CN109231934A - 一种快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于混凝土领域，具体公开了一种快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土及其制备方法，该混凝土由以下材料组成：水泥280‑320份、细骨料900‑1200份、粗骨料1200‑1500份、中子吸收剂10‑20份、减水剂0.4‑0.6份、水145‑165份，以重量份数计。该混凝土符合C30混凝土的强度要求，均无离析现象出现，混凝土的塌落度和扩展度良好，混凝土容重界于2800‑2900kg·m³之间，符合防辐射混凝土对容重的要求，同时具有工作性能优异、防辐射性能好、成本低、凝结硬化快、早期强度高、可在负温下水化等特点，这有利于解决传统防辐射混凝土容易离析、均质性差、施工性能不良等问题，除此之外，还有利于满足防辐射混凝土快速凝结硬化的施工要求以及解决在低温环境中的应用问题。

Description

一种快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于混凝土领域，具体公开一种快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土及其制备方法。

背景技术

辐射存在于整个宇宙空间，可分为天然辐射和人工辐射。天然辐射主要源于宇宙射线等，人工辐射主要源于核电、军事、教育、医疗、科研等领域在应用核技术的过程中所产生的α、β、γ、X及中子流等射线，人类在受到这些射线长期辐射后容易诱发癌症、白血病、甲状腺技能紊乱、不育症、生育缺陷等多种疾病，同时也容易诱发其他动物或植物产生基因变异等。为预防辐射对人类等的伤害，在建造有辐射源建筑时，一般需设置防辐射材料来屏蔽各种射线，混凝土材料是目前使用最为广泛的防辐射材料，主要用作建筑外壳防护。

在防辐射混凝土的现有制备技术中，一般通过引入重晶石、磁铁矿石、褐铁矿石等作粗细骨料，同时引入足量的结晶水及含硼、锂等轻元素化合物来制备防辐射混凝土。采用该方法制备的防辐射混凝土，其粗细骨料可有效屏蔽α、β、γ、X等射线，轻元素化合物能有效捕捉中子且不产生二次γ射线，对射线具有较好的屏蔽作用，但由于混凝土中骨料密度较大，混凝土常常出现离析、均质性差、施工性能不良等问题，这阻碍了防辐射混凝土的推广与应用。

铜渣是铜矿石经过提炼后的熔融态炼铜炉渣在炉后水淬池中经过水淬工艺形成的玻璃质水淬渣。在我国的火法炼铜中，每生产1吨铜产生2-3吨铜渣。我国每年铜渣排放量巨大，大多处于堆积存放状态，目前我国铜渣堆存量早已超过5000万吨，不仅占用土地、污染环境，而且造成资源的巨大浪费。铜渣中含有丰富的Fe、Cu等元素，主要化学成分含量：Fe为41.3％、Cu为0.8％、Fe₃O₄为8.4％、SiO₂为29％、Al₂O₃为3.9％、CaO为3.6％、MgO为1.1％；其矿物组成主要为铁橄榄石、磁铁矿及一些脉石组成的无定形玻璃体，结构致密度高，物化性能稳定。原始状态的水淬铜渣的细度模数与粗砂相似，表观密度一般界于3000-3500kg·m^-3。

玄武岩属基性火山岩，是地球洋壳和月球月海的最主要组成物质，也是地球陆壳和月球月陆的重要组成物质。玄武岩的表观密度一般界于2800-3300kg·m^-3，结构致密，性能稳定。

因此，研制出一种不易离析、均质性好、施工性能优异、成本低、性能好的防辐射混凝土已势在必行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不易离析、均质性好、施工性能优异、成本低、具有耐火性能的快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土，由以下材料组成：水泥280-320份、细骨料900-1200份、粗骨料1200-1500份、中子吸收剂10-20份、减水剂0.4-0.6份、水145-165份，以重量份数计。

作为优选，一种快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土，由以下材料组成：水泥290-310份、细骨料950-1100份、粗骨料1250-1400份、中子吸收剂15-20份、减水剂0.45-0.55份、水150-160份，以重量份数计。

进一步地，一种快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土，由以下材料组成：水泥300份、细骨料1000份、粗骨料1300份、中子吸收剂18份、减水剂0.5份、水153份，以重量份数计。

