CN108975804A - 一种防辐射的保温混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种防辐射的保温混凝土及其制备方法，保温混凝土包括以下重量份数的原料：水泥240～280份、河砂260～300份、改性填料80～100份、膨润土6～8份、独居石26～30份、抗离析剂0.3～0.5份、减水剂2～4份、菁青石蜂窝陶粉15～18份和水35～50份，所述改性填料中含有磁性复合粉，所述磁性复合粉为碳基多孔Fe₃O₄、贝壳粉、橄榄石的复合物，所述磁性复合粉中含有35～45％碳基多孔Fe₃O₄、25～35％贝壳粉、20～32％橄榄石。本发明制备得到的保温混凝土具有多孔结构，能够起到防辐射、保温的效果，同时具有抗离析性能强的特点，施工性较强，不易开裂。

Description

一种防辐射的保温混凝土及其制备方法

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的保温混凝土及其制备方法。

背景技术

混凝土是工程施工的主要材料，具有成本低、强度高、施工方便等优点，广泛应用于工业、民用、交通等基础建设的各个方面。随着我国建筑业的蓬勃发展，对建筑材料的需求量快速增加，我国的混凝土年需求量达到13多亿立方米。

核技术自诞生以来便得到迅速的发展，目前已在核电、教育、科研、医疗等众多领域得到了广泛的应用，然而其安全性一直是困扰其进一步发展的关键。众所周知，原子核反应产生的大量如α、β、γ射线和种子射线能够诱发癌症、白血病、多发性骨髓癌、大胸恶性肿瘤、甲状腺机能紊乱等多种人类绝症以及诱发植物的基因变异，危害农作物的生长，而且其潜伏期长，短时间内无法得知。因此，为防止辐射射线对人体的伤害，在建造有辐射源的建筑时，必须用防辐射材料设置防护体。

由于α射线、β射线穿透力弱，容易被吸收，一般厚度的防护材料就能阻隔，因此，防辐射材料主要屏蔽的是γ射线、中子射线。目前，对于辐射屏蔽最有效的措施是采用高表观密度和高原子序数材料，比如重金属铅、钨和混凝土等材料，其中混凝土是目前使用最为广泛的射线防护材料。防辐射混凝土又称为防射线混凝土、原子能防护混凝土、屏蔽混凝土、核反应堆混凝土。目前，利用磁体矿石、褐铁矿石或重晶石作粗细集料，引入充分数量结晶水和含硼、锂等轻元素化合物是制备防辐射混凝土最为广泛的一种方法，采用此方法制备防辐射混凝土其粗细集料可屏蔽γ射线，轻元素化合物能有效捕捉中子且不形成二次γ射线，射线屏蔽作用较好，但由于现有防辐射混凝土抗离析性能较差，导致混凝土施工性变差，影响其抗辐射性能；且还可能会引起体积变形，当变形超过一定限度，最终导致开裂破坏。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种防辐射的保温混凝土及其制备方法，制备得到的保温混凝土具有多孔结构，能够起到防辐射、保温的效果，同时具有抗离析性能强的特点，施工性较强，不易开裂。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

一种防辐射的保温混凝土，包括以下重量份数的原料：水泥240～280份、改性填料80～100份、河砂260～300份、膨润土6～8份、独居石26～30份、抗离析剂0.3～0.5份、减水剂2～4份、菁青石蜂窝陶粉15～18份和水35～50份，所述改性填料中含有磁性复合粉，所述磁性复合粉为碳基多孔Fe₃O₄、贝壳粉、橄榄石的复合物。

进一步，所述保温混凝土包括以下重量份数的原料：水泥90份、河砂260份、改性填料260份、膨润土7份、独居石28份、抗离析剂0.4份、减水剂3份、菁青石蜂窝陶粉16份和水38份，所述磁性复合粉的质量为改性填料质量的5％。

