CN109776033A - 一种预制构件用防辐射c40混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预制构件用防辐射C40混凝土，该混凝土由水泥、粉煤灰、河砂、碎石、外加剂、膨胀剂和水混合制成，按照重量份数，各组分用量为：水泥200～300份、粉煤灰120～210份、碎石1100～1200份、河砂700～750份、水140～160份、外加剂7～10份、膨胀剂20～40份。与现有技术相比，1.本发明以玄武岩为骨料，并通过配合比优化保证混凝土表观密度达2350kg/m3，使其具备屏蔽质子射线和中子射线的性能，且强度达到C40等级；2.通过严格控制混凝土原材中的有害元素含量来控制混凝土屏蔽墙感生放射性的量；3.大掺量掺合料的掺入在实现固废利用降低成本的同时，大幅降低混凝土水化热，预裂缝的出现；4.混凝土中高性能膨胀剂的加入，补偿混凝土中收缩，预防收缩裂缝的出现，强化辐射屏蔽效果。

Description

一种预制构件用防辐射C40混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑工程混凝土技术领域，具体来说是一种预制构件用防辐射 C40混凝土及其制备方法。

背景技术

合肥离子医学中心质子治疗项目建成后将成为我国首个超导回旋质子治 疗公共平台。质子治疗技术作为放疗技术中的一种，可以在对肿瘤进行集中爆 破的同时减少对健康组织的伤害，实现疗效最大化。由于治疗设备具有高放射 性，因此本项目对混凝土的辐射屏蔽性能和裂缝控制有极高要求。此外，设备 运行时会对辐射屏蔽墙造成活化而产生感生放射，因此要严格控制混凝土原材 料中的有害元素含量，同时为了方便项目后期迁移，本项目对混凝土制品的拆 卸迁移性能、灵活性能有一定要求。

防辐射混凝土是一种特殊用途的建筑材料，发明专利公布了一种高抗裂大 体积防辐射混凝土及其施工工艺(授权公告号：CN101913828B)，该方法以环 保型功能集料和重晶石作粗集料、环保型功能集料和铅粉作细集料来保证混凝 土容重，以钢纤维、铅硼聚乙烯纤维的加入来提高抗裂性能，制得辐射屏蔽性 能良好的高抗裂大体积防辐射混凝土。发明专利公布了一种可屏蔽辐射的高流 态低收缩C30混凝土(申请公告号：CN102617081A)，该方法以水泥、矿粉、 粉煤灰、河砂、碎石、外加剂和水为组分，制得干密度2350kg/m3、内部水分含 量不少于0.35％、拓展度550±75mm的高流态低收缩C30混凝土，现场施工方便且能有效屏蔽质子辐射和中子辐射。

重晶石、铁矿石混凝土是常见的防辐射混凝土，相较普通混凝土其骨料为 高密度的重晶石、铁矿石，从而具可以备屏蔽x射线、γ射线。本项目所用超导 质子加速器工作时所产辐射为质子射线及中子射线，重晶石/铁矿石混凝土难以 有效屏蔽质子射线辐射且匀质性较差，不能满足质子治疗系统的辐射屏蔽要求。 此外，本项目混凝土预制件由于其体量大，水化热易在内部聚集产生较大里表 温差而形成裂缝，通过加入钢纤维可提高其抗裂性能但成本较高。且本项目要 求以预制件的形式制备后期可拆卸的防辐射大体积C40混凝土尚属国内首例，相 较之前案例的现浇防辐射C30混凝土，本项目混凝土强度标号高、从而水化热、 裂缝控制等技术难度更大。以重晶石、铁矿石为骨料的防辐射混凝土对质子射线、中子射线屏蔽效果差不适于本项目。以钢纤维的加入来提高大体积混凝土 抗裂性能成本过高。相较于之前可屏蔽质子、中子辐射的现浇高流态低收缩C30 混凝土案例，本项目在保证屏蔽效果的同时对混凝土标号要求更高致使水化热 更大，混凝土裂缝控制难度更大，且以预制构件的形式生产可拆卸的大体积防 辐射混凝土尚属国内首例。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中缺陷，提供一种预制构件用防辐射 C40混凝土及其制备方法来解决上述问题，本发明通过玄武岩保证容重和原材料 优选使混凝土满足防辐射功能，通过大掺量掺合料和高性能膨胀剂补偿收缩混 凝土技术，降低水化热并补偿混凝土收缩，预防裂缝出现，保障混凝土对辐射 的屏蔽。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种预制构件用防辐射C40混凝土，其特征在于：该混凝土由水泥、粉煤 灰、河砂、碎石、外加剂、膨胀剂和水混合制成，按照重量份数，各组分用量 为：水泥200～300份、粉煤灰120～210份、碎石1100～1200份、河砂700～750 份、水140～160份、外加剂7～10份、膨胀剂20～40份。

