CN106316173B

CN106316173B - 一种核电工程用加重防辐射水泥

Info

Publication number: CN106316173B
Application number: CN201610734034.2A
Authority: CN
Inventors: 覃爱平; 李昌清; 程海平; 侯益红
Original assignee: Shimen Gezhouba Dam Special India Cements Ltd
Current assignee: Shimen Gezhouba Dam Special India Cements Ltd
Priority date: 2016-08-28
Filing date: 2016-08-28
Publication date: 2018-08-24
Anticipated expiration: 2036-08-28
Also published as: CN106316173A

Abstract

本发明公开了一种核电工程用加重防辐射水泥，包括以下质量百分含量的组分：核电水泥熟料70‑80%、重晶石10‑20%、铁矿粉3‑5%、石膏2.0‑4.0%、硼砂2.0‑6.0%，硅灰1.0‑3.0%、氯化锂0.08‑0.2%；其中核电水泥熟料是通过采用生料配料方案为饱和比KH=0.870±0.02，硅率n=2.75±0.1，铝率p=0.7±0.1，并经煅烧工艺烧制而成。本发明具有低水化热、低干缩率、高密度高强度的性能，可以有效屏蔽α、β、γ、X射线及中子射线。

Description

一种核电工程用加重防辐射水泥

技术领域

本发明涉及一种核电工程用加重防辐射水泥，属于特种水泥制备领域。

背景技术

核电工程及其他防辐射工程用水泥具有低水化热、高强度、干缩性小、防辐射等特性。因此，不但要满足中热水泥的水化热标准，还要满足道路水泥的干缩率要求和硅酸盐水泥的强度要求，以及工程本身的特殊需求。要同时满足多品种水泥不同的技术指标要求，指标范围窄，生产难度大，同时还需要防核辐射。

而核辐射中主要有α、β、γ、X射线及中子射线。在这些射线中，α、β射线穿透力弱，很容易被吸收，一般厚度的防护材料就能屏蔽。防核辐射材料主要屏蔽的是γ、X射线和中子射线。γ射线代表一种光子流，是一种高能量、高频率的电磁波，具有巨大的穿透能力，对生物体有强烈的伤害作用，只有高密度的材料才可阻挡其传播。对γ、X射线，物质密度越大，防护屏蔽性能越好。中子射线是由不带电荷的中性粒子组成，具有高度的穿透能力，对人体产生的危害比相同剂量的γ、X射线更为严重，可分为快速、中速和慢速中子。中子射线不可以单一地通过增加防护材料的厚度来有效屏蔽其辐射，是当前防辐射研究的突破点和难点。

目前国内外常用的防辐射水泥主要有钡水泥、锶水泥、含硼水泥。钡水泥和锶水泥稳定性差，只能屏蔽防护γ、X射线，不能屏蔽中子。含硼水泥吸收中子时会有能量释放并伴随二次γ射线的产生，需要采用含重金属元素的重骨料避免二次γ射线污染。

而目前普遍采用的防辐射方法是，利用通用水泥，在混凝土骨料中添加部分具有防辐射能力的铁矿石、重晶石的重集料或含锂、硼等轻元素的物料，其抗辐射能力是远远达不到由防辐射水泥制成的混凝土的程度，同时由于其水化热和强度满足不了要求，造成混凝土开裂，耐久性差等现象。甚至为了达到防辐射的目的，增加混凝土的厚度，造成物料的浪费。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种核电工程用加重防辐射水泥。

本发明采用的技术方案：一种核电工程用加重防辐射水泥，包括以下质量百分含量的组分：核电水泥熟料 70-80%、重晶石10-20%、铁矿粉3-5%、石膏2.0-4.0%、硼砂2.0-6.0%，硅灰1.0-3.0%、氯化锂0.08-0.2%；所述核电水泥熟料是通过采用生料配料方案为饱和比KH=0.870±0.02，硅率n=2.75±0.1，铝率p=0.7±0.1，并经煅烧工艺烧制而成。

