CN105254251A - 一种防辐射干粉砂浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种防辐射干粉砂浆及其制备方法，由以下重量份的成分组成：水泥25-32重量份，重晶石砂40-70重量份，黄砂2-33重量份，铁硼纳米合金纤维-塑钢纤维-杜拉纤维三元混杂纤维1.3-2.3重量份，外加剂0.5-2重量份。本发明采用的铁硼纳米合金纤维-塑钢纤维-杜拉纤维三元混杂纤维能有效限制早期混凝土中由于离析、泌水、收缩等因素形成的原生裂缝的发生与发展，从根源上减少原生裂缝的产生以及裂缝的数量和尺寸，极大提高混凝土的密实性，有效地对混凝土基体中的各级裂缝进行填充，进一步改善和提高界面过渡层的性能。实验结果表明，本发明制备的防辐射干粉砂浆具有良好的防辐射性能和力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种防辐射干粉砂浆及其制备方法。
背景技术
随着现代科学技术的飞速发展，医疗设备日新月异，各种高能射线在医学领域中得到越来越广泛的应用，这给人们带来方便的同时，也在某种程度上给人类带来了一些辐射危害。当今，辐射危害已被公认为继大气污染、水质污染、噪声污染后的第四大公害。据相关研究表明：电磁辐射是造成孕妇流产、不育、畸胎等病变的诱发因素；过量的电磁辐射直接影儿童组织发育、骨骼发育、视力下降，肝脏造血功能下降，严重者可导致视网膜脱落；电磁辐射可使内分泌紊乱。由于医院功能复杂，医疗设备中有众多特殊设备，如X射线机、CT机、直线加速器等。医学X光和CT检查是目前人们可能接触到的最大的人造辐射源，这种辐射能够穿透细胞，破坏DNA，对病人及医护人员造成辐射伤害。因此，放射室就需要密度大而且厚的防辐射建筑材料。
但是高密度的防辐射砂浆容易产生分层、离析和流挂等现象，这是该类材料普遍存在的问题，于是，人们就采用在砂浆中加入金属纤维的方法来提高其力学性能。但目前市面上常用的金属纤维在砂浆中与砂浆结合并不紧密，导致纤维在发挥抗裂作用时容易与砂浆脱离，其力学性能并没有得到应有的发挥。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种防辐射干粉砂浆及其制备方法，该防辐射干粉砂浆具有良好的防辐射性能和力学性能。
有鉴于此，本发明提供了一种防辐射干粉砂浆，由以下重量份的成分组成：水泥25-32重量份，重晶石砂40-70重量份，黄砂2-33重量份，铁硼纳米合金纤维-塑钢纤维-杜拉纤维三元混杂纤维1.3-2.3重量份，外加剂0.5-2重量份。
优选的，由以下重量份的成分组成：水泥26-30重量份，重晶石砂45-65重量份，黄砂5-30重量份，铁硼纳米合金纤维-塑钢纤维-杜拉纤维三元混杂纤维1.5-2重量份，外加剂0.8-1.6重量份。
优选的，所述水泥为铝酸钙含量为60-70％的高铝水泥。
优选的，所述重晶石砂的粒度为16-60目。
优选的，所述铁硼纳米合金纤维-塑钢纤维-杜拉纤维三元混杂纤维中铁硼纳米合金纤维、塑钢纤维、杜拉纤维的重量比为6-13∶1-5∶0.8-5。
优选的，所述外加剂包括重量比为1∶2-4∶0.5-3∶1-4的高效减水剂、可再分散乳胶粉、保水剂和消泡剂。
优选的，所述高效减水剂为聚羧酸减水剂或三聚氰胺减水剂。
优选的，所述可再分散乳胶粉为乙烯/醋酸乙烯酯的共聚物或醋酸乙烯/叔碳酸乙烯共聚物。