进一步，所述磁性复合粉中含有35～45％碳基多孔Fe₃O₄、25～35％贝壳粉、20～32％橄榄石。

进一步，所述碳基多孔Fe₃O₄是以多孔花状Fe₃O₄为核，淀粉基生物质碳为壳的多孔核壳结构。

进一步，所述改性填料中还含有混合填料粉，所述改性填料是将混合填料粉与沼液按质量比1:5混合密封发酵6～10天后，经离心、灭菌后，与磁性复合粉混合制得。

进一步，所述混合填料粉包括石墨150份、重晶石350份、赤铁矿230份。

石墨、重晶石、赤铁矿为防辐射填料，石墨具有防辐射的特性，重晶石和赤铁矿具有较大的表观密度，同时对γ射线具有较强的屏蔽作用。将混合填料用沼液进行发酵处理，微生物分泌的氧化性物质，可使混合填料表面产生羟基、羧基等基团。

进一步，所述抗离析剂中含有90～100份丙烯基类单体、200～300份TPEG、5～10份有机硅类单体、0.5～1份链转移剂、3～4份氧化剂、1.5～2.5份还原剂，所述丙烯基类单体是丙烯酰胺、丙烯基磺酸钠中的一种或两种，所述TPEG的数均分子量为2300～2500g/cm³。

进一步，所述有机硅类单体是乙烯基三甲基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种，所述链转移剂是巯基乙酸、叔十二硫醇中的一种或两种，所述氧化剂是过硫酸铵，所述还原剂是抗坏血酸。

通过分子结构设计，直接合成保水抗离析剂，可以较好地解决混凝土泌水离析问题，避免生物材料所引起的霉变和相容性问题；有机硅链节通过自身水解，得到反应活性很高的硅羟基与其他材料表面的羟基发生缩聚反应，实现无机-有机、有机-有机界面间的化学黏结，进而提高混凝土的和易性，达到保水抗离析的作用。

进一步，所述减水剂为木质素磺酸钠、木质素磺酸钙中的一种或两种。

此外，本发明还公开了上述的一种防辐射的保温混凝土的制备方法，包括以下步骤：

取膨润土、独居石、菁青石蜂窝陶粉搅拌混合，加入粉碎机中于1200rpm转速下粉碎30min，再加入改性填料、抗离析剂和水，继续搅拌混匀，得到混合浆料，向混合浆料中加入减水剂混匀后，转入加热罐中加入双氧水并加热至70℃，保温10min，冷却至常温，再加入河砂和水泥搅拌混匀，得到保温混凝土。

本发明的保温混凝土的改性填料中，一方面对具有抗辐射性能的石墨、重晶石、赤铁矿混合填料进行表面改性，使其成为表面具有羟基等基团的抗辐射填料，另一方面引入具有多孔结构的磁性复合粉，磁性复合粉中的多孔花状Fe₃O₄具有较大的比表面积和电磁波吸收性能，较大的比表面积能够在一定程度上增大与电磁波的接触面积，使得电磁波吸收效果增强，多孔花状Fe₃O₄表面的淀粉基生物质碳能够对多孔花状Fe₃O₄起到较好的保护作用，且淀粉基生物质碳、贝壳粉本身具有多孔结构，与具有防辐射性能的橄榄石混匀，进一步提高保温混凝土的防辐射性能。本发明中将混合填料用沼液进行发酵处理，微生物分泌的氧化性物质，可使混合填料表面产生羟基、羧基等基团，这些基团与抗离析剂发生反应，从而实现无机-有机、有机-有机界面间的化学黏结，进而达到保水抗离析的作用。本发明在制备保温混凝土时还进行了双氧水加热的分解反应，使混凝土内部形成多孔结构，有利于提高混凝土的保温性能。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明：

