CN109704714B - 一种防辐射型磷铝酸盐水泥基核电混凝土 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防辐射型磷铝酸盐水泥基核电混凝土，该防辐射型磷铝酸盐水泥基核电混凝土的组成如下：五元体系磷铝酸盐水泥10～25份，水4‑15份，防辐射粗骨料35～60份，防辐射细骨料20～40份，外加剂0.25～1份。本发明的防辐射型磷铝酸盐水泥基核电混凝土能有效屏蔽防护α、β、γ、X射线和中子辐射。另外，本发明所用五元体系磷铝酸盐水泥密度大，可以有效的防止骨料离析现象的产生，并且具有很强的耐高温性能，在1500℃仍然具有很高的强度，可以有效的吸收核辐射所产生的热量，在核电工程领域有着极高的应用价值。

Description

一种防辐射型磷铝酸盐水泥基核电混凝土
技术领域
一种防辐射型磷铝酸盐水泥基核电混凝土，属于特种混凝土领域。
背景技术
目前核技术已经运用到如军事、教育、医疗、核力发电、农业、勘探等多领域。核技术为人类社会带来巨大利益的同时，危机也结伴而生，由于上世纪核试验释放的放射性核素以及当今核安全事故使动植物饱受核辐射的摧残。核辐射作用于人体时通过不同方式使人体细胞癌变、致畸甚至死亡。因此合理设置屏蔽层是保护动植物不受核辐射威胁的必要手段，常见辐射屏蔽材料有铅板、防辐射玻璃、防辐射混凝土等。
防辐射混凝土是目前使用最为广泛的射线防护材料，如用于制作核反应堆的内外壳以及核废料的固化处理。因此积极研究和开发新型、经济、安全、合理的防辐射混凝土用胶凝材料，具有重大的战略意义和积极的社会意义。各种电离辐射对物质穿透力不同，如果物质厚度足够大，入射粒子将全部消失在物质中，这现象物理学里称为吸收。核辐射主要包括α、β、γ、X射线以及中子束五种高能射线，对于γ射线、X射线宜用原子序数高的物质屏蔽，效果较好；而β射线需要先用低原子序数材料进行阻挡，在其后再用原子序数高的材料进行屏蔽；中子用低原子序数物质屏蔽(如富含氢原子、硼元素的材料)。
核电站核反应堆最内层是核反应堆芯及相应的冷却水回路系统，冷却水入口水温300℃，出口水温330-360℃。反应堆最外层安全壳采用防辐射混凝土结构，直径可达40m，高60-70m，壁厚近1m，它一方面需要承受内外压以保证事故时安全壳不被破坏，另一方面要求拥有良好的密封性能及相应的吸收射线物质和辐射所产生的热量，综合确保核反应堆辐射在任何情况下不能外泄。因而，在应用于核电工程领域的混凝土具有极高的要求。
发明内容
本发明提供了一种防辐射型磷铝酸盐水泥基核电混凝土，所使用的原料和检测方法均符合GB/T 34008-2017防辐射混凝土的有关标准。所用磷铝酸盐水泥本身就具有极强的防辐射性能，能够防护吸收X射线、γ射线以及中子辐射。而且掺加的粗骨料和细骨料都是专为防辐射混凝土所设计的，其中含有硼、钡以及大量的轻元素，对α、β、γ、X射线和中子射线都有很强的吸收屏蔽作用，是一种优秀的可用于核电工程防护和核废料处理的高品质混凝土，相信在核电防辐射方面有着广阔的应用前景。
本发明采用以下技术方案：
一种防辐射型磷铝酸盐水泥基核电混凝土，它是由以下重量份的原料制成：五元体系磷铝酸盐水泥10～25份、水4-15份、防辐射粗骨料35～60份、防辐射细骨料20～40份、外加剂0.25～1份。
所述五元体系磷铝酸盐水泥其矿物组成重量百分比如下：磷铝酸钡钙40～75％、铝酸钡钙10～25％、铁酸二钙5～15％、铝酸钙5～15％、硼酸钙3～8％。主要矿相磷铝酸钡钙化学分子式为((8-x)CaO·xBaO·6Al2O3·P2O5，其中x＝0.80-1.65。该水泥为强度等级不低于42.5级磷铝酸盐水泥，所用水泥比表面积大于320m2/kg。
所述防辐射粗骨料为磁铁矿石、重晶石、蛇纹石重骨料中一种或几种的组合，尺寸在8～30mm。
所述防辐射细骨料为磨细重晶石粉、褐铁矿砂以及钡渣，其尺寸在0.5～5mm。
所述外加剂是由以下重量份的原料组成：硼酸0.05～0.1份、早强剂0.1～0.4份，减水剂0.1～0.5份。
所述减水剂为聚羧酸高效减水剂，固含量不低于20％，减水率不低于20％。
本发明的有益效果是：本发明的防辐射型磷铝酸盐水泥基核电混凝土因其含有大量的硼、钡以及大量的轻元素与结晶水，对α、β、γ、X射线和中子射线都有很强的吸收屏蔽作用；本发明所用五元体系磷铝酸盐水泥含有大量的钡元素、硼元素，不仅具有吸收γ、X射线、中子辐射的能力，而且水泥密度大，可以有效的防止骨料离析现象的产生，有利于施工，并且具有很强的耐高温性能，在1500℃仍然具有很高的强度，可以有效吸收核辐射所产生的热量，在用作防辐射、核电工程等方面具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
实施例
将本发明的防辐射型磷铝酸盐水泥基核电混凝土，按照表1制成防辐射型磷铝酸盐水泥基核电混凝土。所使用的原料和检测方法均符合GBT 34008-2017防辐射混凝土的有关标准。混凝土工作性能检测结果如表2所示。另外，按照表1配料比制成两种分别为有300mm×300mm×150mm和300mm×300mm×100mm的混凝土试板。将试样进行γ射线照射，利用X-γ剂量仪检测并计算其半衰减层厚度δ1/2以及线吸收系数μ，实验结果与普通硅酸盐混凝土比较如表3所示，其中第4组数据即为普通硅酸盐混凝土。
表1混凝土配料表
Figure BDA0001942800560000021
Figure BDA0001942800560000031
表3混凝土屏蔽γ射线测试
Figure BDA0001942800560000032
由表2、表3可以看出，本发明的防辐射型磷铝酸盐水泥基核电混凝土的工作性符合混凝土施工的要求，表观密度大于3600kg/m3，耐久性能突出，并且屏蔽γ射线的能力突出，对于同一γ源,要使其辐射强度衰减一半，所需厚度是普通混凝土的一半。此外，本发明的混凝土对α、β、γ、X射线和中子射线也都有很强的吸收屏蔽作用，因而是一种优秀的可用核电工程的防辐射混凝土。