优选的，所述保水剂为水溶性羟乙基纤维素醚或甲基纤维素醚粉末。
相应的，本发明还提供一种防辐射干粉砂浆的制备方法，包括以下步骤：将25-32重量份水泥，40-70重量份重晶石砂，2-33重量份黄砂和0.5-2重量份外加剂混合，加入铁硼纳米合金纤维，搅拌20-30分钟后加入塑钢纤维，然后在搅拌中加入杜拉纤维，得到防辐射干粉砂浆，所述铁硼纳米合金纤维、塑钢纤维和杜拉纤维的总和为1.3-2.3重量份。
从以上方案可以看出，本发明提供了一种防辐射干粉砂浆及其制备方法，由以下重量份的成分组成：水泥25-32重量份，重晶石砂40-70重量份，黄砂2-33重量份，铁硼纳米合金纤维-塑钢纤维-杜拉纤维三元混杂纤维1.3-2.3重量份，外加剂0.5-2重量份。与现有技术相比，本发明采用的铁硼纳米合金纤维-塑钢纤维-杜拉纤维三元混杂纤维能有效限制早期混凝土中由于离析、泌水、收缩等因素形成的原生裂缝的发生与发展，从根源上减少原生裂缝的产生以及裂缝的数量和尺寸，极大提高混凝土的密实性，有效地对混凝土基体中的各级裂缝进行填充，进一步改善和提高界面过渡层的性能。其次，重晶石砂提高了砂浆的抗辐射能力。实验结果表明，本发明制备的防辐射干粉砂浆具有良好的防辐射性能和力学性能。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明实施例公开了一种防辐射干粉砂浆，由以下重量份的成分组成：水泥25-32重量份，重晶石砂40-70重量份，黄砂2-33重量份，铁硼纳米合金纤维-塑钢纤维-杜拉纤维三元混杂纤维1.3-2.3重量份，外加剂0.5-2重量份。
作为优选方案，所述水泥为铝酸钙含量为60-70％的高铝水泥。
作为优选方案，所述重晶石砂的粒度为16-60目。此组分为关键组分，可大大提高砂浆的防辐射性能。
作为优选方案，所述铁硼纳米合金纤维-塑钢纤维-杜拉纤维三元混杂纤维中铁硼纳米合金纤维、塑钢纤维、杜拉纤维的重量比优选为6-13∶1-5∶0.8-5，更优选为6-10∶1-3∶1-3，更优选为8-10∶2-3∶2-3。铁硼纳米合金纤维-塑钢纤维-杜拉纤维三元混杂纤维能有效解决砂浆抗压、抗折性能不好以及产生的分层、离析和流挂等问题。
本发明采用的铁硼纳米合金纤维-塑钢纤维-杜拉纤维三元混杂纤维具有以下优点：
高弹模的铁硼纳米合金纤维主要在裂缝开裂前期发挥增强增韧作用，当此纤维中的铁被轻微氧化后，此纳米纤维就具有很强的亲水性表面，在砂浆凝固之前就可与砂浆牢固粘合在一起，延缓前期裂缝的产生。硼在钢中的最大作用是只需极微量即可显著提高淬透性，提高钢材的平均性，另外还可改善力学性能、冷变形性能、焊接性能及高温性能等。在砂浆中平均分布的纳米合金纤维在砂浆中组成一张密集的金属网，具有一定的屏蔽辐射的作用。
弹模居中的塑钢纤维经特殊的纺丝工艺加工制成，具有较好的亲水性，在基体中的分散能力明显优于钢纤维，且具有较大的延伸率，兼具增强增韧以及抑制早期原生裂缝的作用。
数量众多的杜拉纤维主要在低拉应力状态下发挥作用，有效约束早期原生裂缝及微观裂缝的产生与发展。
此三元混杂纤维在混凝土基体内部呈三维随机乱向均匀分布，能有效限制早期混凝土中由于离析、泌水、收缩等因素形成的原生裂缝的发生与发展，从根源上减少原生裂缝的产生以及裂缝的数量和尺寸，极大提高混凝土的密实性。故铁硼纳米合金纤维-塑钢纤维-杜拉纤维三元混杂纤维相比于单一金属纤维能够更有效地对混凝土基体中的各级裂缝进行填充，进一步改善和提高界面过渡层的性能。
