CN108793894A - 一种重晶石防辐射混凝土 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种重晶石防辐射混凝土，属于建筑材料领域，包括以重量份数计的水泥207‑255份、重骨料2360‑2700份、含铅玻璃85‑105份、铁矿砂360‑480份、粉煤灰97‑103份、矿粉62‑79份、玻璃纤维20‑40份、减水剂3.88‑4.46份、缓凝剂1.22‑2.33份、水胶比为0.40‑0.45。其具有较高的强度，不易产生裂缝、防辐射性能好的优点。

Description

一种重晶石防辐射混凝土
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，更具体的说，它涉及一种重晶石防辐射混凝土及其施工方法。
背景技术
重晶石是以硫酸钡为主要成分的非金属矿产品，纯重晶石显白色，有光泽，重晶石化学性质稳定，不溶于水和盐酸，无磁性和毒性，且具有吸收X射线的性能。
在现代社会，由于核工业的发展和放射性同位素在工业、医疗及科研实验室等个方面的应用，如何屏蔽辐射保护工作人员不受伤害，成为当前迫切需要解决的问题。大多数的材料减弱这些高能量、高频电磁波主要是依照康普顿散射效应的衰减效率，大致上与辐射路线上的材料的质量或密度成正比。现有防护方法中，以混凝土最为经济，通常将普通的混凝土通过浇筑成具有一定厚度的大体积墙体，来屏蔽辐射。
重晶石混凝土以重晶石、重晶砂为粗细骨料，通过增加表观密度和密实性来提高对X射线和r射线的屏蔽能力，能够有效吸收X射线和r射线，减少对人体的伤害。混凝土的表观密度和保留结晶水直接影响混凝土中抗辐射的能力，通常表观密度越大、保留结晶水越多，混凝土的将抗辐射性能越好。在可利用空间有限的情况下，还可以采取浇筑的重晶石混凝土来减小屏蔽辐射混凝土的厚度而不降低屏蔽效果。
重晶石的密度较大，可以提高混凝土的密度，但是重晶石的质地较脆，需要合适的配合比保证混凝土的强度，混凝土的强度越高，水化热也越高，容易产生裂缝，不仅影响了混凝的强度，还影响了混凝土的防辐射能力。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种重晶石防辐射的混凝土，其具有较高的强度，不易产生裂缝、防辐射性能好的优点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种重晶石防辐射混凝土，包括以重量份数计的水泥207-255份、重骨料2360-2700份、含铅玻璃85-105份、铁矿砂360-480份、粉煤灰97-103份、矿粉62-79份、玻璃纤维20-40份、减水剂3.88-4.46份、缓凝剂1.22-2.33份、水150-196份。
较优选地，所述重骨料包括质量比为0.74-0.85:1的重晶砂和重晶石。
较优选地，所述重晶石砂的表观密度为4508Kg/m3，含泥量为2.56％，泥块含量为1.3％，细度模数为2.96。
较优选地，所述重晶石粒度范围为5-20mm连续级配，表观密度为4357Kg/m3，含泥量为0.23％，泥块含量为0.18％，针片状颗粒为0％，压碎指标为21.98％。
通过选用重晶砂和重晶石作为重骨料，提高混凝土的密度，可减少浇筑是混凝土的厚度，节省空间。
较优选地，所述减水剂采用下述方法制备而得；
(1)由包含4-丁氨基苯甲酸九聚乙二醇单甲醚酯-马来酸酐-木质素磺酸钙高分子接枝共聚物、聚乙二醇和丙烯酸的混合料在水存在、80-95℃的条件下反应5-7小时，干燥，得混合物A；
(2)由包含步骤(1)的混合物A、丙烯酸和水玻璃的混合料在水存在、80-90℃的条件下反应4-6小时，降温至40-50℃，得到混合物B；
