态聚羧酸型减水剂，减水率为30%。

钢纤维从材料上属于碳钢纤维；从形态分别为波纹扭曲和端勾，从生产方法上属于钢丝剪切法。

实施例二：

本实施例与实施例一的不同在于原料的变化。其中水泥360kg，硅灰45kg，矿渣165kg，粉煤灰30kg，水138kg，砂574kg，石子1067kg，弯钩钢纤维117kg，减水剂12kg。

实施例三：

本实施例与实施例一的不同在于原料的变化。其中水泥360kg，硅灰30kg，矿渣190kg，粉煤灰20kg，水168kg，砂574kg，石子1067kg，钢纤维93.6kg，为镀铜钢纤维和弯钩钢纤维双掺，减水剂15kg。

上述实施例的各项性能的测试结果见下表1。表1本发明的存储器的指标要求及测试结果

从表1可以看出，本发明的各项性能均符合实现对核废料地表处理的标准。采用本发明的存储器可实现对核废料等放射性物质的地表处理或半地下处理，大大降低了处理费用。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种放射性物质处置用钢纤维混凝土高整体容器，包括由掺有减水剂和钢纤维的混凝土浇筑而成主体和盖体，混凝土由凝胶材料、骨料和水组成，其特征在于，其中

混凝土的密度按2400kg/m3计算，每立方米混凝土中胶凝材料为550～600kg；

胶凝材料由如下原料按质量百分比组成：水泥46～76%，硅灰2.7～7.7%，矿渣22～39%，粉煤灰2.7～7.7%；

水与胶凝材料的质量比为0.23～0.28：1；

骨料由砂和石子组成，砂率为33～38%；

减水剂的掺量为胶凝材料总质量的1.5～2.5%；

钢纤维的掺量为混凝土总体积的0.5～1.6%。

2.根据权利要求1所述的放射性物质处置用钢纤维混凝土高整体容器，其特征在于，所述胶凝材料由如下原料按质量百分比组成：水泥51～69%，硅灰3～7%，矿渣25～35%，粉煤灰3～7%。

3.根据权利要求1所述的放射性物质处置用钢纤维混凝土高整体容器，其特征在于，所述石子的颗粒级配为5mm～10mm和10mm～20mm二级配，其中最大粒径不超过20mm。

4.根据权利要求1所述的放射性物质存储用混凝土高整体容器，其特征在于，所述砂的细度模数为2.60。

5.根据权利要求1所述的放射性物质处置用钢纤维混凝土高整体容器，其特征在于，所述水泥采用P.I型水泥，强度标号不低42.5。

6.根据权利要求1所述的放射性物质处置用钢纤维混凝土高整体容器，其特征在于，所述减水剂为液态聚羧酸型减水剂，减水率为30%，

7.根据权利要求1所述的放射性物质处置用钢纤维混凝土高整体容器，其特征在于，所述砂率为35%。

8.根据权利要求1所述的放射性物质处置用钢纤维混凝土高整体容器，其特征在于，所述钢纤维选自镀铜钢纤维和端勾型钢纤维；其中镀铜钢纤维直径为0.18mm～0.23mm，长度为12mm～14mm；端勾型钢纤维的直径为0.6mm，长度为30mm～45mm；镀铜钢纤维单掺时掺量为1.2%～1.5%；端勾型钢纤维单掺时掺量为1.3%～1.6%；镀铜钢纤维和端勾型钢纤维双掺时掺量为0.7%～0.9%。

9.放射性物质处置用钢纤维混凝土高整体容器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.将权利要求1-8任一权项所述的放射性物质处置用钢纤维增强混凝土高整体容器的原料提前一天放于20度的成型室内；

b.投料程序按石子一钢纤维一砂一胶凝材料的顺序投于料斗，首先在搅拌机里干拌1～2min，再加水湿拌3min，总搅拌时间控制在6min内，然后浇筑成型；

c.在温度20℃±2℃、相对湿度95%RH以上的条件下进行养护。