作为优选，所述的混凝土的干密度为2350～2500kg/m³，混凝土的初始坍落 度为200～300mm，扩展度大于550～700mm。

作为优选，所述的水泥和粉煤灰中均含有Co、Ag、Ir、Eu、Sm、Gd、Dy 和Tm，所述的水泥与粉煤灰中的Co、Ag、Ir的含量均为0～50ppm，所述的水 泥与粉煤灰中的Eu、Sm、Gd、Dy和Tm的含量均为0～10ppm。

作为优选，所述的河砂的细度模数为2.3～2.7。

作为优选，所述的碎石是粒径为0～25mm的玄武岩碎石。

作为优选，所述的外加剂为缓凝型聚羧酸高效减水剂。

作为优选，所述的膨胀剂为镁系高性能膨胀剂。

一种预制构件用防辐射C40混凝土的制备方法，其特征在于：包括如下步 骤：

步骤S1：混凝土的拌合

首先，加入水泥、粉煤灰、河砂干拌15～20s，再加入外加剂、膨胀剂和水 湿拌40～60s。

步骤S2：混凝土的浇筑和振捣：

将混凝土分散布料，水平分层浇筑，控制混凝土入模温度≤30℃，分层厚度 为200～500mm每层，浇筑从低处向高处进行；振捣时振点均匀布置，水平分层 振捣，随浇随振捣，实时监测混凝土各部位及环境温度变化情况，指导后期养 护工作；

步骤S3：混凝土的养护和拆模：

将混凝土二次抹面压实后及时喷洒混凝土减蒸剂、覆盖塑料薄膜和保温材 料进行保温保湿养护，以温度实时监测数据指导混凝土养护工作，严格控制混 凝土内表温差≤25℃，混凝土绝热温升≤50℃，当混凝土内部温度与环境温度温 差小于20℃后即可拆除模具，并进行覆盖养护。

本发明提供一种预制构件用防辐射C40混凝土及其制备方法，与现有技术 相比，1.本发明以玄武岩为骨料，并通过配合比优化保证混凝土表观密度达 2350kg/m3，使其具备屏蔽质子射线和中子射线的性能，且强度达到C40等级；

2.通过严格控制混凝土原材中的有害元素含量来控制混凝土屏蔽墙感生放 射性的量；

3.大掺量掺合料的掺入在实现固废利用降低成本的同时，大幅降低混凝土 水化热，预裂缝的出现；

4.混凝土中高性能膨胀剂的加入，补偿混凝土中收缩，预防收缩裂缝的出 现，强化辐射屏蔽效果；

5.采用规模化工厂生产现场拼装的施工模式取代传统现场湿作业，有效减 少了原材料和能源的浪费、提高了产品质量且产品具备一定的拆卸灵活性，具 有一定的技术和社会效益。

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以 较佳的实施例详细的说明，说明如下：

实施例1

一种预制构件用防辐射C40混凝土，该混凝土由水泥、粉煤灰、河砂、 碎石、外加剂、膨胀剂和水混合制成，按照重量份数，各组分用量为：水泥280 份、粉煤灰120份、碎石1170份、河砂720份、水152份、外加剂9.5份、膨 胀剂30份。

所述的混凝土的干密度为2350kg/m³，混凝土的初始坍落度为200mm，扩 展度大于550mm。

所述的水泥和粉煤灰中均含有Co、Ag、Ir、Eu、Sm、Gd、Dy和Tm，所 述的水泥与粉煤灰中的Co、Ag、Ir的含量均为50ppm，所述的水泥与粉煤灰中 的Eu、Sm、Gd、Dy和Tm的含量均为10ppm。