(3)向步骤(2)的混合物B中加入消泡剂，并采用pH调节剂调节pH值为7.0-9.0，制得减水剂；以重量份数计，步骤(1)中的4-丁氨基苯甲酸九聚乙二醇单甲醚酯-马来酸酐-木质素磺酸钙高分子接枝共聚物15-20份、聚乙二醇5-10份和丙烯酸2.5-5份，步骤(2)中的丙烯酸2.5-5份和水玻璃15-20份，步骤(3)中的消泡剂1-3份。
较优选地，步骤(3)中所述pH调节剂选自氢氧化钠、碳酸氢钠、碳酸钠。
通过选用本发明的减水剂可减少混凝土所需水的使用量，并能满足规定的稠度要求，提高混凝土的和易性，减少游离氯离子的迁移通道，降低氯离子对混凝土的侵蚀；减水剂可以增加水化效率，减少单位用水量，增加强度，节省用水泥量，防止混凝土离析，提高抗渗性，增加耐久性，减少混凝土收缩率，避免混凝土结构产生裂纹。
较优选地，所述缓凝剂包括以重量份数计的葡萄糖酸钠5-7份、(L+)-酒石酸10-15份、柠檬酸钠2-4份、马来酸酐-丙烯酸共聚物2-3份、浮石粉10-15份、糖钙0.3-0.8。
通过采用本发明的缓凝剂，在无机缓凝剂和有机缓凝剂的基础上，配合浮石粉、糖钙、分散剂，既能改善混凝土的缓凝效果，又能提高强度；浮石粉具有独特的孔道结构，可以吸附大量的水分子形成较厚的水膜层，将缓凝剂吸附并储存在其孔道或间隙内，并在外界环境发生变化时，将缓凝剂脱附并释放出来，从而起到可控型缓凝效果，推迟水化热峰值，有利于热量消散，使混凝土温升降低，减少混凝土内外温差，避免产生功能温度裂缝。
较优选地，所述含铅玻璃包括重量比为1.05-1.21:1的粒径范围为6-20mm的含铅玻璃和粒径范围为3-6mm的含铅玻璃。
通过选用不同粒径范围的含铅玻璃，使得重晶石防辐射混凝土之间的间隙都能够被填充，制得的重晶石防辐射混凝土结构密实，强度较高；同时，含铅玻璃可以实现对α、β、γ、X射线的吸收，辅助重晶石对射线的屏蔽作用，使得重晶石防辐射混凝土的的防辐射效果好。
较优选地，所述矿粉为S95级高炉矿渣粉，比表面积425cm2/g，流动度101％，比活性指数7d为85％，28d为105％。
通过采用高炉矿渣粉，改善混凝土硬化后的孔结构和强度，又由于矿粉细度较高，会吸附在水泥颗粒表面，使得本来可能形成的水泥絮凝结构无法形成，起到类似减水剂的作用，在用水量相同的情况下能显著提高混凝土拌合物的流动速度，改善其流动性能，且对改善混凝土的早期孔结构有一定的作用，有利于提高混凝土的耐久性。
较优选地，所述铁矿砂的含水率为3.5％-18.7％之间，表观密度为3237Kg/m3，含泥量为18.89％，泥块含量为8.8％，细度模数为1.25。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
第一、本发明通过对重骨料配合比的改进，使得重晶石防辐射混凝土的表观密度达到3500Kg/m3以上，防辐射效果好。
第二、通过采用本发明的缓凝剂，在无机缓凝剂和有机缓凝剂的基础上，配合浮石粉、糖钙、分散剂，既能改善混凝土的缓凝效果，又能提高强度；浮石粉具有独特的孔道结构，可以吸附大量的水分子形成较厚的水膜层，将缓凝剂吸附并储存在其孔道或间隙内，并在外界环境发生变化时，将缓凝剂脱附并释放出来，从而起到可控型缓凝效果，推迟水化热峰值，有利于热量消散，使混凝土温升降低，减少混凝土内外温差，避免产生功能温度裂缝。
