CN109748524A - 一种耐负温防辐射型含硼富钡硫铝酸盐水泥熟料 - Google Patents

一种耐负温防辐射型含硼富钡硫铝酸盐水泥熟料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐负温防辐射型含硼富钡硫铝酸盐水泥熟料。该水泥熟料是由以下重量百分比的矿物组成：硫铝酸钡钙48～62％、铁酸二钙5～12％、硅酸二钙20～26％、铝酸钡8～15％和硼酸钙3～8％。本发明的水泥熟料具有强度高，耐久性好，密实度高，干缩率低，自身防辐射性能好且抗冻性能优异，适用于世界两极、中国北方等高寒冷地区中，核电工程中可能发生冻融破坏构筑物的建设，如安全壳，屏蔽厂房，辅助厂房等。

Description

一种耐负温防辐射型含硼富钡硫铝酸盐水泥熟料
技术领域
本发明涉及一种耐负温防辐射型高纬区域核电工程用含硼富钡硫铝酸盐水泥熟料，属于特种水泥制备技术领域。
背景技术
核能是二战期间为了满足战争需要发展起来的，战后，核能的和平利用成了众多科学家研究的重点。1951年美国首次在爱达荷国家反应堆试验中心进行了核反应堆发电的尝试，发出了100千瓦的核能电力，为人类和平利用核能迈出了第一步。1954年6月，原苏联在莫斯科近郊粤布宁斯克建成了世界上第一座向工业电网送电的核电站，但功率只有5000kW。1961年7月，美国建成了第一座商用核电站——杨基核电站。该核电站功率近300MW，发电成本降至9.2美厘/度，显示出核电站强大生命力。经过六十多年的发展，核电已经成为许多发达国家重要的发电方式，为全球提供了大约11％的电力，而中国核电约占全国累计发电量的3.56％，还有很大的发展空间。
我国大部分核电站都建在东部沿海发达地区，而北方及高纬度地区核电工程相对较少。然而许多欧洲发达国家的核电站建在高纬度高寒的地区，核电水泥在高寒环境下容易造成冻融破坏，易造成核辐射的泄露等危害。因此核电水泥需要具备低水化热、高早强、低碱、抗硫酸盐侵蚀性能、抗冻融破坏和干缩性小等特点，。传统防辐射混凝土的制备采用的核电水泥多是符合特殊标准的硅酸盐水泥或铝酸盐水泥，防辐射性能主要来自于重骨料，掺和料及混凝土自身的厚度，造成了材料的浪费和增加了施工量。
目前，常用的防辐射水泥主要是钡水泥、锶水泥和硼水泥。钡水泥和锶水泥主要是采用氧化钡(BaO)和氧化锶(SrO)替代传统硅酸盐水泥中的CaO，对γ射线和X射线具有良好的吸收能力，但是钡水泥和锶水泥稳定性差，不能屏蔽中子辐射。硼水泥是以铝酸盐熟料为基材，掺入适量硼镁石和石膏磨制而成，可吸收中子辐射，但会伴随着二次γ射线的产生，需配合重骨料避免二次γ射线污染。中国专利CN201410243401.X公开了一种防辐射水泥及其制备方法，该水泥可屏蔽α、β、γ和X射线，对中子辐射也有一定的吸收作用，但是该材料属于硅酸盐水泥，不适合在高寒地区作业施工。
发明内容
针对以上现有核电水泥存在的技术问题，本发明提供了一种耐负温防辐射型含硼富钡硫铝酸盐水泥熟料，该水泥熟料不仅密实度高，抗冻性能优秀，还同时具有多元防辐射屏蔽作用。
本发明采用以下技术方案：
一种耐负温防辐射型含硼富钡硫铝酸盐水泥熟料，所述熟料矿相质量百分比组成为：硫铝酸钡钙48～62％、铁酸二钙5～12％、硅酸二钙20～26％、铝酸钡8～15％和硼酸钙3～8％。
所述硫铝酸钡钙化学分子式为C4-xBxA3$，其中1.3<x<1.8。