所述水泥选自快硬硫铝酸钙水泥，由曲阜中联特种水泥有限公司提供，其性能检测结果如下：比表面积353m²·kg^-1，标准稠度需水量28.1％，初凝时间20min，终凝时间180min，1天抗压强度37.5MPa，3天抗压强度47.7MPa，28天抗压强度52.1MPa，SO₃含量9.8％，Fe₂O₃含量3.18％，SiO₂含量7.7％，Al₂O₃含量33.4％，CaO含量40.8％，其它性能均符合要求。

所述细骨料选自经机械处理后的水淬铜渣，机械处理的方式如下：首先将水淬铜渣在水泥试验球磨机中碾碎，运行时间为3min，使水淬铜渣中不坚固的结构被提前破坏，同时降低其平均颗粒粒径；然后对经过球磨机碾压的水淬铜渣进行筛分，取用粒径范围4.75mm以下全部颗粒作本发明中的细骨料。机械处理后水淬铜渣的颗粒粒径分布情况：4.75mm筛余0.6％、2.36mm筛余3.7％、1.18mm筛余19％、0.6mm筛余63.5％、0.3mm筛余89.2％、0.15mm筛余96.7％。水淬铜渣中主要化学成分含量：Fe为41.3％、Cu为0.8％、Fe₃O₄为8.4％、SiO₂为29％、Al₂O₃为3.9％、CaO为3.6％、MgO为1.1％，其矿物组成主要为铁橄榄石、磁铁矿及一些脉石组成的无定形玻璃体，其比表密度为3260kg·m^-3。

所述粗骨料选自5-20mm连续级配玄武岩碎石，表观密度2910kg·m^-3，含泥量0.4％，泥块含量0.1％，针片状含量5.3％，压碎值4.3％，岩石抗压强度183Mpa。

所述中子吸附剂选自硬硼钙石粉，由营口天元化工研究所股份有限公司提供，其化学式为Ca₂B₆O₁₁·5H₂O，具有无毒、低水溶性、高热稳定性、粒度小、比重小、分散性好等特点。

所述减水剂选自Sika3301型聚羧酸高性能减水剂，由瑞士西卡公司提供，固含量为50％，减水率为40％，与水泥和矿物掺合料适应性良好。

一种快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土的制备方法，具体步骤如下：

(1)按上述重量比例准确称取原材料，将水泥、细骨料、粗骨料、中子吸收剂投入混凝土搅拌机中；

(2)再将减水剂与水混合成含减水剂的稀释溶液；

(3)启动搅拌机，搅拌30-60s使搅拌机中的物料先混合均匀，然后开始向搅拌机中匀速加入上述稀释溶液，溶液全部加完时间控制在10-15s范围内，继续搅拌3-5min，即可制得快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土。

本发明中快硬硫铝酸钙水泥是防辐射混凝土的胶凝组分，该胶凝组分具有凝结时间快、早期强度高、耐久性好以及可在负温下水化硬化等特性。

本发明中铜渣细骨料与玄武岩碎石构成了防辐射混凝土的骨料体系。

细骨料在混凝土中一般占有较高的体积比,，细骨料是胶凝体系与粗骨料之间的关键纽带，是混凝土性能的重要影响因素之一。细骨料在混凝土中除可发挥刚性骨料作用和阻止微裂纹扩展的作用，还可以填充在粗骨料颗粒之间形成的空隙中，发挥填充密实的作用。胶凝组分又主要填充在细骨料颗粒之间形成的空隙中，颗粒级配良好的细骨料趋于形成更加紧密的自身堆积，这既可有效填充粗骨料颗粒之间形成的空隙，又可降低为填充自身颗粒之间形成的空隙所需的胶凝体系用量。因此，细骨料不仅可以影响混凝土的工作性能、力学性能、体积稳定性以及耐久性等，而且会影响到胶凝体系的用量以及生产材料成本。本发明所用的细骨料为经过机械处理后的铜渣，其颗粒级配良好、含泥量低，这有助于使混凝土获得良好的工作性能、力学性能、体积稳定性以及耐久性等，同时减少胶凝组分的用量。另外，本发明中的铜渣细骨料还可发挥射线屏蔽作用，这是因为铜渣中含有丰富的Fe、Cu等元素，其矿物组成主要为铁橄榄石、磁铁矿及一些脉石组成的无定形玻璃体，结构致密度高。