第三、本发明提供了一种减水剂，可减少混凝土所需水的使用量，并能满足规定的稠度要求，提高混凝土的和易性，减水剂可以增加水化效率，减少单位用水量，增加强度，节省用水泥量，防止混凝土离析，提高抗渗性，增加耐久性，减少混凝土收缩率，避免混凝土结构产生裂纹。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。应该理解的是，本发明实施例所述制备方法仅仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明的构思前提下对本发明制备方法的简单改进都属于本发明要求保护的范围。
以下实施例中，用到的材料均来自于市售，其中重晶石与重晶砂采用北京产的重晶石与重晶砂，其化学性质稳定，不溶于水和盐酸，主要成分为BaSO4，含量93％，密度为4.4-4.6Kg/m3；粉煤灰为天津产F类Ⅰ级粉煤灰，细度7.9％，需水量93％，烧失量3.05％；水选用饮用水，其中pH值为5-8，氯化物以Cl-计<1800mg/L，硫酸盐以SO4 2-计<2100mg/L；消泡剂为BYC-0852的混凝土消泡剂；水泥为P.O42.5级普通硅酸盐水泥，其表面积为326m2/Kg。
4-丁氨基苯甲酸九聚乙二醇单甲醚酯-马来酸酐-木质素磺酸钙高分子接枝共聚物的制备：
将4-丁氨基苯甲酸九聚乙二醇单甲醚酯、马来酸酐和去离子水(三者的重量比为1:0.2:0.8)投入反应釜中，升温至65℃，加入质量浓度为35％的双氧水，搅拌，升温至75-80℃，然后滴加过硫酸钾与偶氮二异丁腈引发剂，滴加2小时滴完，保温3小时，降温至40-50℃，制得4-丁氨基苯甲酸九聚乙二醇单甲醚酯-马来酸酐-木质素磺酸钙高分子接枝共聚物。其中，双氧水与4-丁氨基苯甲酸九聚乙二醇单甲醚酯质量比为0.001:1，过硫酸钾、偶氮二异丁腈与4-丁氨基苯甲酸九聚乙二醇单甲醚酯的质量比为0.001:0.003:1。
减水剂的制备例1
(1)由包含4-丁氨基苯甲酸九聚乙二醇单甲醚酯-马来酸酐-木质素磺酸钙高分子接枝共聚物15Kg、聚乙二醇15Kg和丙烯酸2.5Kg的混合料在水存在、80℃的条件下反应5小时，干燥，得混合物A；
(2)由包含步骤(1)的混合物A、丙烯酸2.5Kg和水玻璃15Kg的混合料在水存在、80℃的条件下反应4小时，降温至40℃，得到混合物B；
(3)向步骤(2)的混合物B中加入消泡剂1Kg，并采用氢氧化钠调节pH值为7.0，制得减水剂；减水剂的制备例2
(1)由包含4-丁氨基苯甲酸九聚乙二醇单甲醚酯-马来酸酐-木质素磺酸钙高分子接枝共聚物18Kg、聚乙二醇8Kg和丙烯酸3.5Kg的混合料在水存在、90℃的条件下反应6小时，干燥，得混合物A；
(2)由包含步骤(1)的混合物A、丙烯酸3.5Kg和水玻璃18Kg的混合料在水存在、85℃的条件下反应5小时，降温至45℃，得到混合物B；
(3)向步骤(2)的混合物B中加入消泡剂2Kg，并采用碳酸钠调节pH值为8.0，制得减水剂；减水剂的制备例3
(1)由包含4-丁氨基苯甲酸九聚乙二醇单甲醚酯-马来酸酐-木质素磺酸钙高分子接枝共聚物20Kg、聚乙二醇10Kg和丙烯酸5Kg的混合料在水存在、99℃的条件下反应7小时，干燥，得混合物A；
(2)由包含步骤(1)的混合物A、丙烯酸3.5Kg和水玻璃18Kg的混合料在水存在、90℃的条件下反应6小时，降温至50℃，得到混合物B；
(3)向步骤(2)的混合物B中加入消泡剂3Kg，并采用碳酸氢钠调节pH值为9.0，制得减水剂；缓凝剂的制备例1：将葡萄糖酸钠5Kg、(L+)-酒石酸10Kg、柠檬酸钠2Kg、马来酸酐-丙烯酸共聚物2Kg、浮石粉10Kg、糖钙0.3Kg混合均匀制得。
缓凝剂的制备例2：将葡萄糖酸钠6Kg、(L+)-酒石酸12Kg、柠檬酸钠3Kg、马来酸酐-丙烯酸共聚物2.5Kg、浮石粉13Kg、糖钙0.5Kg混合均匀制得。
缓凝剂的制备例3：将葡萄糖酸钠7Kg、(L+)-酒石酸15Kg、柠檬酸钠4Kg、马来酸酐-丙烯酸共聚物3Kg、浮石粉15Kg、糖钙0.8Kg混合均匀制得。