所述的耐负温防辐射型含硼富钡硫铝酸盐水泥熟料，其生料的氧化物质量百分比组成为：CaO 19～35％、BaO 20～33％、Fe2O3 2.8～5.0％、Al2O3 25～38％、B2O3 1.2～3.0％、SO3 6～12％、SiO2 5～9％。
所述水泥生料原料质量百分比组成为：石灰石27～38％、铝矾土18～28％、硼镁(铁)矿3～8％、工业钡渣31～44％和工业废石膏5～12％。其中硼镁(铁)矿中B2O3 40～50％、Fe2O3 30～40％，MgO 20％。所用工业钡渣主要成分为BaCO3 32.58％、BaSO421.34％、SiO2 25.42％及余量的可溶性钡盐和氧化亚铁、氧化铝等杂质。将生料在1300-1400℃下煅烧2h，制得该耐负温防辐射型含硼富钡硫铝酸盐水泥熟料。硼镁(铁)矿石和钡渣成分波动时，可按氧化物组成配比相应调整生料各组分用量。
本发明含有大量的含钡矿物，对γ射线和X射线能起到有效的吸收作用，硫铝酸钡钙分子式为C4-xBxA3$，其中1.3<x<1.8。已有研究表明Ba取代Ca的量达到1.25时，该矿物的力学性能最优，本发明在满足核电水泥强度要求的前提下，将Ba的取代量增大，进一步提升水泥防辐射能力。水泥水化产物中的结晶水可将快中子流减缓为慢中子流，然后被水泥中的硼元素吸收，随之产生的二次γ射线最终也被钡元素所吸收，同时生成的部分的硼酸钙可减缓水泥过快的水化速率，解决水化放热集中的问题；α，β射线穿透能力较低，易被吸收，普通的表面防护材料就可以防护，不需要专门针对；另外本水泥熟料水化后产生大量的结晶水，可以有效的吸收中子辐射。
本发明的有益效果是：本发明的水泥熟料对γ射线和X射线能起到有效的吸收作用，同时还可以有效的吸收中子辐射，是一种适用于低温环境的多元防辐射水泥。此外，本发明密实性好，孔隙率低，有着较高的表观密度，体积稳定性好，干缩率低，具有良好的抗冻性和多元防辐射能力，适合中国北方等高纬度寒冷地区核电工程中可能发生冻融破坏的构筑物的建设。
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
为了进一步的研究本发明的耐负温防辐射型含硼富钡硫铝酸盐水泥熟料的性能特点，本发明根据原料组成设计了3组实施例，具体组成如下表1所示。
表1各组试样原料组成
各组原料经破碎粉磨混合均匀后，在相应煅烧温度下煅烧2h得到三组水泥熟料，对这三组水泥熟料的力学性能和物化性能进行测试，并与核电水泥标准进行对比，结果如下表2；同时将制得的水泥熟料制成2mm*2mm*2mm试块，养护28d后分别进行100次、150次冻融循环测试，并与普通42.5硅酸盐水泥对比，结果如表3、表4。
表2水泥试样力学性能和物化性能
表3水泥试样100次冻融循环测试结果
项目 含硼富钡硫铝酸盐水泥熟料 普通硅酸盐水泥
抗冻次数 100 100
28d抗压强度损失 3.33％ 14.47％
28d质量损失 0.13％ 0.39％
表4水泥试样150次冻融循环测试结果
项目 含硼富钡硫铝酸盐水泥熟料 普通硅酸盐水泥
抗冻次数 150 150
28d抗压强度损失 4.17％ 20.32％
28d质量损失 0.31％ 0.60％
通过以上三个实例可以看出，本发明的一种耐负温防辐射型含硼富钡硫铝酸盐水泥熟料的各项力学性能及物化性能都满足GB/T 31545-2015的要求，抗冻性能突出，而且含有大量的钡元素、硼元素，兼具防护屏蔽X射线、γ射线和吸收中子辐射的作用，是一种优秀的可用于极寒高纬度区域核电工程的防辐射水泥材料。