本发明的一种防辐射的保温混凝土，包括以下重量份数的原料：水泥240～280份、河砂260～300份、改性填料80～100份、膨润土6～8份、独居石26～30份、抗离析剂0.3～0.5份、减水剂2～4份、菁青石蜂窝陶粉15～18份和水35～50份，磁性复合粉的质量为改性填料质量的5％，磁性复合粉中含有35～45％碳基多孔Fe₃O₄、25～35％贝壳粉、20～32％橄榄石。本发明的一种防辐射的保温混凝土的具体制备方法如下：

实施例一

多孔花状Fe₃O₄的制备：按物质的量比1：10取无水氯化铁、尿素加入乙二醇溶液中，搅拌混匀得到混合溶液，将混合溶液转入反应釜中，于230℃反应2h，冷却取出，过滤洗涤，干燥得到前驱物，将前驱物于400℃的惰性气体环境中保持6h，冷却得到多孔花状Fe₃O₄。

碳基多孔Fe₃O₄的制备：按质量比1：5取多孔花状Fe₃O₄、可溶性性淀粉加入水中，快速搅拌30min,并通入氮气除氧20min，随后转移至水热反应釜中，于200℃反应15h，冷却，干燥得到碳基多孔Fe₃O₄。

磁性复合粉的制备：称取350g碳基多孔Fe₃O₄、330g贝壳粉、320g橄榄石混匀，于球磨机中加水球磨2h，得到磁性复合粉。

改性填料的制备：称取石墨150kg、重晶石350kg、赤铁矿230kg于粉碎机中粉碎，得到混合填料粉，将混合填料粉与340kg沼液搅拌混合均匀，于35～40℃密封发酵6天后，得到的发酵产物经离心、灭菌后，加入36.5kg磁性复合粉混匀，得到改性填料。

抗离析剂的制备：称取9g丙烯酰胺或丙烯基磺酸钠、20gTPEG、0.5g乙烯基三甲基硅烷和28g去离子水加入反应釜中，搅拌下加入0.05g巯基乙酸、0.3g过硫酸铵、0.15g抗坏血酸，继续搅拌反应5h后，滴加0.1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH＝7，即得到抗离析剂。

保温混凝土的制备：称取7kg膨润土、28kg独居石、16kg菁青石蜂窝陶粉搅拌混合，加入粉碎机中于1200rpm转速下粉碎30min，再加入90kg改性填料、0.4kg抗离析剂和38kg水，继续搅拌混匀，得到混合浆料，向混合浆料中加入3kg木质素磺酸钠后，转入加热罐中加入5mL双氧水并加热至70℃，保温10min，冷却至常温，再加入河砂260kg和260kg水泥搅拌混匀，得到保温混凝土。

实施例二

多孔花状Fe₃O₄的制备同实施例一，碳基多孔Fe₃O₄的制备同实施例一。

磁性复合粉的制备：称取450g碳基多孔Fe₃O₄、350g贝壳粉、200g橄榄石混匀，于球磨机中加水球磨1.5h，得到磁性复合粉。

改性填料的制备：称取石墨150kg、重晶石300kg、赤铁矿200kg于粉碎机中粉碎，得到混合填料粉，将混合填料粉与365kg沼液搅拌混合均匀，于35～40℃密封发酵8天后，得到的发酵产物经离心、灭菌后，加入32.5kg磁性复合粉混匀，得到改性填料。

抗离析剂的制备：称取9.5g丙烯酰胺或丙烯基磺酸钠、25gTPEG、0.6gγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和25g去离子水加入反应釜中，搅拌下加入0.06g叔十二硫醇、0.35g过硫酸铵、0.2g抗坏血酸，继续搅拌反应5h后，滴加0.1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH＝7，即得到抗离析剂。

保温混凝土的制备：称取8kg膨润土、30kg独居石、15kg菁青石蜂窝陶粉搅拌混合，加入粉碎机中于1200rpm转速下粉碎30min，再加入80kg改性填料、0.3kg抗离析剂和35kg水，继续搅拌混匀，得到混合浆料，向混合浆料中加入2kg木质素磺酸钙混匀后，转入加热罐中加入双氧水并加热至70℃，保温10min，冷却至常温，再加入河砂300kg和240kg水泥搅拌混匀，得到保温混凝土。