粗骨料在混凝土中一般占有很高的体积比。在普通混凝土中，粗骨料可发挥刚性骨架作用以及阻挡微裂纹扩展的作用，从而提高混凝土的强度和弹性模量、增强混凝土的体积稳定性和耐久性等。本发明所用粗骨料为玄武岩碎石，除上述作用外，还可发挥屏蔽α、β、γ、X等射线的作用。玄武岩虽表观密度远低于重晶石，但因具有性能十分稳定、结构十分致密、抗压强度高、碎石颗粒级配良好等特点，对射线仍有良好的屏蔽性能，用于混凝土中不易出现离析等现象。

本发明利用铜渣细骨料与玄武岩碎石构成了防辐射混凝土的骨料体系，在充分考虑粗细骨料物化特征的基础上，基于最紧密堆积原理等，确定了骨料体系的砂率(即细骨料在骨料体系中的重量比)，使骨料体系符合最紧密堆积原理，这可以有效降低混凝土的离析几率，改善混凝土的匀质性，提升混凝土施工性能，减少胶凝组分用量，节约材料成本。

本发明中硬硼钙石粉主要用于削弱中子辐射，当收到中子流冲击时，硬硼钙石粉中的硼元素与中子发生碰撞可大大削弱中子的能量。

本发明中聚羧酸高性能减水剂主要用于降低混凝土用水量，提高混凝土的力学性能，同时改善混凝土的流动度与和易性，其主要作用机理是：通过静电排斥和空间位阻等效应使水分子在混凝土胶凝体系中高度分散、高效利用，从而降低一定流动度下混凝土的用水量。

本发明中防辐射混凝土是一个有机整体，材料组成上由胶凝组分、粗细骨料、外加剂与水构成，结构上由水泥石、骨料与界面过渡区构成，不同组成、不同结构之间相互影响、相辅相成。

本发明的有益效果是：

本发明提供一种快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土，由以下材料组成：水泥280-320份、细骨料900-1200份、粗骨料1200-1500份、中子吸收剂10-20份、减水剂0.4-0.6份、水145-165份，以重量份数计。本发明中快硬硫铝酸钙水泥防辐射混凝土的胶凝组分，该胶凝组分具有凝结时间快、早期强度高、耐久性好以及可在负温下水化硬化等特性，利用铜渣细骨料与玄武岩碎石构成了防辐射混凝土的骨料体系，该骨料体系具有如下特点：一、利用玄武岩碎石代替了传统的重晶石粗骨料，大大降低了粗骨料的表观密度，避免了粗骨料在新拌混凝土中因重力过于集中而出现与浆体分离的“下沉”现象，同时玄武岩具有较好的射线屏蔽性能；二、利用经过机械处理的铜渣细骨料代替了传统的重晶石细骨料、天然砂或人工砂细骨料；相对于重晶石细骨料，铜渣细骨料不仅具有良好射线屏蔽性能，而且具有较低的表观密度，这有利于改善细骨料在新拌混凝土中的重力集中效应；相对于天然砂或人工砂细骨料，铜渣细骨料的表观密度略高一些，但由于细骨料在混凝土中分散度较高，铜渣略高的表观密度带来的重力集中效应影响较小，而铜渣细骨料具有远高于天然砂或人工砂细骨料的射线屏蔽性能；三、在充分考虑铜渣细骨料与玄武岩碎石物化特性的基础上，基于最紧密堆积原理等，确定了骨料体系的砂率(即细骨料在骨料体系中的重量比)，使骨料体系符合最紧密堆积原理，可进一步改善混凝土的匀质性，避免混凝土出现离析，提升混凝土施工性能，减少胶凝组分用量，节约材料成本。

本发明制备了一种快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土，该混凝土符合C30混凝土的强度要求，无离析现象出现，塌落度和扩展度良好，容重界于2800-2900kg·m³之间，符合防辐射混凝土对容重的要求，同时具有工作性能优异、防辐射性能好、成本低、凝结硬化快、早期强度高、可在负温下水化等特点，这有利于解决传统防辐射混凝土容易离析、均质性差、施工性能不良等问题，除此之外，还有利于满足防辐射混凝土快速凝结硬化的施工要求以及解决在低温环境中的应用问题。

具体实施方式：

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1：

一种快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土，由以下材料组成：水泥300份、细骨料1000份、粗骨料1300份、中子吸收剂18份、减水剂0.5份、水153份，以重量份数计。

