CN104874348B

CN104874348B - 一种降低混凝土中氡析出率的复合吸附材料

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Publication number: CN104874348B
Application number: CN201510192510.8A
Authority: CN
Inventors: 张永贵; 彭超; 张平; 王阳; 章诚; 单文华; 张金成; 常豪; 周建; 邓君
Original assignee: Anhui Co Ltd Of Chinese Building Material Inspection Certification Group; China Building Materials Academy CBMA
Current assignee: Anhui Co Ltd Of Chinese Building Material Inspection Certification Group; China Building Materials Academy CBMA
Priority date: 2015-04-22
Filing date: 2015-04-22
Publication date: 2017-08-25
Anticipated expiration: 2035-04-22
Also published as: CN104874348A

Abstract

本发明实施例公开了一种降低混凝土中氡析出率的复合吸附材料，其组分包括活性炭与硅灰、沸石粉；其中，各组分的质量分数分别为活性炭60％～95％，硅灰2％～25％，沸石粉2％～20％；将上述的复合吸附材料直接添加到混凝土中，沸石粉在起到吸附作用的同时，促进各组分与混凝土混合的效果，使得复合吸附材料均分分布在混凝土中，并且硅灰能够充分堵塞水泥颗粒间的孔隙，同时活性炭对析出的氡原子进行捕获从源头上控制氡气的释放，上述作用相互协同使得可以直接降低室内氡气浓度，解决室内氡污染问题，在工业生产和日常生活中有重要意义。

Description

一种降低混凝土中氡析出率的复合吸附材料

技术领域

本发明涉及一种混凝土外加剂，具体涉及一种降低混凝土中氡析出率的复合吸附材料。

背景技术

伴随着工业技术发展和人们生活水平的提高，人类生产实践活动导致的天然辐射照射水平的增加作为一种对公众健康和环境造成危害的因素，日益得到社会广泛关注。国际癌症研究机构已将氡归为Ⅰ类致癌物。世界卫生组织也将氡列入19种重要的环境致癌物。据联合国辐射效应科学委员会最新研究成果表明：居民终生(75年)处在氡浓度为100Bqm^-3环境中所致肺癌的超额相对危险因子为0.16。国内多位学者调查研究表明室内氡浓度平均水平在逐渐升高，2000年之后建造房屋居室内氡浓度升高明显，其主要原因是大量矿渣在建材中的使用；研究还表明加气混凝土的氡析出率最高，混凝土次之，然而混凝土是人类用量最大的建筑材料。因此降低混凝土中氡的析出率可以直接降低室内氡浓度，从而减少居民的受照射剂量。

据报道，埃及采用天然纤维材料用于防氡辐射，用炉灰水泥作为建筑物的内墙预涂料，对氡气具有良好的屏蔽作用。在专利w00212796中，发明人利用含沸石分子筛的装置可吸附空气中的氡气。专利DE19645193采用聚烯烃与不少于20％的碳粉混合制备防氡板吸收氡气。在美国专利US5331022中，研究人员将水溶液、溶剂、乙烯-氯-丙烯酸酯共聚物分散体系，用于减少室内氡气污染。专利US-5331122涉及轻质防氡防潮建筑材料复合板。在专利US5194158中采用聚合物膜和硅橡胶等复合而成的多孔膜作为防氡系统。S.Takriti等人提出在水泥砌筑物外覆盖一层PE薄膜可以减少氡气的散射。K.N.YU等人认为在波特兰水泥中加入硅胶(silica fume)可以阻止氡气的散射。Kant K等人认为偏高岭土(METAKAOLIN)可作为一种水泥的防氡添加剂，使氡气的辐射率比正常的水泥减少30％。

国内主要集中在防氡涂料和防氡砂浆的研究，防氡涂料方面主要有：南华大学肖德涛等人研制得环保降氡涂料降氡效率可达80％以上；湖南省劳动卫生职业病防治研究所研制的871防氡涂料；浙江大学化学系余利民等人研制的环保型防氡涂料对氡和其他放射性物质具有良好的阻挡和隔离作用等等。防氡砂浆方面主要有：香港城市大学高秀峰等人研制的复合砂浆有效地降低居室内氡气浓度；西南科技大学何登良等人研制的防氡防辐射水泥砂浆。此外，北京朗新明环保科技有限公司罗小红等人研发了一种防辐射板。