实施例三

多孔花状Fe₃O₄的制备同实施例一，碳基多孔Fe₃O₄的制备同实施例一。

磁性复合粉的制备：称取400g碳基多孔Fe₃O₄、280g贝壳粉、320g橄榄石混匀，于球磨机中加水球磨1.5h，得到磁性复合粉。

改性填料的制备：称取石墨150kg、重晶石350kg、赤铁矿230kg于粉碎机中粉碎，得到混合填料粉，将混合填料粉与340kg沼液搅拌混合均匀，于35～40℃密封发酵10天后，得到的发酵产物经离心、灭菌后，加入36.5kg磁性复合粉混匀，得到改性填料。

抗离析剂的制备：称取9.5g丙烯酰胺或丙烯基磺酸钠、20gTPEG、0.8gγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和25g去离子水加入反应釜中，搅拌下加入0.08g叔十二硫醇、0.35g过硫酸铵、0.2g抗坏血酸，继续搅拌反应5h后，滴加0.1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH＝7，即得到抗离析剂。

保温混凝土的制备：称取6kg膨润土、26kg独居石、18kg菁青石蜂窝陶粉搅拌混合，加入粉碎机中于1200rpm转速下粉碎30min，再加入100kg改性填料、0.5kg抗离析剂和水，继续搅拌混匀，得到混合浆料，向混合浆料中加入4kg木质素磺酸钠混匀后，转入加热罐中加入双氧水并加热至70℃，保温10min，冷却至常温，再加入河砂280kg和280kg水泥搅拌混匀，得到保温混凝土。

实施例四

多孔花状Fe₃O₄的制备同实施例一。

碳基多孔Fe₃O₄的制备：按质量比1：4取多孔花状Fe₃O₄、可溶性淀粉加入水中，快速搅拌30min,并通入氮气除氧20min，随后转移至水热反应釜中，于220℃反应15h，冷却，干燥得到碳基多孔Fe₃O₄。

磁性复合粉的制备：称取450g碳基多孔Fe₃O₄、250g贝壳粉、300g橄榄石混匀，于球磨机中加水球磨1.5h，得到磁性复合粉。

改性填料的制备：称取石墨150kg、重晶石300kg、赤铁矿200kg于粉碎机中粉碎，得到混合填料粉，将混合填料粉与365kg沼液搅拌混合均匀，于35～40℃密封发酵9天后，得到的发酵产物经离心、灭菌后，加入32.5kg磁性复合粉混匀，得到改性填料。

抗离析剂的制备：称取10g质量比为1:1的丙烯酰胺和丙烯基磺酸钠混合物、30gTPEG、1g质量比为1:2的乙烯基三甲基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷混合物，以及35g去离子水加入反应釜中，搅拌下加入0.1g巯基质量比为1:1的乙酸和叔十二硫醇混合物、0.4g过硫酸铵、0.25g抗坏血酸，继续搅拌反应5h后，滴加0.1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH＝7，即得到抗离析剂。

保温混凝土的制备：称取8kg膨润土、27kg独居石、17kg菁青石蜂窝陶粉搅拌混合，加入粉碎机中于1200rpm转速下粉碎30min，再加入90kg改性填料、0.5kg抗离析剂和50kg水，继续搅拌混匀，得到混合浆料，向混合浆料中加入4kg质量比为1:1的木质素磺酸钠与木质素磺酸钙混合物混匀后，转入加热罐中加入双氧水并加热至70℃，保温10min，冷却至常温，再加入河砂290kg和260kg水泥搅拌混匀，得到保温混凝土。

对比实施例

水泥280kg、河砂260kg、膨润土7kg、减水剂3kg和水50kg混匀，转入加热罐中加入双氧水并加热至70℃，保温10min，冷却至常温，得到混凝土。

对实施例一、二、三、四和对比实施例进行性能检测，防辐射检测方法参考电离辐射防护与辐射源安全基本标准GB18871，抗压强度检测方法参考标准GB/T50107，γ射线测定设备：核辐射检测仪，中子射线测定设备：中子源。检测结果如表1所示：

