CN110372286A - 一种核泄漏防护复合墙体及其应用 - Google Patents

一种核泄漏防护复合墙体及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种核泄漏复合防护墙体及其应用，该墙体包括牺牲层、隔热层和防护层，牺牲层为内层，防护层为外层，隔热层位于牺牲层和防护层中间，所述的牺牲层为硅铁质牺牲混凝土材料制成，所述隔热层为泡沫混凝土材料制成，所述的防护层为超高性能混凝土材料制成。本发明所公开的核泄漏防护复合墙体，使得超高性能混凝土能作为牺牲层的防护屏障，有效增加了复合墙体的抗打击性能，另外利用泡沫混凝土起到隔热作用，减轻高温对外层防护层的影响。

Description

一种核泄漏防护复合墙体及其应用
技术领域
本发明涉及一种核泄漏防护复合墙体及其应用，属于建筑材料领域。
背景技术
核电站具有特殊的军事、民用地位，战时其是主要打击对象，若发生核电站事故，将对自然环境和公众健康造成严重危害，因此需要对其进行特殊的防护设计。当火灾或者严重核灾难发生时，牺牲混凝土材料会受到高温作用。牺牲混凝土材料经过高温作用后，会发生极其复杂的物理变化和化学变化，导致其性能劣化，伴随着膨胀，开裂，强度、刚度下降，在特殊情况下还会发生爆裂。在高温作用下牺牲混凝土材料的劣化主要是由其内部产生的蒸汽压力和温度应力所造成的。因此，亟需设计一种新型复合材料，以减轻核电站防护墙体核泄漏风险，这对于核电站的安全运行及灾后稳定响应具有重要的意义。
发明内容
发明目的：为了解决上述技术问题，本发明提供了一种核泄漏防护复合墙体及其应用。
技术方案：为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种核泄漏防护复合墙体，包括牺牲层、隔热层和防护层，牺牲层作为内层，防护层作为外层，隔热层位于牺牲层和防护层中间，所述的牺牲层为硅铁质牺牲混凝土材料制成，所述隔热层为泡沫混凝土材料制成，所述的防护层为超高性能混凝土材料制成；
所述的泡沫混凝土材料主要由以下重量份比例的原料制成：
普通硅酸盐水泥200-450份、硅灰50-160份、河砂450-730份、稳泡剂1-3份、聚丙烯纤维1-5份、减水剂4-7份、发泡剂1-2份、水105-240份；
所述的超高性能混凝土材料主要由以下重量份比例的原料制成：
普通硅酸盐水泥550-600份、精细沉珠250-300份、硅灰85-100份、河砂750-800份、钢纤维180-240份、减水剂18-30份、水150-190份。
所述的牺牲混凝土材料主要由普通硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、河砂、赤铁矿石、聚丙烯纤维、聚羧酸减水剂和水制成。
作为优选：
所述的普通硅酸盐水泥为PII·52.5级普通硅酸盐水泥；
所述的精细沉珠呈全球状、连续粒径分布、超细、实心，其中SiO2含量为50％-54％，Al2O3含量为20-25％，Fe2O3含量为4-5％，CaO含量为12-14％；
所述的硅灰中SiO2含量大于等于95％，比表面积不小于20000m2/kg；
所述的河砂细度模数为1.8，粒径为0-5mm，密度为2.55-2.70g/cm3；
所述的钢纤维为平直钢纤维，长径比大于60，抗拉强度大于等于3000MPa；