其中，水泥选自快硬硫铝酸钙水泥，由曲阜中联特种水泥有限公司提供，其性能检测结果如下：比表面积353m²·kg^-1，标准稠度需水量28.1％，初凝时间20min，终凝时间180min，1天抗压强度37.5MPa，3天抗压强度47.7MPa，28天抗压强度52.1MPa，SO₃含量9.8％，Fe₂O₃含量3.18％，SiO₂含量7.7％，Al₂O₃含量33.4％，CaO含量40.8％，其它性能均符合要求。

其中，细骨料选自经机械处理后的水淬铜渣，机械处理的方式如下：首先将水淬铜渣在水泥试验球磨机(运行时间为3min)中碾碎，可使水淬铜渣中不坚固的结构被提前破坏，同时降低其平均颗粒粒径；然后对经过球磨机碾压的水淬铜渣进行筛分，取用粒径范围4.75mm以下全部颗粒作本发明中的细骨料。机械处理后水淬铜渣的颗粒粒径分布情况：4.75mm筛余0.6％、2.36mm筛余3.7％、1.18mm筛余19％、0.6mm筛余63.5％、0.3mm筛余89.2％、0.15mm筛余96.7％。水淬铜渣中主要化学成分含量：Fe为41.3％、Cu为0.8％、Fe₃O₄为8.4％、SiO₂为29％、Al₂O₃为3.9％、CaO为3.6％、MgO为1.1％，其矿物组成主要为铁橄榄石、磁铁矿及一些脉石组成的无定形玻璃体，其比表密度为3260kg·m^-3。

其中，粗骨料选自5-20mm连续级配玄武岩碎石，表观密度2910kg·m^-3，含泥量0.4％，泥块含量0.1％，针片状含量5.3％，压碎值4.3％，岩石抗压强度183Mpa。

其中，中子吸附剂选自硬硼钙石粉，由营口天元化工研究所股份有限公司提供，其化学式为Ca₂B₆O₁₁·5H₂O，具有无毒、低水溶性、高热稳定性、粒度小、比重小、分散性好等特点。

其中，减水剂选自Sika3301型聚羧酸高性能减水剂，由瑞士西卡公司提供，固含量为50％，减水率为40％，与水泥和矿物掺合料适应性良好。

一种快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土的制备方法，具体步骤如下：

(1)按上述重量比例准确称取原材料，将水泥、细骨料、粗骨料、中子吸收剂投入混凝土搅拌机中；

(2)再将减水剂与水混合成含减水剂的稀释溶液；

(3)启动搅拌机，搅拌30s使搅拌机中的物料先混合均匀，然后开始向搅拌机中匀速加入上述稀释溶液，溶液全部加完时间控制在10-15s范围内，继续搅拌3-5min，即可制得快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土。

实施例2：

一种快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土，由以下材料组成：水泥290份、细骨料1000份、粗骨料1300份、中子吸收剂18份、减水剂0.5份、水150份，以重量份数计。

其中，水泥选自快硬硫铝酸钙水泥，由曲阜中联特种水泥有限公司提供，其性能检测结果如下：比表面积353m²·kg^-1，标准稠度需水量28.1％，初凝时间20min，终凝时间180min，1天抗压强度37.5MPa，3天抗压强度47.7MPa，28天抗压强度52.1MPa，SO₃含量9.8％，Fe₂O₃含量3.18％，SiO₂含量7.7％，Al₂O₃含量33.4％，CaO含量40.8％，其它性能均符合要求。

其中，细骨料选自经机械处理后的水淬铜渣，机械处理的方式如下：首先将水淬铜渣在水泥试验球磨机(运行时间为3min)中碾碎，可使水淬铜渣中不坚固的结构被提前破坏，同时降低其平均颗粒粒径；然后对经过球磨机碾压的水淬铜渣进行筛分，取用粒径范围4.75mm以下全部颗粒作本发明中的细骨料。机械处理后水淬铜渣的颗粒粒径分布情况：4.75mm筛余0.6％、2.36mm筛余3.7％、1.18mm筛余19％、0.6mm筛余63.5％、0.3mm筛余89.2％、0.15mm筛余96.7％。水淬铜渣中主要化学成分含量：Fe为41.3％、Cu为0.8％、Fe₃O₄为8.4％、SiO₂为29％、Al₂O₃为3.9％、CaO为3.6％、MgO为1.1％，其矿物组成主要为铁橄榄石、磁铁矿及一些脉石组成的无定形玻璃体，其比表密度为3260kg·m^-3。