所述外加剂优选包括重量比为1∶2-4∶0.5-3∶1-4的高效减水剂、可再分散乳胶粉、保水剂和消泡剂。高效减水剂、可再分散乳胶粉、保水剂和消泡剂的重量比优选为1∶2-3∶1-3∶1-3，更优选为1∶3∶1∶2。所述高效减水剂优选为聚羧酸减水剂或三聚氰胺减水剂，能有效减少拌合用水量；可再分散乳胶粉优选为乙烯/醋酸乙烯酯的共聚物或醋酸乙烯/叔碳酸乙烯共聚物，能赋予砂浆较强的耐碱性、柔韧性。所述保水剂优选为水溶性羟乙基纤维素醚或甲基纤维素醚粉末，能有效保持水分。所述消泡剂优选为多元醇、聚硅氧烷、碳氢化合物、聚乙二醇和非结晶性二氧化矽中的一种或几种的混合物，能有效减少砂浆搅拌过程中产生的泡沫。
作为优选方案，本发明对组分的比例进行调整，优选由以下重量份的成分组成：水泥26-30重量份，重晶石砂45-65重量份，黄砂5-30重量份，铁硼纳米合金纤维-塑钢纤维-杜拉纤维三元混杂纤维1.5-2重量份，外加剂0.8-1.6重量份。更优选的，所述防辐射干粉砂浆由以下重量份的成分组成：水泥27-29重量份，重晶石砂20-60重量份，黄砂10-28重量份，铁硼纳米合金纤维-塑钢纤维-杜拉纤维三元混杂纤维1.6-1.9重量份，外加剂1-1.5重量份。
相应的，本发明还提供一种防辐射干粉砂浆的制备方法，包括以下步骤：将25-32重量份水泥，40-70重量份重晶石砂，2-33重量份黄砂和0.5-2重量份外加剂混合，加入铁硼纳米合金纤维，搅拌20-30分钟后加入塑钢纤维，然后在搅拌中加入杜拉纤维，得到防辐射干粉砂浆，所述铁硼纳米合金纤维、塑钢纤维和杜拉纤维的总和为1.3-2.3重量份。
在制备过程中，由于铁硼纳米合金纤维均匀乱向分布后会形成一张虚拟的金属网，可有一定的防辐射功能，因此，为了使纤维可在砂浆中均匀乱向分布，砂浆搅拌时先加入金属纳米合金纤维搅拌20分钟-30分钟。由于杜拉纤维在砂浆中容易结团，不宜搅拌太久，因此接着加入塑钢纤维，最后边搅拌边加入杜拉纤维。
从以上方案可以看出，本发明采用的铁硼纳米合金纤维-塑钢纤维-杜拉纤维三元混杂纤维能有效限制早期混凝土中由于离析、泌水、收缩等因素形成的原生裂缝的发生与发展，从根源上减少原生裂缝的产生以及裂缝的数量和尺寸，极大提高混凝土的密实性，有效地对混凝土基体中的各级裂缝进行填充，进一步改善和提高界面过渡层的性能。其次，重晶石砂提高了砂浆的抗辐射能力。因此，本发明制备的防辐射干粉砂浆抗压、抗折性强，屏蔽性能好。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
本发明实施例采用的原料和化学试剂均为市购。
本发明实施例采用的铁硼纳米合金纤维、塑钢纤维和杜拉纤维均购自安阳市金汇铁合金有限公司。
水泥为铝酸钙含量为60-70％的高铝水泥。
重晶石砂的粒度为40-50目。
高效减水剂为聚羧酸减水剂。
可再分散乳胶粉为乙烯/醋酸乙烯酯的共聚物。
保水剂为水溶性羟乙基纤维素醚。
消泡剂为聚乙二醇。
实施例1
按表1所示的原料及配比，将水泥，重晶石砂，黄砂，高效减水剂，可再分散乳胶粉，保水剂和消泡剂混合，加入铁硼纳米合金纤维，搅拌20-30分钟后加入塑钢纤维，然后在搅拌中加入杜拉纤维，得到防辐射干粉砂浆。
表1本发明实施例1-3采用的原料及配比
对本发明实施例制备的防辐射干粉砂浆进行检测，采用如下方法：