所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂；
所述的稳泡剂为羟丙基甲基纤维素，白色粉末，黏度为20000mPa·s；
所述的聚丙烯纤维的长度为9～12mm，抗拉强度大等于400MPa，密度为0.91g/cm3所述的发泡剂为市售复合型发泡剂。
所述的超高性能混凝土材料的制备方法包括以下步骤：
(1)取普通硅酸盐水泥、精细沉珠、硅灰、河砂，搅拌均匀得到混合胶凝材料；
(2)向上述混合胶凝材料中加入减水剂及水搅拌均匀得到混合浆体；
(3)向上述混合浆体中加入钢纤维，混合均匀，即得。
所述泡沫混凝土材料的制备方法包括以下步骤：
(1)将发泡剂、稳泡剂混合均匀，并加水稀释，再预先制备泡沫备用；
(2)取普通硅酸盐水泥、硅灰、聚丙烯纤维及河砂充分搅拌均匀得到混合干料；
(3)向混合干料中加入减水剂与水搅拌均匀得到混合浆体；
(4)向混合浆体中加入步骤(1)所得预制泡沫并搅拌均匀后，备用。
所述复合墙体，制备时先浇筑内层牺牲混凝土，再浇筑中间层泡沫混凝土，最后浇筑外层超高性能混凝土。
所述的核泄漏防护复合墙体在防止核泄漏中的应用，能够简化堆芯捕集器结构，同时三层式结构，协同作用，能够有效防护核泄漏。
技术效果：相对于现有技术，本发明所公开的核泄漏防护复合墙体，分为三层设计，最内层为牺牲混凝土；最外层为超高性能混凝土，作为牺牲混凝土的防护屏障，有效保证了核泄漏防护复合墙体的抗打击性能；中间层为泡沫混凝土，起到隔热作用，在一定程度上可以减轻最外层超高混凝土受到高温熔融的影响。此外，本发明核泄漏防护复合墙体在应用时，能够简化堆芯捕集器结构，同时能有效防护核泄漏。
具体实施方式
下面结合具体实例，进一步阐明本发明。
所述的普通硅酸盐水泥为PII·52.5级普通硅酸盐水泥；
所述的精细沉珠呈全球状、连续粒径分布、超细、实心，其中SiO2含量为50％-54％，Al2O3含量为20-25％，Fe2O3含量为4-5％，CaO含量为12-14％；
所述的硅灰中SiO2含量大于等于95％，比表面积不小于20000m2/kg；
所述的河砂细度模数为1.8，粒径为0-5mm，密度为2.55-2.70g/cm3；
所述的钢纤维为平直钢纤维，长径比大于60，抗拉强度大于等于3000MPa；
所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂；
所述的稳泡剂为羟丙基甲基纤维素，白色粉末，黏度为20000mPa·s；
所述的聚丙烯纤维的长度为9～12mm，抗拉强度大等于400MPa，密度为0.91g/cm3；
所述的发泡剂为市售复合型发泡剂；
所述的赤铁矿石的粒径范围为0.125mm-4mm，Fe2O3含量大于等于90％；
水为自来水或饮用水，符合《混凝土用水标准》(JGJ63-2006)的要求。
各实施例及对比例中的牺牲层为硅铁质牺牲混凝土材料制成，按重量份数计，所选择的原料配合比包括以下组分：普通硅酸盐水泥390份、粉煤灰130.0份、硅灰20.0份、河砂1060份、赤铁矿石990份、聚丙烯纤维2.3份、聚羧酸减水剂5.6份、水187份。并按照牺牲混凝土材料生产工艺进行制备与养护。
实施例1
一种核泄漏防护复合墙体，包括内层的牺牲层、外层的防护层以及中间层的隔热层，本实施例中的防护层为超高性能混凝土，按重量份数计，包括以下组分：