实施例1：将P.O42.5级普通硅酸盐水泥207Kg、重晶砂1004Kg、重晶砂1356Kg、粒径范围6-20mm的含铅玻璃43.5Kg、粒径范围3-6mm的含铅玻璃41.5Kg、铁矿砂360Kg、粉煤灰97Kg、S95级高炉矿渣粉62Kg、玻璃纤维20Kg、减水剂制备例1提供的减水剂3.88Kg、缓凝剂制备例1提供的缓凝剂1.22Kg和150Kg的水混合搅拌均匀，制得重晶石防辐射混凝土浆料。
实施例2：将P.O42.5级普通硅酸盐水泥207Kg、重晶砂1130Kg、重晶砂1400Kg、粒径范围6-20mm的含铅玻璃50Kg、粒径范围3-6mm的含铅玻璃43Kg、铁矿砂400Kg、粉煤灰97Kg、S95级高炉矿渣粉62Kg、玻璃纤维20Kg、减水剂制备例2提供的减水剂3.88Kg、缓凝剂制备例2提供的缓凝剂1.89Kg和150Kg的水混合搅拌均匀，制得重晶石防辐射混凝土浆料。
实施例3：将P.O42.5级普通硅酸盐水泥207Kg、重晶砂1240Kg、重晶砂1460Kg、粒径范围6-20mm的含铅玻璃57.5Kg、粒径范围3-6mm的含铅玻璃47.5Kg、铁矿砂480Kg、粉煤灰97Kg、S95级高炉矿渣粉62Kg、玻璃纤维20Kg、减水剂制备例3提供的减水剂3.88Kg、混凝剂制备例3提供的的缓凝剂2.02Kg和150Kg的水混合搅拌均匀，制得重晶石防辐射混凝土浆料。
实施例4：将P.O42.5级普通硅酸盐水泥234Kg、重晶砂1004Kg、重晶砂1356Kg、粒径范围6-20mm的含铅玻璃43.5Kg、粒径范围3-6mm的含铅玻璃41.5Kg、铁矿砂360Kg、粉煤灰100Kg、S95级高炉矿渣粉70Kg、玻璃纤维30Kg、减水剂制备例1提供的减水剂4.02Kg、缓凝剂制备例2提供的缓凝剂2.33Kg和160Kg的水混合搅拌均匀，制得重晶石防辐射混凝土浆料。
实施例5：将P.O42.5级普通硅酸盐水泥255Kg、重晶砂1130Kg、重晶砂1400Kg、粒径范围6-20mm的含铅玻璃43.5Kg、粒径范围3-6mm的含铅玻璃41.5Kg、铁矿砂480Kg、粉煤灰103Kg、S95级高炉矿渣粉79Kg、玻璃纤维40Kg、减水剂制备例3提供的减水剂4.46Kg、缓凝剂制备例2提供的缓凝剂1.88Kg和196Kg的水混合搅拌均匀，制得重晶石防辐射混凝土浆料。
对比例1：将P.O42.5级普通硅酸盐水泥234Kg、重晶砂1304Kg、重晶砂1356Kg、铁矿砂360Kg、粉煤灰100Kg、S95级高炉矿渣粉70Kg、聚羧酸减水剂4.02Kg、缓凝剂2.33Kg和200Kg的水混合搅拌均匀，制得重晶石防辐射混凝土浆料。
对比例2：将P.O42.5级普通硅酸盐水泥255Kg、重晶砂1130Kg、重晶砂2000Kg、铁矿砂430Kg、粉煤灰103Kg、S95级高炉矿渣粉79Kg、玻璃纤维40Kg、聚羧酸减水剂4.46Kg、制备例2制得的缓凝剂1.88Kg和156Kg的水混合搅拌均匀，制得重晶石防辐射混凝土浆料。
将实施例1-3以及对比例1-2制得的重晶石防辐射混凝土浆料的工作性能以及强度进行测试分析，结果见如表1所示。
表1重晶石防辐射混凝土的工作性以及抗压强度
由表1可知，重晶石防辐射混凝土的配合比对其发防辐射性能以及容重的影响较大，重晶石的掺量和加水量都会影响重晶石防辐射混凝土的表观密度、坍落度以及抗压强度。
重晶石的比重大，但是强度较低，大量掺杂，影响重晶石防辐射混凝土的抗压强度。用水量越大，水灰比越大，重晶石防辐射混凝土的强度越低，且随着用水量的增大，混凝土的表观密度逐渐降低，这是因为水灰比越大，水化后的毛细管孔隙率也就越大，混凝土也就越不密实，所以测出的表观密度越小。