所述的河砂的细度模数为2.3～2.7。

所述的碎石是粒径为25mm的玄武岩碎石。

所述的外加剂为缓凝型聚羧酸高效减水剂。

所述的膨胀剂为镁系高性能膨胀剂。

一种预制构件用防辐射C40混凝土的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1：混凝土的拌合

首先，加入水泥、粉煤灰、河砂干拌15～20s，再加入外加剂、膨胀剂和水 湿拌40～60s。

步骤S2：混凝土的浇筑和振捣：

将混凝土分散布料，水平分层浇筑，控制混凝土入模温度≤30℃，分层厚度 为200～500mm每层，浇筑从低处向高处进行；振捣时振点均匀布置，水平分层 振捣，随浇随振捣，实时监测混凝土各部位及环境温度变化情况，指导后期养 护工作；

步骤S3：混凝土的养护和拆模：

将混凝土二次抹面压实后及时喷洒混凝土减蒸剂、覆盖塑料薄膜和保温材 料进行保温保湿养护，以温度实时监测数据指导混凝土养护工作，严格控制混 凝土内表温差≤25℃，混凝土绝热温升≤50℃，当混凝土内部温度与环境温度温 差小于20℃后即可拆除模具，并进行覆盖养护。

实施例2

一种预制构件用防辐射C40混凝土，该混凝土由水泥、粉煤灰、河砂、碎 石、外加剂、膨胀剂和水混合制成，按照重量份数，各组分用量为：水泥245 份、粉煤灰165份、碎石1170份、河砂720份、水152份、外加剂8.5份、膨 胀剂30份。

所述的混凝土的干密度为2350kg/m³，混凝土的初始坍落度为200mm，扩 展度大于550mm。

所述的水泥和粉煤灰中均含有Co、Ag、Ir、Eu、Sm、Gd、Dy和Tm，所 述的水泥与粉煤灰中的Co、Ag、Ir的含量均为50ppm，所述的水泥与粉煤灰中 的Eu、Sm、Gd、Dy和Tm的含量均为10ppm。

所述的河砂的细度模数为2.3～2.7。

所述的碎石是粒径为25mm的玄武岩碎石。

所述的外加剂为缓凝型聚羧酸高效减水剂。

所述的膨胀剂为镁系高性能膨胀剂。

一种预制构件用防辐射C40混凝土的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1：混凝土的拌合

首先，加入水泥、粉煤灰、河砂干拌15～20s，再加入外加剂、膨胀剂和水 湿拌40～60s。

步骤S2：混凝土的浇筑和振捣：

将混凝土分散布料，水平分层浇筑，控制混凝土入模温度≤30℃，分层厚度 为200～500mm每层，浇筑从低处向高处进行；振捣时振点均匀布置，水平分层 振捣，随浇随振捣，实时监测混凝土各部位及环境温度变化情况，指导后期养 护工作；

步骤S3：混凝土的养护和拆模：

将混凝土二次抹面压实后及时喷洒混凝土减蒸剂、覆盖塑料薄膜和保温材 料进行保温保湿养护，以温度实时监测数据指导混凝土养护工作，严格控制混 凝土内表温差≤25℃，混凝土绝热温升≤50℃，当混凝土内部温度与环境温度温 差小于20℃后即可拆除模具，并进行覆盖养护。

实施例3

一种预制构件用防辐射C40混凝土，该混凝土由水泥、粉煤灰、河砂、碎 石、外加剂、膨胀剂和水混合制成，按照重量份数，各组分用量为：水泥205 份、粉煤灰205份、碎石1170份、河砂720份、水152份、外加剂7.4份、膨 胀剂30份。

所述的混凝土的干密度为2350kg/m³，混凝土的初始坍落度为200mm，扩 展度大于550mm。

所述的水泥和粉煤灰中均含有Co、Ag、Ir、Eu、Sm、Gd、Dy和Tm，所 述的水泥与粉煤灰中的Co、Ag、Ir的含量均为50ppm，所述的水泥与粉煤灰中 的Eu、Sm、Gd、Dy和Tm的含量均为10ppm。