其中，粗骨料选自5-20mm连续级配玄武岩碎石，表观密度2910kg·m^-3，含泥量0.4％，泥块含量0.1％，针片状含量5.3％，压碎值4.3％，岩石抗压强度183Mpa。

其中，中子吸附剂选自硬硼钙石粉，由营口天元化工研究所股份有限公司提供，其化学式为Ca₂B₆O₁₁·5H₂O，具有无毒、低水溶性、高热稳定性、粒度小、比重小、分散性好等特点。

其中，减水剂选自Sika3301型聚羧酸高性能减水剂，由瑞士西卡公司提供，固含量为50％，减水率为40％，与水泥和矿物掺合料适应性良好。

一种快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土的制备方法，具体步骤如下：

(1)按上述重量比例准确称取原材料，将水泥、细骨料、粗骨料、中子吸收剂投入混凝土搅拌机中；

(2)再将减水剂与水混合成含减水剂的稀释溶液；

(3)启动搅拌机，搅拌30s使搅拌机中的物料先混合均匀，然后开始向搅拌机中匀速加入上述稀释溶液，溶液全部加完时间控制在10-15s范围内，继续搅拌3-5min，即可制得快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土。

实施例3：

一种快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土，由以下材料组成：水泥310份、细骨料1000份、粗骨料1300份、中子吸收剂18份、减水剂0.5份、水155份，以重量份数计。

其中，水泥选自快硬硫铝酸钙水泥，由曲阜中联特种水泥有限公司提供，其性能检测结果如下：比表面积353m²·kg^-1，标准稠度需水量28.1％，初凝时间20min，终凝时间180min，1天抗压强度37.5MPa，3天抗压强度47.7MPa，28天抗压强度52.1MPa，SO₃含量9.8％，Fe₂O₃含量3.18％，SiO₂含量7.7％，Al₂O₃含量33.4％，CaO含量40.8％，其它性能均符合要求。

其中，细骨料选自经机械处理后的水淬铜渣，机械处理的方式如下：首先将水淬铜渣在水泥试验球磨机(运行时间为3min)中碾碎，可使水淬铜渣中不坚固的结构被提前破坏，同时降低其平均颗粒粒径；然后对经过球磨机碾压的水淬铜渣进行筛分，取用粒径范围4.75mm以下全部颗粒作本发明中的细骨料。机械处理后水淬铜渣的颗粒粒径分布情况：4.75mm筛余0.6％、2.36mm筛余3.7％、1.18mm筛余19％、0.6mm筛余63.5％、0.3mm筛余89.2％、0.15mm筛余96.7％。水淬铜渣中主要化学成分含量：Fe为41.3％、Cu为0.8％、Fe₃O₄为8.4％、SiO₂为29％、Al₂O₃为3.9％、CaO为3.6％、MgO为1.1％，其矿物组成主要为铁橄榄石、磁铁矿及一些脉石组成的无定形玻璃体，其比表密度为3260kg·m^-3。

其中，粗骨料选自5-20mm连续级配玄武岩碎石，表观密度2910kg·m^-3，含泥量0.4％，泥块含量0.1％，针片状含量5.3％，压碎值4.3％，岩石抗压强度183Mpa。

其中，中子吸附剂选自硬硼钙石粉，由营口天元化工研究所股份有限公司提供，其化学式为Ca₂B₆O₁₁·5H₂O，具有无毒、低水溶性、高热稳定性、粒度小、比重小、分散性好等特点。

其中，减水剂选自Sika3301型聚羧酸高性能减水剂，由瑞士西卡公司提供，固含量为50％，减水率为40％，与水泥和矿物掺合料适应性良好。

一种快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土的制备方法，具体步骤如下：

(1)按上述重量比例准确称取原材料，将水泥、细骨料、粗骨料、中子吸收剂投入混凝土搅拌机中；

(2)再将减水剂与水混合成含减水剂的稀释溶液；

(3)启动搅拌机，搅拌30s使搅拌机中的物料先混合均匀，然后开始向搅拌机中匀速加入上述稀释溶液，溶液全部加完时间控制在10-15s范围内，继续搅拌3-5min，即可制得快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土。

实施例4：

一种快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土，由以下材料组成：水泥300份、细骨料1020份、粗骨料1280份、中子吸收剂18份、减水剂0.5份、水153份，以重量份数计。