普通硅酸盐水泥585份、精细沉珠270份、硅灰90份、河砂778份、钢纤维225份、减水剂27份、水178份。
制备方法：
(1)取普通硅酸盐水泥、精细沉珠、硅灰、河砂，搅拌均匀得到混合胶凝材料；
(2)向上述混合胶凝材料中加入减水剂及水搅拌均匀得到混合浆体；
(3)向上述混合浆体中加入钢纤维，混合均匀，即得。
本实施例中的隔热层为泡沫混凝土，按重量份数计，包括以下组分：
普通硅酸盐水泥350.0份，硅灰150.0份，河砂500.0份，稳泡剂2.5份，聚丙烯纤维2.6份，减水剂6.3份，发泡剂1.1份，水200.0份。
隔热层材料泡沫混凝土的制备方法如下：
(1)将发泡剂、稳泡剂混合均匀，并加水稀释，再预先制备泡沫备用；
(2)取普通硅酸盐水泥、硅灰、聚丙烯纤维及河砂充分搅拌均匀得到混合干料；
(3)向混合干料中加入减水剂与水搅拌均匀得到混合浆体；
(4)向混合浆体中加入步骤(1)所得预制泡沫并搅拌均匀后，备用；
制备时先浇筑内层牺牲混凝土，再浇筑中间层泡沫混凝土，最后浇筑外层超高性能混凝土，养护。
实施例2
一种核泄漏防护复合墙体，包括牺牲层、包裹于牺牲层外表面的防护层以及中间隔热层，本实施例中的防护层为超高性能混凝土，按重量份数计，包括以下组分：
普通硅酸盐水泥560份、精细沉珠260份、硅灰90份、河砂760份、聚羧酸减水剂22份、钢纤维200份、水160份。
制备方法：
(1)取普通硅酸盐水泥、精细沉珠、硅灰、河砂，搅拌均匀得到混合胶凝材料；
(2)向上述混合胶凝材料中加入减水剂及水搅拌均匀得到混合浆体；
(3)向上述混合浆体中加入钢纤维，混合均匀，即得。
本实施例中的隔热层为泡沫混凝土，按重量份数计，包括以下组分：
普通硅酸盐水泥336.0份，硅灰144.0份，河砂480.0份，稳泡剂2.4份，聚丙烯纤维2.7份，减水剂6.0份，发泡剂1.0份，水240.0份。
隔热层材料泡沫混凝土的制备方法如下：
(1)将发泡剂、稳泡剂混合均匀，并加水稀释，再预先制备泡沫备用；
(2)取普通硅酸盐水泥、硅灰、聚丙烯纤维及河砂充分搅拌均匀得到混合干料；
(3)向混合干料中加入减水剂与水搅拌均匀得到混合浆体；
(4)向混合浆体中加入步骤(1)所得预制泡沫并搅拌均匀后，备用；
制备时先浇筑内层牺牲混凝土，再浇筑中间层泡沫混凝土，最后浇筑外层超高性能混凝土，养护。
实施例3
一种核泄漏防护复合墙体，包括牺牲层、包裹于牺牲层外表面的防护层以及中间隔热层，本实施例中的防护层为超高性能混凝土，按重量份数计，包括以下组分：
普通硅酸盐水泥590份、精细沉珠290份、硅灰95份、河砂790份、聚羧酸减水剂28份、钢纤维230份、水180份。
制备方法：
(1)取普通硅酸盐水泥、精细沉珠、硅灰、河砂，搅拌均匀得到混合胶凝材料；
(2)向上述混合胶凝材料中加入减水剂及水搅拌均匀得到混合浆体；
(3)向上述混合浆体中加入钢纤维，混合均匀，即得。
本实施例中的隔热层为泡沫混凝土，按重量份数计，包括以下组分：
普通硅酸盐水泥289.7份，硅灰124.1份，风积沙620.7份，稳泡剂2.1份，聚丙烯纤维2.5份，减水剂5.2份，发泡剂1.3份，水165.5份。
隔热层材料泡沫混凝土的制备方法如下：
(1)将发泡剂、稳泡剂混合均匀，并加水稀释，再预先制备泡沫备用；
(2)取普通硅酸盐水泥、硅灰、聚丙烯纤维及河砂充分搅拌均匀得到混合干料；
(3)向混合干料中加入减水剂与水搅拌均匀得到混合浆体；