防氡复合板、膜，防氡涂料、砂浆均对室内氡气浓度降低有较好的效果。防氡复合板、膜通阻隔作用，阻止氡气的散射；过防氡涂料和防氡砂浆主要是利用形成的膜有很好的致密性使得氡不会从墙体逃逸到空气中来，但是防氡涂料和防氡砂浆喷涂之后墙体难免会有裂缝产生或者是墙体上有开关等存在一定缝隙，氡会从这些缝隙中进入室内，使得防氡效果降低。虽然也有一些防氡涂料和防氡砂浆中掺氡气的吸附剂沸石和硅胶等，同样也存在缝隙，使得氡轻易的进入室内。防氡涂料和防氡砂浆都是一种被动的防氡体系，使用过程中受到裂缝的影响不可避免。因此，研究如何降低墙体本身氡析出率，对降低室内氡浓度具有非常重要的意义。

发明内容

防氡涂料、防氡砂浆和防辐射板都是被动的防氡，建筑物中一旦有缝隙，防氡的效果将大大的降低，然而现代建筑物有采暖系统、有通风系统、照明系统以及厨房的排烟系统等等，都会产生缝隙，采用防氡涂料、防氡砂浆和防辐射板无法解决。为了解决以上技术问题，本发明实施例中提供了一种降低混凝土中氡析出率的复合吸附材料，并将此复合吸附材料添加到混凝土中，直接降低混凝土中氡的析出率，从而直接降低建筑物内氡气的浓度，是一种主动的方法，是在建筑物在建设的时候就开始实施，同时也是一种提前预防的方法。

复合吸附材料的降低氡析出率的原理是利用复合吸附材料的很强的吸附能力对孔隙或者迁移路径上的氡原子进行捕获，局部降低氡浓度，从而使周边更多的氡原子通过该路径而被吸附；同时由于混凝土的粒径与复合吸附材料的粒径存在差异，复合吸附材料的粒子可以填充到混凝土的空隙中，对空隙起到堵塞作用，减弱氡的析出。

本发明提供的一种降低混凝土中氡析出率的复合吸附材料的组分包括活性炭、硅灰与沸石粉；其中，各组分的质量分数分别为活性炭60％～95％，硅灰2％～25％，沸石粉2％～20％。

优选的，上述的复合吸附材料，其中，复合吸附材料的组分还包括改性硅藻土、改性高岭土，其中，质量分数分别为改性硅藻土1％～2％、改性高岭土1％～2％。

优选的，上述的复合吸附材料，其中，各组分的质量分数分别为活性炭85％～92％，硅灰3％～8％，沸石粉4％～8％。

优选的，上述的复合吸附材料，其中，各组分的质量分数分别为活性炭90％，硅灰5％，沸石粉5％。

优选的，上述的复合吸附材料，其中，所述活性炭的粒径为40～300目。

优选的，上述的复合吸附材料，其中，所述活性炭的粒径为150～250目。

优选的，上述的复合吸附材料，其中，所述活性炭选自木质炭，椰壳炭、煤质炭、果壳炭中的一种或者多种。

优选的，上述的复合吸附材料，其中，所述沸石粉的粒径为80～200目。

优选的，上述的复合吸附材料，其中，所述沸石粉的粒径为100～150目。

将上复合吸附材料添加到混凝土中降低混凝土中氡析出率，其中，复合吸附材料的添加量为基准水泥质量的1％-5％(质量分数)。

优选的，将上述复合吸附材料添加到混凝土中降低混凝土中氡析出率，其中，复合吸附材料的添加量为基准水泥质量的3％-5％(质量分数)。

本发明提供的复合吸附材料中，硅灰的平均粒径为150nm左右，比水泥颗粒的粒径小100～150倍，因此，在混凝土中掺杂硅灰后，硅灰颗粒能充分堵塞水泥颗粒之间的空隙，使氡在混凝土中的扩散能力减弱，从而导致混凝土建材的氡析出率降低。