Claims (5)

1.一种防辐射型磷铝酸盐水泥基核电混凝土，其特征在于，它是由以下重量份的原料
制成：五元体系磷铝酸盐水泥10～25份、水4-15份、防辐射粗骨料35～60份、防辐射细骨料20～40份、外加剂0.25～1份；
所述五元体系磷铝酸盐水泥其矿物组成重量百分比如下：磷铝酸钡钙40～75％、铝酸钡钙10～25％、铁酸二钙5～15％、铝酸钙5～15％、硼酸钙3～8％；
所述磷铝酸钡钙化学分子式为(8-x)CaO·xBaO·6Al2O3·P2O5，其中x＝0.80-1 .65。
2.根据权利要求1所述的防辐射型磷铝酸盐水泥基核电混凝土，其特征在于，所述防辐射粗骨料为磁铁矿石、重晶石、蛇纹石重骨料中一种或几种的组合，尺寸在8～30mm。
3.根据权利要求1所述的防辐射型磷铝酸盐水泥基核电混凝土，其特征在于，所述防辐射细骨料为磨细重晶石粉、褐铁矿砂以及钡渣以任意比例掺配的混合料，其尺寸在0 .5～
5mm。
4.根据权利要求1所述的防辐射型磷铝酸盐水泥基核电混凝土，其特征在于，所述外加剂是由以下重量份的原料组成：硼酸0 .05～0 .1份、早强剂0 .1～0 .4份，减水剂0 .1～0.5份。
5.根据权利要求4所述的防辐射型磷铝酸盐水泥基核电混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂，固含量不低于20％，减水率不低于20％。
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