所述的河砂的细度模数为2.3～2.7。

所述的碎石是粒径为25mm的玄武岩碎石。

所述的外加剂为缓凝型聚羧酸高效减水剂。

所述的膨胀剂为镁系高性能膨胀剂。

一种预制构件用防辐射C40混凝土的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1：混凝土的拌合

首先，加入水泥、粉煤灰、河砂干拌15～20s，再加入外加剂、膨胀剂和水 湿拌40～60s。

步骤S2：混凝土的浇筑和振捣：

将混凝土分散布料，水平分层浇筑，控制混凝土入模温度≤30℃，分层厚度 为200～500mm每层，浇筑从低处向高处进行；振捣时振点均匀布置，水平分层 振捣，随浇随振捣，实时监测混凝土各部位及环境温度变化情况，指导后期养 护工作；

步骤S3：混凝土的养护和拆模：

将混凝土二次抹面压实后及时喷洒混凝土减蒸剂、覆盖塑料薄膜和保温材 料进行保温保湿养护，以温度实时监测数据指导混凝土养护工作，严格控制混 凝土内表温差≤25℃，混凝土绝热温升≤50℃，当混凝土内部温度与环境温度温 差小于20℃后即可拆除模具，并进行覆盖养护。

表1是对实施例1～3制得大体积防辐射混凝土取样后进行的性能检测，首 先评估其工作性，再将混凝土成型立方体试件，养护在20℃、相对湿度大于95％ 条件下，测定相应龄期的抗压强度、容重，检测结果见下表：

表1

由表1可知，制备得到的混凝土成型立方件测试结果性能比较优异，抗压 强度测试指标均达到C40标准，且混凝土容重大于2350kg/m³，达到大体积防辐 射混凝土项目要求。

表2是对实施例1～3的配合比中有害微量元素的总含量分析结果：

由表2可知，三个实施例中有害微量元素的总含量均未超过上限值，可有 效避免感生放射。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业 的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中 描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有 各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明 要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (8)

1.一种预制构件用防辐射C40混凝土，其特征在于：该混凝土由水泥、粉煤灰、河砂、碎石、外加剂、膨胀剂和水混合制成，按照重量份数，各组分用量为：水泥200～300份、粉煤灰120～210份、碎石1100～1200份、河砂700～750份、水140～160份、外加剂7～10份、膨胀剂20～40份。

2.根据权利要求1所述的一种预制构件用防辐射C40混凝土，其特征在于：所述的混凝土的干密度为2350～2500kg/m³，混凝土的初始坍落度为200～300mm，扩展度大于550～700mm。

3.根据权利要求1所述的一种预制构件用防辐射C40混凝土，其特征在于：所述的水泥和粉煤灰中均含有Co、Ag、Ir、Eu、Sm、Gd、Dy和Tm，所述的水泥与粉煤灰中的Co、Ag、Ir的含量均为0～50ppm，所述的水泥与粉煤灰中的Eu、Sm、Gd、Dy和Tm的含量均为0～10ppm。

4.根据权利要求1所述的一种预制构件用防辐射C40混凝土，其特征在于：所述的河砂的细度模数为2.3～2.7。

5.根据权利要求1所述的一种预制构件用防辐射C40混凝土，其特征在于：所述的碎石是粒径为0～25mm的玄武岩碎石。

6.根据权利要求1所述的一种预制构件用防辐射C40混凝土，其特征在于：所述的外加剂为缓凝型聚羧酸高效减水剂。

7.根据权利要求1所述的一种预制构件用防辐射C40混凝土，其特征在于：所述的膨胀剂为镁系高性能膨胀剂。

8.根据权利要求1-7任一所述的预制构件用防辐射C40混凝土的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤S1：混凝土的拌合

首先，加入水泥、粉煤灰、河砂干拌15～20s，再加入外加剂、膨胀剂和水湿拌40～60s。

步骤S2：混凝土的浇筑和振捣：

将混凝土分散布料，水平分层浇筑，控制混凝土入模温度≤30℃，分层厚度为200～500mm每层，浇筑从低处向高处进行；振捣时振点均匀布置，水平分层振捣，随浇随振捣，实时监测混凝土各部位及环境温度变化情况，指导后期养护工作；

步骤S3：混凝土的养护和拆模：

将混凝土二次抹面压实后及时喷洒混凝土减蒸剂、覆盖塑料薄膜和保温材料进行保温保湿养护，以温度实时监测数据指导混凝土养护工作，严格控制混凝土内表温差≤25℃，混凝土绝热温升≤50℃，当混凝土内部温度与环境温度温差小于20℃后即可拆除模具，并进行覆盖养护。