X射线具有较强的能量和穿透能力，经过不同物质时会与物质间发生相互作用造成能量损失，不同物质对射线的衰减性能差异性很大。实验中用X光束照射屏蔽材料，并使用剂量率仪测得屏蔽前与屏蔽后剂量率，利用下述公式计算X射线衰减系数，测得的剂量率与衰减系数计算结果如表2所示。
R2＝R1×e-μx
R1——无屏蔽材料时射束中心轴线上测得的剂量率(Gy·min-1)；
R2——放置屏蔽材料时射束中心轴线上测得的剂量(Gy·min-1)；
x——材料的厚度值(cm)；
μ——射线衰减系数(cm-1)。
得到的屏蔽性能如表2所示：
表2实施例1-4制备的防辐射干粉砂浆的屏蔽性能
实施例1-4制备的防辐射干粉砂浆的抗压性能如表3所示。
表3实施例1-4制备的防辐射干粉砂浆的抗压性能
实施例1-4制备的防辐射干粉砂浆的抗折性能如表4示。
表4实施例1-4制备的防辐射干粉砂浆的抗折性能
从以上结果可以看出，随着重晶石砂含量的增多，其屏蔽性能呈上升趋势，说明重晶石砂提高了砂浆的抗辐射能力。通过表3和表4可以看出随着金属纳米合金纤维加入量的增加，砂浆的抗压抗折性能也有所提升。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种防辐射干粉砂浆，其特征在于，由以下重量份的成分组成：
水泥25-32重量份，重晶石砂40-70重量份，黄砂2-33重量份，铁硼纳米合金纤维-塑钢纤维-杜拉纤维三元混杂纤维1.3-2.3重量份，外加剂0.5-2重量份。
2.根据权利要求1所述的防辐射干粉砂浆，其特征在于，由以下重量份的成分组成：
水泥26-30重量份，重晶石砂45-65重量份，黄砂5-30重量份，铁硼纳米合金纤维-塑钢纤维-杜拉纤维三元混杂纤维1.5-2重量份，外加剂0.8-1.6重量份。
3.根据权利要求1所述的防辐射干粉砂浆，其特征在于，所述水泥为铝酸钙含量为60-70％的高铝水泥。
4.根据权利要求1所述的防辐射干粉砂浆，其特征在于，所述重晶石砂的粒度为16-60目。
5.根据权利要求1所述的防辐射干粉砂浆，其特征在于，所述铁硼纳米合金纤维-塑钢纤维-杜拉纤维三元混杂纤维中铁硼纳米合金纤维、塑钢纤维、杜拉纤维的重量比为6-13∶1-5∶0.8-5。
6.根据权利要求1所述的防辐射干粉砂浆，其特征在于，所述外加剂包括重量比为1∶2-4∶0.5-3∶1-4的高效减水剂、可再分散乳胶粉、保水剂和消泡剂。
7.根据权利要求6所述的防辐射干粉砂浆，其特征在于，所述高效减水剂为聚羧酸减水剂或三聚氰胺减水剂。
8.根据权利要求6所述的防辐射干粉砂浆，其特征在于，所述可再分散乳胶粉为乙烯/醋酸乙烯酯的共聚物或醋酸乙烯/叔碳酸乙烯共聚物。
9.根据权利要求6所述的防辐射干粉砂浆，其特征在于，所述保水剂为水溶性羟乙基纤维素醚或甲基纤维素醚粉末。
10.一种防辐射干粉砂浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将25-32重量份水泥、40-70重量份重晶石砂、2-33重量份黄砂和0.5-2重量份外加剂混合，加入铁硼纳米合金纤维，搅拌20-30分钟后加入塑钢纤维，然后在搅拌中加入杜拉纤维，得到防辐射干粉砂浆，所述铁硼纳米合金纤维、塑钢纤维和杜拉纤维的总和为1.3-2.3重量份。
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