(4)向混合浆体中加入步骤(1)所得预制泡沫并搅拌均匀后，备用；
制备时先浇筑内层牺牲混凝土，再浇筑中间层泡沫混凝土，最后浇筑外层超高性能混凝土，养护。
实施例4
一种核泄漏防护复合墙体，包括牺牲层、包裹于牺牲层外表面的防护层以及中间隔热层，本实施例中的防护层为超高性能混凝土，按重量份数计，包括以下组分：
所述的超高性能混凝土材料主要由以下重量份比例的原料制成：
普通硅酸盐水泥550份、精细沉珠250份、硅灰85份、河砂750份、钢纤维180份、减水剂18份、水150份。
制备方法同实施例1。
所述的泡沫混凝土材料主要由以下重量份比例的原料制成：
普通硅酸盐水泥200份、硅灰50份、河砂450份、稳泡剂1份、聚丙烯纤维1份、减水剂4份、发泡剂1份、水105份；
制备方法同实施例1。
实施例5
一种核泄漏防护复合墙体，包括牺牲层、包裹于牺牲层外表面的防护层以及中间隔热层，本实施例中的防护层为超高性能混凝土，按重量份数计，包括以下组分：
所述的超高性能混凝土材料主要由以下重量份比例的原料制成：
普通硅酸盐水泥600份、精细沉珠300份、硅灰100份、河砂800份、钢纤维240份、减水剂30份、水190份。
制备方法同实施例1。
所述的泡沫混凝土材料主要由以下重量份比例的原料制成：
普通硅酸盐水泥450份、硅灰160份、河砂730份、稳泡剂3份、聚丙烯纤维5份、减水剂7份、发泡剂2份、水240份；
制备方法同实施例1。
对比例1
一种核泄漏防护墙体，包括牺牲层和包裹于牺牲层外表面的防护层其中的防护层为超高性能混凝土，按重量份数计，包括以下组分：
普通硅酸盐水泥585份、精细沉珠270份、硅灰90份、河砂778份、钢纤维225份、减水剂27份、水178份。
制备方法：
(1)取普通硅酸盐水泥、精细沉珠、硅灰、河砂，搅拌均匀得到混合胶凝材料；
(2)向上述混合胶凝材料中加入减水剂及水搅拌均匀得到混合浆体；
(3)向上述混合浆体中加入钢纤维，混合均匀，即得。
制备时先浇筑内层牺牲混凝土，再浇注外层超高性能混凝土，养护，无中间隔热层。
对比例2
一种核泄漏防护复合墙体，包括牺牲层和包裹于牺牲层外表面的防护层，其中的防护层为超高性能混凝土，按重量份数计，包括以下组分：
普通硅酸盐水泥560份、精细沉珠260份、硅灰90份、河砂760份、聚羧酸减水剂22份、钢纤维200份、水160份。
制备方法：
(1)取普通硅酸盐水泥、精细沉珠、硅灰、河砂，搅拌均匀得到混合胶凝材料；
(2)向上述混合胶凝材料中加入减水剂及水搅拌均匀得到混合浆体；
(3)向上述混合浆体中加入钢纤维，混合均匀，即得。
制备时先浇筑内层牺牲混凝土，再浇注外层超高性能混凝土，养护，无中间隔热层。
对比例3
一种核泄漏防护复合墙体，包括牺牲层和包裹于牺牲层外表面的防护层，其中的防护层为超高性能混凝土，按重量份数计，包括以下组分：
普通硅酸盐水泥590份、精细沉珠290份、硅灰95份、河砂790份、聚羧酸减水剂28份、钢纤维230份、水180份。
制备方法：
(1)取普通硅酸盐水泥、精细沉珠、硅灰、河砂，搅拌均匀得到混合胶凝材料；
(2)向上述混合胶凝材料中加入减水剂及水搅拌均匀得到混合浆体；
(3)向上述混合浆体中加入钢纤维，混合均匀，即得。
制备时先浇筑内层牺牲混凝土，再浇注外层超高性能混凝土，养护，无中间隔热层。
性能检测：
下表一为实施例1-3及对比例1-3复合结构导热性能的测试结果。
表1性能测试结果