其中，水泥选自快硬硫铝酸钙水泥，由曲阜中联特种水泥有限公司提供，其性能检测结果如下：比表面积353m²·kg^-1，标准稠度需水量28.1％，初凝时间20min，终凝时间180min，1天抗压强度37.5MPa，3天抗压强度47.7MPa，28天抗压强度52.1MPa，SO₃含量9.8％，Fe₂O₃含量3.18％，SiO₂含量7.7％，Al₂O₃含量33.4％，CaO含量40.8％，其它性能均符合要求。

其中，细骨料选自经机械处理后的水淬铜渣，机械处理的方式如下：首先将水淬铜渣在水泥试验球磨机(运行时间为3min)中碾碎，可使水淬铜渣中不坚固的结构被提前破坏，同时降低其平均颗粒粒径；然后对经过球磨机碾压的水淬铜渣进行筛分，取用粒径范围4.75mm以下全部颗粒作本发明中的细骨料。机械处理后水淬铜渣的颗粒粒径分布情况：4.75mm筛余0.6％、2.36mm筛余3.7％、1.18mm筛余19％、0.6mm筛余63.5％、0.3mm筛余89.2％、0.15mm筛余96.7％。水淬铜渣中主要化学成分含量：Fe为41.3％、Cu为0.8％、Fe₃O₄为8.4％、SiO₂为29％、Al₂O₃为3.9％、CaO为3.6％、MgO为1.1％，其矿物组成主要为铁橄榄石、磁铁矿及一些脉石组成的无定形玻璃体，其比表密度为3260kg·m^-3。

其中，粗骨料选自5-20mm连续级配玄武岩碎石，表观密度2910kg·m^-3，含泥量0.4％，泥块含量0.1％，针片状含量5.3％，压碎值4.3％，岩石抗压强度183Mpa。

其中，中子吸附剂选自硬硼钙石粉，由营口天元化工研究所股份有限公司提供，其化学式为Ca₂B₆O₁₁·5H₂O，具有无毒、低水溶性、高热稳定性、粒度小、比重小、分散性好等特点。

其中，减水剂选自Sika3301型聚羧酸高性能减水剂，由瑞士西卡公司提供，固含量为50％，减水率为40％，与水泥和矿物掺合料适应性良好。

一种快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土的制备方法，具体步骤如下：

(1)按上述重量比例准确称取原材料，将水泥、细骨料、粗骨料、中子吸收剂投入混凝土搅拌机中；

(2)再将减水剂与水混合成含减水剂的稀释溶液；

(3)启动搅拌机，搅拌30s使搅拌机中的物料先混合均匀，然后开始向搅拌机中匀速加入上述稀释溶液，溶液全部加完时间控制在10-15s范围内，继续搅拌3-5min，即可制得快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土。

实施例5：

一种快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土，由以下材料组成：水泥300份、细骨料1000份、粗骨料1300份、中子吸收剂18份、减水剂0.5份、水155份，以重量份数计。

其中，水泥选自快硬硫铝酸钙水泥，由曲阜中联特种水泥有限公司提供，其性能检测结果如下：比表面积353m²·kg^-1，标准稠度需水量28.1％，初凝时间20min，终凝时间180min，1天抗压强度37.5MPa，3天抗压强度47.7MPa，28天抗压强度52.1MPa，SO₃含量9.8％，Fe₂O₃含量3.18％，SiO₂含量7.7％，Al₂O₃含量33.4％，CaO含量40.8％，其它性能均符合要求。

其中，细骨料选自经机械处理后的水淬铜渣，机械处理的方式如下：首先将水淬铜渣在水泥试验球磨机(运行时间为3min)中碾碎，可使水淬铜渣中不坚固的结构被提前破坏，同时降低其平均颗粒粒径；然后对经过球磨机碾压的水淬铜渣进行筛分，取用粒径范围4.75mm以下全部颗粒作本发明中的细骨料。机械处理后水淬铜渣的颗粒粒径分布情况：4.75mm筛余0.6％、2.36mm筛余3.7％、1.18mm筛余19％、0.6mm筛余63.5％、0.3mm筛余89.2％、0.15mm筛余96.7％。水淬铜渣中主要化学成分含量：Fe为41.3％、Cu为0.8％、Fe₃O₄为8.4％、SiO₂为29％、Al₂O₃为3.9％、CaO为3.6％、MgO为1.1％，其矿物组成主要为铁橄榄石、磁铁矿及一些脉石组成的无定形玻璃体，其比表密度为3260kg·m^-3。