表1

本发明的保温混凝土中引入了改性填料，改性填料中的石墨、重晶石、赤铁矿混合填料进行了表面改性，表面负载有羟基等基团，改性填料中还引入了具有多孔结构的磁性复合粉，磁性复合粉中的多孔花状Fe₃O₄具有较大的比表面积和电磁波吸收性能，较大的比表面积能够在一定程度上增大与电磁波的接触面积，使得电磁波吸收效果增强，同时淀粉基生物质碳、贝壳粉本身具有多孔结构，与具有防辐射性能的橄榄石混匀，进一步提高保温混凝土的防辐射性能。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (10)

1.一种防辐射的保温混凝土，其特征在于，包括以下重量份数的原料：水泥240～280份、河砂260～300份、改性填料80～100份、膨润土6～8份、独居石26～30份、抗离析剂0.3～0.5份、减水剂2～4份、菁青石蜂窝陶粉15～18份和水35～50份，所述改性填料中含有磁性复合粉，所述磁性复合粉为碳基多孔Fe₃O₄、贝壳粉、橄榄石的复合物。

2.根据权利要求1所述的一种防辐射的保温混凝土，其特征在于，包括以下重量份数的原料：水泥260份、河砂260份、改性填料90份、膨润土7份、独居石28份、抗离析剂0.4份、减水剂3份、菁青石蜂窝陶粉16份和水38份，所述磁性复合粉的质量为改性填料质量的5％。

3.根据权利要求2所述的一种防辐射的保温混凝土，其特征在于，所述磁性复合粉中含有35～45％碳基多孔Fe₃O₄、25～35％贝壳粉、20～32％橄榄石。

4.根据权利要求3所述的一种防辐射的保温混凝土，其特征在于，所述碳基多孔Fe₃O₄是以多孔花状Fe₃O₄为核，淀粉基生物质碳为壳的多孔核壳结构。

5.根据权利要求4所述的一种防辐射的保温混凝土，其特征在于，所述改性填料中还含有混合填料粉，所述改性填料是将混合填料粉与沼液按质量比1:5混合密封发酵6～10天后，经离心、灭菌后，与磁性复合粉混合制得。

6.根据权利要求5所述的一种防辐射的保温混凝土，其特征在于，所述混合填料粉包括石墨150份、重晶石350份、赤铁矿230份。

7.根据权利要求6所述的一种防辐射的保温混凝土，其特征在于，所述抗离析剂中含有90～100份丙烯基类单体、200～300份TPEG、5～10份有机硅类单体、0.5～1份链转移剂、3～4份氧化剂、1.5～2.5份还原剂，所述丙烯基类单体是丙烯酰胺、丙烯基磺酸钠中的一种或两种，所述TPEG的数均分子量为2300～2500g/cm³。

8.根据权利要求7所述的一种防辐射的保温混凝土，其特征在于，所述有机硅类单体是乙烯基三甲基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种，所述链转移剂是巯基乙酸、叔十二硫醇中的一种或两种，所述氧化剂是过硫酸铵，所述还原剂是抗坏血酸。

9.根据权利要求8所述的一种防辐射的保温混凝土，其特征在于，所述减水剂为木质素磺酸钠、木质素磺酸钙中的一种或两种。

10.如权利要求9所述的一种防辐射的保温混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

取膨润土、独居石、菁青石蜂窝陶粉搅拌混合，加入粉碎机中于1200rpm转速下粉碎30min，再加入改性填料、抗离析剂和水，继续搅拌混匀，得到混合浆料，向混合浆料中加入减水剂混匀后，转入加热罐中加入双氧水并加热至70℃，保温10min，冷却至常温，再加入河砂和水泥搅拌混匀，得到保温混凝土。