本发明通过对重骨料配合比的改进，使得重晶石防辐射混凝土的表观密度达到3500Kg/m3以上，防辐射效果好；通过采用本发明的缓凝剂，在无机缓凝剂和有机缓凝剂的基础上，配合浮石粉、糖钙、分散剂，既能改善混凝土的缓凝效果，又能提高强度；浮石粉具有独特的孔道结构，可以吸附大量的水分子形成较厚的水膜层，将缓凝剂吸附并储存在其孔道或间隙内，并在外界环境发生变化时，将缓凝剂脱附并释放出来，从而起到可控型缓凝效果，推迟水化热峰值，有利于热量消散，使混凝土温升降低，减少混凝土内外温差，避免产生功能温度裂缝，增加了重晶石防辐射混凝土的强度以及耐久性。

Claims (10)

1.一种重晶石防辐射混凝土，其特征在于：包括以重量份数计的水泥207-255份、重骨料2360-2700份、含铅玻璃85-105份、铁矿砂360-480份、粉煤灰97-103份、矿粉62-79份、玻璃纤维20-40份、减水剂3.88-4.46份、缓凝剂1.22-2.33份、水150-196份。
2.根据权利要求1所述的一种重晶石防辐射混凝土，其特征在于，所述重骨料包括质量比为0.74-0.85:1的重晶砂和重晶石。
3.根据权利要求2所述的一种重晶石防辐射混凝土，其特征在于，所述重晶石砂的表观密度为4508Kg/m3，含泥量为2.56%，泥块含量为1.3%，细度模数为2.96。
4.根据权利要求2所述的一种重晶石防辐射混凝土，其特征在于，所述重晶石粒度范围为5-20mm连续级配，表观密度为4357Kg/m3，含泥量为0.23%，泥块含量为0.18%，针片状颗粒为0%，压碎指标为21.98%。
5.根据权利要求1所述的一种重晶石防辐射混凝土，其特征在于，所述减水剂采用下述方法制备而得；
(1)由包含4-丁氨基苯甲酸九聚乙二醇单甲醚酯-马来酸酐-木质素磺酸钙高分子接枝共聚物、聚乙二醇和丙烯酸的混合料在水存在、80-95℃的条件下反应5-7小时，干燥，得混合物A；
(2)由包含步骤(1)的混合物A、丙烯酸和水玻璃的混合料在水存在、80-90℃的条件下反应4-6小时，降温至40-50℃，得到混合物B；
(3)向步骤(2)的混合物B中加入消泡剂，并采用pH调节剂调节pH值为7.0-9.0，制得减水剂；
以重量份数计，步骤(1)中的4-丁氨基苯甲酸九聚乙二醇单甲醚酯-马来酸酐-木质素磺酸钙高分子接枝共聚物15-20份、聚乙二醇5-10份和丙烯酸2.5-5份，步骤(2)中的丙烯酸2.5-5份和水玻璃15-20份，步骤(3)中的消泡剂1-3份。
6.根据权利要求5所述的一种重晶石防辐射混凝土，其特征在于，步骤(3)中所述pH调节剂选自氢氧化钠、碳酸氢钠、碳酸钠。
7.根据权利要求1所述的一种重晶石防辐射混凝土，其特征在于，所述缓凝剂包括以重量份数计的葡萄糖酸钠5-7份、（L+）-酒石酸10-15份、柠檬酸钠2-4份、马来酸酐-丙烯酸共聚物2-3份、浮石粉10-15份、糖钙0.3-0.8。
8.根据权利要求1所述的一种重晶石防辐射混凝土，其特征在于，所述含铅玻璃包括重量比为1.05-1.21:1的粒径范围为6-20mm的含铅玻璃和粒径范围为3-6mm的含铅玻璃。
9.根据权利要求1所述的一种重晶石防辐射混凝土，其特征在于，所述矿粉为S95级高炉矿渣粉，比表面积425cm2/g，流动度101%，比活性指数7d为85%，28d为105%。
10.根据权利要求1所述的一种重晶石防辐射混凝土，其特征在于，所述铁矿砂的含水率为3.5%-18.7%之间，表观密度为3237Kg/m3，含泥量为18.89%，泥块含量为8.8%，细度模数为1.25。
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