优选地，所述核电水泥熟料的生料配方组分为：石灰石75-85%、矽砂、铝质材料、铁质材料，其中铝质材料、铁质材料为常规水泥用的铝质材料和铁质材料。

优选地，所述核电水泥熟料的生料各组分重量百分含量为：石灰石75-85%、矽砂3.0-8.0%、铝质材料3.0-15.0%、铁质材料1.0-8.0%。

优选地，所述核电水泥熟料是通过以下方法制得的：将石灰石、矽砂、铝质材料及铁质材料混合均匀并粉磨至过150-200目筛，然后将混合料输送至回转窑内煅烧。

优选地，所述核电水泥熟料C₂S控制在25.0%-40%，C₃A控制在1.0%-2.5%，既有利于降低水化热，又有利于提高后期强度，符合核电工程用的特殊需求。

所述重晶石中BaSO₄≥85%，作为加重材料，提高水泥密度和防辐射能力。

铁矿粉、硼砂、硅灰与重晶石掺和，具有全面屏蔽α、β、γ、X射线及中子射线的能力。

石膏粉符合GB/T5483规定G类或A类二类（含）以上的石膏或天然石膏。

相比现有技术而言，本发明的特点：

（1）、本发明的核电工程用加重防辐射水泥具有低水化热的特性：3d可低于200KJ/Kg，7天可低于220KJ/Kg；

（2）、具有低干缩率的特性：7d可低于0.04%,28d可低于0.080%；

（3）、具有高密度高强度的性能，特别是后期强度高。干灰密度可达3.45g/cm³以上，水泥抗压强度3d可≥17.0MPa,28d可≥52.5MPa，技术性能指标均优于国家标准GB/T31545-2015；

（4）、可以有效屏蔽α、β、γ、X射线及中子射线；

（5）、首次提出将C₂S控制在25.0%-40%，C₃A控制在1.0%-2.5%的熟料矿物组分用于核电水泥；

（6）、在核电水泥熟料的生料配料中引入了矽砂作为硅质原材料，因其特有的高硅低碱的特征，为达到偏低饱和比(KH)，偏高硅率(n)和低铝率(p)提供了非常有利的组成，而低铁的特点，为铁质原材料的添加提供了较为广阔的范围，也有利于C₄AF的控制。

具体实施方式

现结合具体实施例，对本发明作进一步的阐述。所举实例只用于解释本发明，并非限制本发明的范围。

实施例一

1、核电水泥的生料配料坚持以降低熟料中C₃S和C₃A含量、提高C₂S（C₂S：25.0%-40%）和C₄AF含量、降低水化热、保持合理膨胀性为目的，选用的方案为饱和比KH=0.873，硅率n=2.81，铝率p=0.75。生料配方中组分为石灰石、矽砂、铝质材料、铁质材料四种；这四种组分的按一定比例配合后，保证各化学成分为SiO₂:15.42%、Al₂O₃:2.35%、Fe₂O₃:3.13%、CaO:42.69%、MgO：1.09%、SO₃：0.31%、R₂0：0.37%。

2、核电水泥熟料的煅烧需考虑低饱和比、偏高硅率和低铝率的特点，采取“快窑薄料、低温烧成、快烧快冷”的方法。具体是将石灰石、矽砂、铝质材料及铁质材料混合均匀并粉磨至过150-200目筛，然后将混合料输送至回转窑内煅烧。在煅烧时，采用高发热量的烟煤（Q≥21700kJ/kg），提高烧成热力强度，同时提高大窑转速，可使熟料结粒细小均齐，稳定C₃S和C₂S的含量及晶体特性，既能保证熟料质量，又能提高产量。适当缩短烧成带,增大二次风量，提高熟料冷却速度，能防止晶型转化，同时使熟料具有易磨性。烧制出熟料化学成分及矿物组分为：SiO₂:23.40%、Al₂O₃:3.62%、Fe₂O₃:4.83%、CaO:64.23%、MgO：1.66%、SO₃：0.85%、R₂0：0.58%、C₃S：49.99%、C₂S：29.41、C₃A：1.41、C₄AF：14.69，其熟料物理性能如下：水化热3d：219KJ/Kg、7d：235KJ/Kg；抗压强度3d：26.5MPa,28d：63.6MPa。

3、核电工程用加重防辐射水泥，由以下质量百分含量的组分：核电水泥熟料75%、重晶石13.8%、铁粉4%、石膏粉2.8%、硼砂2.8%，硅灰1.5%、氯化锂0.1%。将上述原料混合均匀细磨至比表面积在300m²/kg-350m²/kg，即得所述核电工程用加重防辐射水泥，由于上述水泥熟料具有超低的水化热和超高的抗压强度（与同类型核电水泥熟料相比），在水泥磨制时可掺入较大份量的防辐射材料，提高水泥自身的防辐射能力。其主要技术性能指标为：干灰密度为3.46g/cm³；比表面积322m²/kg；水化热3d：177KJ/Kg,7d：202KJ/Kg，干缩率7d为0.039%，28d为0.071%；抗压强度3d：18.9MPa,28d：53.2MPa,90d：65.2MPa，180d：75.1MPa，360d：77.8MPa。