沸石粉含有一定量的活性二氧化硅和三氧化二硅，能与水泥的水化产物氢氧化钙作用，生成胶凝物质改善混凝土拌合物的和易性，提高混凝土强度，改善硅灰、活性炭与混凝土混合时，漂浮在混凝土表面不易混合均匀的缺点。

虽然活性炭颗粒较水泥颗粒的粒径大很多，因此，活性炭的加入不会堵塞水泥颗粒间的孔隙甚至可能使孔隙度增加，但是活性炭对氡的吸附作用能够对孔隙或者迁移路径上的氡原子进行捕获，局部降低氡浓度，从而使周边更多的氡原子通过该路径而被吸附。

同时，改性高岭土和改性硅藻土，由于本身的吸附作用和物理特点，加入到混凝土中时，能够捕捉一定的金属离子，同时，借助于其自身的可塑性，结合性等特点，能够使得复合吸附材料的制备更容易，并且在掺杂入混凝土过程中改善掺杂效果，促进复合吸附材料分布局均匀。

因此，相对于现有技术，本发明具有以下优点：

1、于本发明是将复合吸附材料主动添加到混凝土中，沸石粉在起到吸附作用的同时，促进各组分与混凝土混合的效果，使得复合吸附材料均分分布在混凝土中，并且硅灰能够充分堵塞水泥颗粒间的孔隙，同时活性炭对析出的氡原子进行捕获从源头上控制氡气的释放，可以直接降低室内氡气浓度，彻底解决室内氡污染问题；

2、本发明制备的复合吸附材料能够通过常规的混合过程使得其均匀分散在混凝土中，并且借助于复合吸附材料各组分对混凝土中氡等金属离子的物理化学作用，能够能有效地，及时地捕捉氡元素；

3、将本发明由于综合硅灰、沸石粉、活性炭分别对氡析出率降低的原理，将所有作用综合应用，并且属于主动方法，对高本底地区，尤其广东和香港地区，能够有效地的控制室内氡气的浓度；

4、由于通过添加复合吸附材料能够降低伴生矿的废渣中放射性核素的含量，进行建材生产，具有极大经济效益和社会效益。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的一种降低混凝土中氡析出率的复合吸附材料的制备是通过将各组分按照质量分数称取之后，通过机械搅拌，混合均匀，制成复合吸附材料。

实施例1

一种降低混凝土中氡析出率的复合吸附材料，各组分的质量分数为木质炭60％、硅灰25％、沸石粉15％，其中，木质炭的粒径为40目，沸石粉的粒径为80目。

实施例2

一种降低混凝土中氡析出率的复合吸附材料，各组分的质量分数为果壳炭和椰壳炭的混合炭75％、硅灰15％、沸石粉10％，其中，木质炭和果壳炭的目数为250目，沸石粉的粒径为200目。

实施例3

一种降低混凝土中氡析出率的复合吸附材料，各组分的质量分数为木质炭和椰壳炭的混合碳85％、硅灰10％、沸石粉4％，改性硅藻土1％，其中，木质炭和椰壳炭的目数为200目，沸石粉的粒径为100目。

实施例4

一种降低混凝土中氡析出率的复合吸附材料，各组分的质量分数为煤质炭、椰壳炭和果壳炭的混合炭87％、硅灰3％、沸石粉8％，改性高岭土2％，其中，煤质炭、椰壳炭和果壳炭的目数为300目，沸石粉的粒径为120目。

实施例5

一种降低混凝土中氡析出率的复合吸附材料，各组分的质量分数为果壳炭和椰壳炭的混合炭90％、硅灰5％、沸石粉5％，其中，果壳炭和椰壳炭的目数为200目，沸石粉的粒径为150目。

实施例6

一种降低混凝土中氡析出率的复合吸附材料，各组分的质量分数为果壳炭和椰壳炭的混合炭92％、硅灰4％、沸石粉4％，其中，果壳炭和椰壳炭的目数为200目，沸石粉的粒径为150目。

