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Abstract

本发明提供了一种防辐射混凝土，包括以下重量分数原料组成：10‑15份水、25‑50份胶凝材料、25‑50份细骨料、45‑70份粗骨料、0.5‑1份减水剂和5‑9份纤维，还提供了粗细骨料的制备方法；本发明将骨料分成粗细骨料，并且骨料粒径不连续，有利于细骨料填充于粗骨料形成的孔隙，提高混凝土致密度。同时骨料中的风化蛇纹石含有活性氧化硅，能与生石灰发生水化反应，能弥补水泥水化体积的微膨胀，防止骨料和混凝土内部微裂纹的生成，有效实现对β、α、γ射线和中子的屏蔽。

Description

一种防辐射混凝土
技术领域
本发明属于混凝土制作领域，尤其涉及一种防辐射混凝土。
背景技术
核技术在核电、科研和医疗等领域得到认可，但其安全性严重限制了其进一步发展，因为未经防护的核技术在使用过程中会诱发多种人类疾病甚至绝症。防辐射混凝土又称防射线混凝土、屏蔽混凝土和重混凝土，因其能有效屏蔽原子核反应所产生的γ射线和中子射线，而被广泛用于辐射防护。防辐射混凝土以磁铁矿石、褐铁矿石和重晶石作骨料来屏蔽射线，但骨料仅占混凝土体积的40-80%，这严重影响了混凝土的屏蔽效率。同时，上述矿物材料均为紧缺天然材料，过度开采不利于资源可持续利用，而且这些材料作骨料易造成混凝土离析，甚至开裂，且施工性能差，严重影响核废料的固化安全效果。鉴于以上情况，寻找新途径提高防辐射混凝土的屏蔽性能势在必行。
发明内容
本发明针对上述防辐射混凝土存在的问题，提出一种防辐射混凝土。采用粗细两种骨料，更好的屏蔽射线同时增强混凝土的品质。
一种防辐射混凝土，包括以下重量分数原料组成： 10-15份水、25-50份胶凝材料、25-50份细骨料、45-70份粗骨料、0.5-1份减水剂和5-9份纤维。
所述的胶凝材料由以下重量分数原料制成：高铁磷铝酸盐水泥50-70份、磷酸氢钡10-30份、风化蛇纹石粉10-30份和生石灰2-8份，其中高铁磷铝酸盐水泥为： CaO30-45份、Al2O3 25-31份、P2O5 10-16%份、Fe2O3 8-14份、SiO2 2-5份；所述铅粉的比表面积为300-400m2/kg；所述纤维为铅硼聚乙烯纤维。
所述的粗、细骨料由以下重量分数原料组成：高铁磷铝酸盐水泥50-70份、磷酸氢钡10-30份、风化蛇纹石粉10-30份、生石灰2-8份、水5-20份和1.0-2.0份减水剂。
所述的粗、细骨料的制备步骤如下：
（1）将重量份数2-8份生石灰倒入10-30份风化蛇纹石粉，并在10-30分钟的混合搅拌过程中加入掺有1.0-2.0份减水剂的2-8份水；
（2）然后加入高铁磷铝酸盐水泥50-70份、磷酸氢钡10-30份和3-12份水，搅拌均匀，并造粒成球坯；
（3）将球坯在35-45℃、相对湿度80-95%和2-4MPa压力下养护30-100 min，然后晾干，过筛，直径0.15-3.75mm的颗粒为细骨料，直径9.5-26.5mm的颗粒为粗骨料。
本发明的有益效果：
（1）防辐射混凝土结构中的致密度直接影响着混凝土的屏蔽效果。结构越致密，混凝土屏蔽效果越好。合理的骨料级配分布能有效提高混凝土结构致密度。本发明将骨料分成粗细骨料，并且骨料粒径不连续，有利于细骨料填充于粗骨料形成的孔隙，提高混凝土致密度。
（2）骨料中的磷酸氢钡与高铁磷铝酸盐水泥的水化产物发生反应生成铝酸钡钙和磷铝酸钡钙，不但密度高，而且含有大量结晶水，能有效实现对γ射线和中子的屏蔽。
（3）骨料中的风化蛇纹石含有活性氧化硅，能与生石灰发生水化反应，并且水化体积收缩，能弥补高铁磷铝酸盐水泥水化体积的微膨胀，有效防止骨料和混凝土内部微裂纹的生成，提高二者密度，有效实现对β、α、γ射线和中子的屏蔽。
（3）本发明的原材料易得，方法简单，实施便利。
具体实施方式
实施例1
一种防辐射混凝土，包括以下重量分数原料组成： 10份水、25份胶凝材料、25份细骨料、70份粗骨料、0.5份减水剂和5份纤维。
所述的胶凝材料由以下重量分数原料制成：高铁磷铝酸盐水泥50份、磷酸氢钡10份、风化蛇纹石粉30份和生石灰8份。
所述的粗、细骨料的的原料质量份数和制备步骤如下：
（1）将重量份数2份生石灰倒入10份风化蛇纹石粉，并在10分钟的混合搅拌过程中加入掺有1.0份减水剂的2份水；
（2）然后加入高铁磷铝酸盐水泥70份、磷酸氢钡30份和12份水，搅拌均匀，并造粒成球坯；
（3）将球坯在35℃、相对湿度80%和4MPa压力下养护30 min，然后晾干，过筛，得到粗、细骨料。
实施例2
一种防辐射混凝土，包括以下重量分数原料组成： 15份水、50份胶凝材料、50份细骨料、45份粗骨料、1份减水剂和9份纤维。
所述的胶凝材料由以下重量分数原料制成：高铁磷铝酸盐水泥70份、磷酸氢钡30份、风化蛇纹石粉10份和生石灰2份。
所述的粗、细骨料的的原料质量份数和制备步骤如下：
（1）将重量份数8份生石灰倒入30份风化蛇纹石粉，并在30分钟的混合搅拌过程中加入掺有2.0份减水剂的8份水；
（2）然后加入高铁磷铝酸盐水泥50份、磷酸氢钡10份和3份水，搅拌均匀，并造粒成球坯；
（3）将球坯在45℃、相对湿度95%和2MPa压力下养护100 min，然后晾干，过筛，得到粗、细骨料。
实施例3
一种防辐射混凝土，包括以下重量分数原料组成： 12份水、40份胶凝材料、45份细骨料、55份粗骨料、0.8份减水剂和8份纤维。
所述的胶凝材料由以下重量分数原料制成：高铁磷铝酸盐水泥65份、磷酸氢钡25份、风化蛇纹石粉25份和生石灰6份。
所述的粗、细骨料的的原料质量份数和制备步骤如下：
（1）将重量份数5份生石灰倒入20份风化蛇纹石粉，并在20分钟的混合搅拌过程中加入掺有1.6份减水剂的6份水；
（2）然后加入高铁磷铝酸盐水泥60份、磷酸氢钡15份和6份水，搅拌均匀，并造粒成球坯；
（3）将球坯在40℃、相对湿度85%和3MPa压力下养护80min，然后晾干，过筛，得到粗、细骨料。
对比例
一种防辐射混凝土，包括以下重量分数的原料：15份水、75份硅酸盐水泥、35份天然砂骨料、80份天然石骨料、0.5份减水剂和4份纤维组成。
按照GB/T34008-2017《防辐射混凝土》将实施例及对比例中的原料份数制成混凝土，然后按照国标GB18871-2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》测定其防辐射性能，按照国标GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》测定工作性能，分别见表1、表2。
表1 防辐射混凝土线型衰减系数（cm-1）
Figure 669216DEST_PATH_IMAGE001
表2混凝土工作性能
Figure 350471DEST_PATH_IMAGE002
由表1可以看出，在不同强度的γ射线照射下，实施例的混凝土线型衰减系数明显高于对比例的，说明实施例的屏蔽效果明显优于对比例。由表2可以看出，本发明制得的混凝土的工作性能稍微优于常规防辐射混凝土的工作性能。