由上表一结果可得，本发明实施例1-3所得复合材料，相对于对比例1-3，可以降低其导热系数，表明该复合结构在核泄漏防护复合墙体中可以起到隔热的作用；此外，复合材料中超高性能混凝土部分，强度均达到150MPa以上，满足超高混凝土设计要求，因此可以实现抗冲击效果。因此，该核泄漏防护复合墙体可以实现防核泄露-隔热-抗打击的设计效果。

Claims (9)

1.一种核泄漏防护复合墙体，其特征在于，包括牺牲层、隔热层和防护层，牺牲层作为内层，防护层为作外层，隔热层位于牺牲层和防护层中间，所述的牺牲层为硅铁质牺牲混凝土材料制成，所述隔热层为泡沫混凝土材料制成，所述的防护层为超高性能混凝土材料制成；
所述的泡沫混凝土材料主要由以下重量份比例的原料制成：
普通硅酸盐水泥200-450份、硅灰50-160份、河砂450-730份、稳泡剂1-3份、聚丙烯纤维1-5份、减水剂4-7份、发泡剂1-2份、水105-240份；
所述的超高性能混凝土材料主要由以下重量份比例的原料制成：
普通硅酸盐水泥550-600份、精细沉珠250-300份、硅灰85-100份、河砂750-800份、钢纤维180-240份、减水剂18-30份、水150-190份。
2.根据权利要求1所述的核泄漏防护复合墙体，其特征在于，所述的普通硅酸盐水泥为PII·52.5级普通硅酸盐水泥；所述的硅灰中SiO2含量大于等于95％，比表面积不小于20000m2/kg；所述的河砂细度模数为1.8，粒径为0-5mm，密度为2.55-2.70g/cm3。
3.根据权利要求1所述的核泄漏防护复合墙体，所述的精细沉珠呈全球状、连续粒径分布、超细、实心，其中SiO2含量为50％-54％，Al2O3含量为20-25％，Fe2O3含量为4-5％，CaO含量为12-14％。
4.根据权利要求1所述的核泄漏防护复合墙体，其特征在于，所述的钢纤维为平直钢纤维，长径比大于60，抗拉强度大于等于3000MPa；所述的聚丙烯纤维的长度为9～12mm，抗拉强度大等于400MPa，密度为0.91g/cm3。
5.根据权利要求1所述的核泄漏防护复合墙体，其特征在于，所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂；所述的稳泡剂为羟丙基甲基纤维素，白色粉末，黏度为20000mPa·s。
6.根据权利要求1所述的核泄漏防护复合墙体，所述的发泡剂为市售复合型发泡剂。
7.根据权利要求1所述的核泄漏防护复合墙体，其特征在于，所述的超高性能混凝土材料的制备方法包括以下步骤：
(1)取普通硅酸盐水泥、精细沉珠、硅灰、河砂，搅拌均匀得到混合胶凝材料；
(2)向上述混合胶凝材料中加入减水剂及水搅拌均匀得到混合浆体；
(3)向上述混合浆体中加入钢纤维，混合均匀，即得。
8.根据权利要求1所述的核泄漏防护复合墙体，所述泡沫混凝土材料的制备方法包括以下步骤：
(1)将发泡剂、稳泡剂混合均匀，并加水稀释，再预先制备泡沫备用；
(2)取普通硅酸盐水泥、硅灰、聚丙烯纤维及河砂充分搅拌均匀得到混合干料；
(3)向混合干料中加入减水剂与水搅拌均匀得到混合浆体；
(4)向混合浆体中加入步骤(1)所得预制泡沫并搅拌均匀后，备用。
9.权利要求1-8任一项所述的核泄漏防护复合墙体在防止核泄漏中的应用。
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