其中，粗骨料选自5-20mm连续级配玄武岩碎石，表观密度2910kg·m^-3，含泥量0.4％，泥块含量0.1％，针片状含量5.3％，压碎值4.3％，岩石抗压强度183Mpa。

其中，中子吸附剂选自硬硼钙石粉，由营口天元化工研究所股份有限公司提供，其化学式为Ca₂B₆O₁₁·5H₂O，具有无毒、低水溶性、高热稳定性、粒度小、比重小、分散性好等特点。

其中，减水剂选自Sika3301型聚羧酸高性能减水剂，由瑞士西卡公司提供，固含量为50％，减水率为40％，与水泥和矿物掺合料适应性良好。

一种快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土的制备方法，具体步骤如下：

(1)按上述重量比例准确称取原材料，将水泥、细骨料、粗骨料、中子吸收剂投入混凝土搅拌机中；

(2)再将减水剂与水混合成含减水剂的稀释溶液；

(3)启动搅拌机，搅拌30s使搅拌机中的物料先混合均匀，然后开始向搅拌机中匀速加入上述稀释溶液，溶液全部加完时间控制在10-15s范围内，继续搅拌3-5min，即可制得快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土。

实施例1～5制备的快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土性能测试结果如下：

由上表中数据可知，实施例1～5制备的快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土符合C30混凝土的强度要求，混凝土均无离析现象出现，混凝土的塌落度和扩展度良好，混凝土容重界于2800-2900kg·m³之间，符合防辐射混凝土对容重的要求。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的修改，均应含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土，其特征在于：由以下材料组成：水泥280-320份、细骨料900-1200份、粗骨料1200-1500份、中子吸收剂10-20份、减水剂0.4-0.6份、水145-165份，以重量份数计。

2.根据权利要求1所述的一种快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土，其特征在于：由以下材料组成：水泥290-310份、细骨料950-1100份、粗骨料1250-1400份、中子吸收剂15-20份、减水剂0.45-0.55份、水150-160份，以重量份数计。

3.根据权利要求2所述的一种快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土，其特征在于：由以下材料组成：水泥300份、细骨料1000份、粗骨料1300份、中子吸收剂18份、减水剂0.5份、水153份，以重量份数计。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土，其特征在于：所述水泥选自快硬硫铝酸钙水泥，其性能检测结果如下：比表面积353m²·kg^-1，标准稠度需水量28.1％，初凝时间20min，终凝时间180min，1天抗压强度37.5MPa，3天抗压强度47.7MPa，28天抗压强度52.1MPa，SO₃含量9.8％，Fe₂O₃含量3.18％，SiO₂含量7.7％，Al₂O₃含量33.4％，CaO含量40.8％，其它性能均符合要求。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土，其特征在于：所述细骨料选自经机械处理后的水淬铜渣。

6.根据权利要求5所述的一种快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土，其特征在于：所述的机械处理的方式如下：首先将水淬铜渣在水泥试验球磨机中碾碎，运行时间为3min，使水淬铜渣中不坚固的结构被提前破坏，同时降低其平均颗粒粒径；然后对经过球磨机碾压的水淬铜渣进行筛分，取用粒径范围4.75mm以下全部颗粒作本发明中的细骨料。

7.根据权利要求1或2或3所述的一种快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土，其特征在于：所述粗骨料选自5-20mm连续级配玄武岩碎石，表观密度2910kg·m^-3，含泥量0.4％，泥块含量0.1％，针片状含量5.3％，压碎值4.3％，岩石抗压强度183Mpa。

8.根据权利要求1或2或3所述的一种快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土，其特征在于：所述中子吸附剂选自硬硼钙石粉。

9.根据权利要求1或2或3所述的一种快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土，其特征在于：所述减水剂选自Sika3301型聚羧酸高性能减水剂，固含量为50％，减水率为40％。

10.根据权利要求1或2或3所述的一种快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：

(1)按上述重量比例准确称取原材料，将水泥、细骨料、粗骨料、中子吸收剂投入混凝土搅拌机中；

(2)再将减水剂与水混合成含减水剂的稀释溶液；

(3)启动搅拌机，搅拌30-60s使搅拌机中的物料先混合均匀，然后开始向搅拌机中匀速加入上述稀释溶液，溶液全部加完时间控制在10-15s范围内，继续搅拌3-5min，即可制得快硬硫铝酸钙水泥基防辐射混凝土。