Claims (2)

1.一种防辐射混凝土，其特征在于，包括以下重量分数原料组成： 10-15份水、25-50份胶凝材料、25-50份细骨料、45-70份粗骨料、0.5-1份减水剂和5-9份纤维；
所述的粗、细骨料由以下重量分数原料组成：高铁磷铝酸盐水泥50-70份、磷酸氢钡10-30份、风化蛇纹石粉10-30份、生石灰2-8份、水5-20份和1.0-2.0份减水剂；
所述的粗、细骨料的制备步骤如下：
（1）将重量份数2-8份生石灰倒入10-30份风化蛇纹石粉，并在10-30分钟的混合搅拌过程中加入掺有1.0-2.0份减水剂的2-8份水；
（2）然后加入高铁磷铝酸盐水泥50-70份、磷酸氢钡10-30份和3-12份水，搅拌均匀，并造粒成球坯；
（3）将球坯在35-45℃、相对湿度80-95%和2-4MPa压力下养护30-100 min，然后晾干，过筛，直径0.15-3.75mm的颗粒为细骨料，直径9.5-26.5mm的颗粒为粗骨料。
2.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述的胶凝材料由以下重量分数原料制成：高铁磷铝酸盐水泥50-70份、磷酸氢钡10-30份、风化蛇纹石粉10-30份和生石灰2-8份，其中高铁磷铝酸盐水泥为： CaO30-45份、Al2O3 25-31份、P2O5 10-16份、Fe2O3 8-14份、SiO22-5份；所述纤维为铅硼聚乙烯纤维。
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