实施例二

1.核电水泥熟料的生料配料方案如实施例一。

2.核电水泥熟料煅烧及烧制出熟料化学成分及矿物组分如实施例一。

3.核电工程用加重防辐射水泥，由以下质量百分含量的组分：核电水泥熟料70.0%、重晶石18.0%、铁粉4.5%、石膏粉3.0%、硼砂2.9%，硅灰1.5%、氯化锂0.1%。将上述原料混合均匀细磨至比表面积在300m²/kg-350m²/kg，即得所述核电工程用加重防辐射水泥，其主要技术性能指标为：干灰密度为3.55g/cm³；比表面积331m²/kg；水化热3d：171KJ/Kg,7d：197KJ/Kg；干缩率7d为0.040%，28d为0.078%；抗压强度3d：18.1MPa,28d：52.8MPa,90d：63.7MPa，180d：74.4MPa，360d：76.2MPa。

实施例三

1.核电水泥熟料的生料配料方案如实施例一。

3.核电工程用加重防辐射水泥制成，由以下质量百分含量的各个组分构成：核电水泥熟料 78%、重晶石10.8%、铁粉4%、石膏粉2.8%、硼砂2.8%，硅灰1.5%、氯化锂0.1%。将上述原料混合均匀细磨至比表面积在300m²/kg-350m²/kg，即得所述核电工程用加重防辐射水泥。其主要技术性能指标为：干灰密度为3.45g/cm³；比表面积328m²/kg；水化热3d：185KJ/Kg,7d：209KJ/Kg；干缩率7d为0.037%，28d为0.075%；抗压强度3d：19.4MPa,28d：54.4MPa,90d：65.9MPa，180d：76.8MPa，360d：78.4MPa。

实施例四

1.核电水泥熟料的生料配料方案如下：饱和比KH=0.868，硅率n=2.71，铝率p=0.68，生料化学成分如下：SiO₂:15.250%、Al₂O₃:2.31%、Fe₂O₃:3.40%、CaO:42.69%、MgO：0.94%、SO₃：0.30%、R₂0：0.31%。

2.核电水泥熟料煅烧方法如实施例一。烧制出熟料化学成分及矿物组分为：SiO₂:23.90%、Al₂O₃:3.89%、Fe₂O₃:5.40%、CaO:64.28%、MgO：1.46%、SO₃：0.8%、R₂0：0.50%、C₃S：44.01%、C₂S：35.34、C₃A：1.15、C₄AF：16.42，其熟料物理性能如下：水化热3d：196KJ/Kg、7d：239KJ/Kg；抗压强度3d：25.3MPa,28d：64.8MPa。

3.核电工程用加重防辐射水泥，由以下质量百分含量的各个组分构成：核电水泥熟料 75%、重晶石14.7%、铁粉3.5%、石膏粉2.8%、硼砂2.5%，硅灰1.4%、氯化锂0.1%。将上述原料混合均匀细磨至比表面积在300m²/kg-350m²/kg，即得所述核电工程用加重防辐射水泥。其主要技术性能指标为：干灰密度为3.47g/cm³；比表面积337m²/kg；水化热3d：173KJ/Kg,7d：201KJ/Kg；干缩率7d为0.038%，28d为0.079%；抗压强度3d：18.7MPa,28d：53.9MPa，90d：66.7MPa，180d：76.5MPa，360d：79.2MPa。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种核电工程用加重防辐射水泥，包括以下质量百分含量的组分：核电水泥熟料70-80%、重晶石10-20%、铁矿粉3-5%、石膏2.0-4.0%、硼砂2.0-6.0%，硅灰1.0-3.0%、氯化锂0.08-0.2%；所述核电水泥熟料是通过采用生料配料方案为饱和比KH=0.870±0.02，硅率n=2.75±0.1，铝率p=0.7±0.1，并经煅烧工艺烧制而成。

2.根据权利要求1所述的核电工程用加重防辐射水泥，其特征在于，所述核电水泥熟料的生料配方组分为：石灰石、矽砂、铝质材料、铁质材料。

3.根据权利要求2所述的核电工程用加重防辐射水泥，其特征在于，所述核电水泥熟料是通过以下方法制得的：将石灰石、矽砂、铝质材料及铁质材料混合均匀并粉磨至过150-200目筛，然后将混合料输送至回转窑内煅烧。

4.根据权利要求1或2或3所述的核电工程用加重防辐射水泥，其特征在于，所述核电水泥熟料C₂S控制在25.0%-40%，C₃A控制在1.0%-2.5%。

5.根据权利要求1所述的核电工程用加重防辐射水泥，其特征在于，所述重晶石中BaSO₄≥85%。