实施例7

一种降低混凝土中氡析出率的复合吸附材料，各组分的质量分数为果壳炭和椰壳炭的混合炭95％、硅灰2％、沸石粉2％，改性高岭土1％，其中，果壳炭和椰壳炭的目数为150目，沸石粉的粒径为200目。

实施例8

一种降低混凝土中氡析出率的复合吸附材料，各组分的质量分数为果壳炭和椰壳炭的混合炭94％、硅灰2％、沸石粉2％，改性高岭土1％，改性硅藻土1％，其中，果壳炭和椰壳炭的目数为250目，沸石粉的粒径为150目。

试验例

使用实施例1-8所述的复合吸附材料，直接添加到混凝土中，与混凝土原材料一起搅拌成型，28d养护后采用密闭容器法对混凝土试块的氡析出率进行测试，检测所述复合吸附材料对混凝土中氡析出率的影响。

氡析出率降低效率η，根据下述公式计算：

η为氡析出率降低效率，％；

Rn_原始为原混凝土的氡析出率，mBq/m²s；

Rn_吸附为添加复合吸附材料的混凝土的氡析出率，mBq/m²s。

实验结果如表1所示，其中实施例1-8复合吸附材料的添加量为基准水泥的质量百分数。

由表1可知，加入实施例1-8的复合吸附材料之后，混凝土的氡析出率明显降低；并且随着复合吸附材料各组分的比例不同，氡析出率呈明显降低趋势的同时，表现出不同的技术效果，尤其以实施例5的复合吸附材料添加混凝土之后，氡析出率降低56.1％。可见，复合吸附材料的组成在最佳情况下可以实现各组分的作用以及协同效果的最大化。

根据表1的实验结果，应用实施例5的复合吸附材料添加到混凝土中，并且逐渐增加复合吸附材料的用量，并按照上述实验条件，测试氡析出率，实验结果如表2所示，其中实施例5复合吸附材料的添加质量为基准水泥的质量百分数。

随着复合吸附材料用量的增加，混凝土中氡析出率显著降低，当复合吸附材料的用量为基准水泥质量的5％时，氡析出率降至0.198mBq/m²s，相比于不添加复合吸附材料降低87.3％。但是复合吸附材料的用量不能超过基准水泥质量的5％(质量分数)，超过之后混凝土的抗压强度等性能会受到影响。

表1

表2

实验证明，将本发明的复合吸附材料添加到混凝土中，沸石粉在起到吸附作用的同时，促进各组分与混凝土混合的效果；硅灰能够充分堵塞水泥颗粒间的孔隙；活性炭对析出的氡原子进行捕获，通过复合机理从源头上控制氡气的释放，可以直接降低室内氡气浓度，解决室内氡污染问题，在工业生产和日常生活中有重要意义。

Claims

1.一种降低混凝土中氡析出率的复合吸附材料，其特征在于，所述复合吸附材料组分包括活性炭、硅灰与沸石粉；其中，各组分的质量分数分别为活性炭85％～92％，硅灰3％～10％，沸石粉4％～8％；

所述复合吸附材料的添加质量为基准水泥质量的1％-5％；

所述复合吸附材料组分还包括改性硅藻土、改性高岭土，其中，质量分数分别为改性硅藻土1％～2％、改性高岭土1％～2％。

2.根据权利要求1所述复合吸附材料，其特征在于，所述复合材料的各组分的质量分数分别为活性炭85％～90％，硅灰3％～5％，沸石粉4％～5％。

3.根据权利要求1所述复合吸附材料，其特征在于，所述活性炭的粒径为40～300目。

4.根据权利要求3所述复合吸附材料，其特征在于，所述活性炭的粒径为150～250目。

5.根据权利要求1所述复合吸附材料，其特征在于，所述活性炭选自木质炭、椰壳炭、煤质炭、果壳炭中的一种或者多种。

6.根据权利要求1所述复合吸附材料，其特征在于，所述沸石粉的粒径为80～200目。

7.根据权利要求1所述复合吸附材料，其特征在于，所述硅灰的粒径为150nm。