Claims (5)

1.一种耐负温防辐射型含硼富钡硫铝酸盐水泥熟料，其特征在于，所述熟料矿物质量百分比组成为：硫铝酸钡钙48～62％、铁酸二钙5～12％、硅酸二钙20～26％、铝酸钡8～15％和硼酸钙3～8％。
2.根据权利要求1所述的耐负温防辐射型含硼富钡硫铝酸盐水泥熟料，其特征在于，所述硫铝酸钡钙化学分子式为C4-xBxA3$，其中1.3<x<1.8。
3.根据权利要求1所述的耐负温防辐射型含硼富钡硫铝酸盐水泥熟料，其特征在于，所述水泥生料的氧化物质量百分比组成为：CaO 19～35％、BaO 20～33％、Fe2O3 2.8～5.0％、Al2O3 25～38％、B2O3 1.2～3.0％、SO3 6～12％、SiO2 5～9％。
4.根据权利要求3所述的耐负温防辐射型含硼富钡硫铝酸盐水泥熟料，其特征在于，所述水泥生料原料质量百分比组成为：石灰石27～38％、铝矾土18～28％、硼镁(铁)矿3～8％、工业钡渣31～44％和工业废石膏5～12％。
5.根据权利要求1所述的耐负温防辐射型含硼富钡硫铝酸盐水泥熟料，其特征在于，所述的水泥熟料是由水泥生料在1300-1400℃下煅烧2h制得。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1035486A (zh) * 1989-01-26 1989-09-13 武汉工业大学 含钡硫铝酸盐水泥
CN1099013A (zh) * 1993-12-07 1995-02-22 四川省建材工业科学研究院 一种钡水泥
CN102701613A (zh) * 2012-06-18 2012-10-03 湖北大学 一种防辐射水泥熟料矿物相体系的制备方法
CN104402259A (zh) * 2014-11-08 2015-03-11 湖南新宇农业科技有限公司 一种抗辐射抗收缩水硬性胶凝材料的制造方法
CN104496223A (zh) * 2015-01-06 2015-04-08 成都净空环保科技有限公司 一种钡渣解毒方法
CN108892459A (zh) * 2018-09-12 2018-11-27 东南大学 一种含钡硫铝酸盐水泥基快速修补材料及其制备方法
CN109265031A (zh) * 2018-11-02 2019-01-25 济南大学 一种含钡白色硫铝酸盐水泥熟料及其制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1035486A (zh) * 1989-01-26 1989-09-13 武汉工业大学 含钡硫铝酸盐水泥
CN1099013A (zh) * 1993-12-07 1995-02-22 四川省建材工业科学研究院 一种钡水泥
CN102701613A (zh) * 2012-06-18 2012-10-03 湖北大学 一种防辐射水泥熟料矿物相体系的制备方法
CN104402259A (zh) * 2014-11-08 2015-03-11 湖南新宇农业科技有限公司 一种抗辐射抗收缩水硬性胶凝材料的制造方法
CN104496223A (zh) * 2015-01-06 2015-04-08 成都净空环保科技有限公司 一种钡渣解毒方法
CN108892459A (zh) * 2018-09-12 2018-11-27 东南大学 一种含钡硫铝酸盐水泥基快速修补材料及其制备方法
CN109265031A (zh) * 2018-11-02 2019-01-25 济南大学 一种含钡白色硫铝酸盐水泥熟料及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
芦令超: ""基于硫铝酸盐矿物的新型水泥及工程应用"", 《中国11省市硅酸盐发展报告（2011）》 *
郭喜良 等: "《放射性废物固化/固定处理技术》", 30 April 2016, 哈尔滨工程大学出版社 *

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