CN110981361A - 一种高h元素含量防辐射混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高H元素含量防辐射混凝土及其制备方法，按质量份计，包括：水泥350～380份，水165～190份，褐铁矿砂650～850份，褐铁矿石1000～1250份，粒径小于2mm的钢丸140～160份，粒径2～3mm的钢丸140～160份，粒径3～5mm的钢丸140～160份，MgO20～30份，钢锻700～800份，外加剂4～7份。本发明的目的在于提供一种高H元素含量防辐射混凝土，以解决现有技术中结合水含量均在4％左右的防辐射混凝土已难以满足部分核设施的需要的问题，实现满足现阶段更高标准的核设施辐射防护的设计需求，提高可施工性的目的。

Description

一种高H元素含量防辐射混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及防辐射混凝土领域，具体涉及一种高H元素含量防辐射混凝土及其制备方法。
背景技术
防辐射混凝土又称为重混凝土、屏蔽混凝土，由于其自重较大，内含部分重核元素，可以有效的屏蔽核辐射，相比于铅板等金属材料具有经济优异性，因此被广泛的用于核反应堆、粒子加速器及其他放射源装置的屏蔽介质。通常所说的原子核辐射一般包括α射线、β射线、γ射线、X射线和中子等，其中γ射线和中子的穿透能力最强，因而也是辐射防护领域的主要防护对象。
γ射线是由强光子流组成的电磁辐射，其静止质量为零，不带电荷，与物质作用时不像带电粒子那样，多次逐渐消耗其能量，而是一次作用中就可能把大部分甚至全部能量传递给次级带电粒子和次级光子，再经电离、激发把能量传给介质。它的穿透力极强，一般常用原子序数大，密度大的重核材料对其进行屏蔽如Pb等。
中子不带电荷，它的穿透力极强，按其能量大小可分为快中子、中速中子、慢中子，其中快中子主要通过在物质中与原子核碰撞而损失能量，并产生核反应或使某些原子核裂变为有放射性的原子核。而中速中子和慢中子只有与轻核元素作用才可被吸收，因此选择含较多氢元素的物质如石蜡、水等。因此用于屏蔽γ射线和中子流的防辐射混凝土不仅要具有较大的表观密度也要含有足够数量的结晶水，才能起到较好的辐射屏蔽效果。
随着近年来国家对核设施安全的日益重视，目前辐射防护领域研究得到的防辐射混凝土结合水含量均在4％左右的防辐射混凝土已难以满足部分核设施辐射防护的需要，且制备的防辐射混凝土多为干硬性混凝土，坍落度较小，施工不便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高H元素含量防辐射混凝土，以解决现有技术中结合水含量均在4％左右的防辐射混凝土已难以满足部分核设施的需要的问题，实现满足现阶段更高标准的核设施辐射防护的设计需求，提高可施工性的目的。
本发明通过下述技术方案实现：
一种高H元素含量防辐射混凝土，按质量份计，包括：水泥350～380份，水165～190份，褐铁矿砂650～850份，褐铁矿石1000～1250份，粒径小于2mm的钢丸140～160份，粒径2～3mm的钢丸140～160份，粒径3～5mm的钢丸140～160份，MgO 20～30份，钢锻700～800份，外加剂4～7份。
随着近年来国家对核设施安全的日益重视，目前辐射防护领域研究得到的防辐射混凝土结合水含量均在4％左右的防辐射混凝土已难以满足部分核设施的需要。利用本发明所述材料和配比可以制备得到强度＞C40，密度等级＞3500kg/m3，坍落度100～150mm，H元素含量＞27kg/m3的防辐射混凝土，可以满足现阶段核设施辐射防护日益提高的设计需求，同时由于本混凝土坍落度大于普通防辐射混凝土，和易性良好，可采用塔吊运输施工，提高可施工性。解决了目前辐射防护领域研究得到的防辐射混凝土结合水含量均在4％左右的防辐射混凝土已难以满足部分核设施辐射防护的需要，且制备的防辐射混凝土多为干硬性混凝土，坍落度较小，施工不便的问题。其中，本申请中同时使用三种不同规格的钢丸，粒径2～3mm表示粒径大于或等于2mm、小于3mm；粒径3～5mm表示粒径大于或等于3mm、小于5mm。本发明的高H元素含量是通过实测防辐射混凝土中的结合水含量和H元素含量体现，表观密度通过成型时实测拌合物表观密度和干表观密度体现，可施工性通过实测坍落度和和易性体现，强度等级通过实测28d和56d抗压强度体现。
本发明所用的钢锻可以是粗钢锻亦可以是细钢锻，优选的是粗钢锻。
优选的，所述褐铁矿砂粒径小于或等于4.75mm，表观密度大于3500kg/m3，结晶水含量大于10％。
优选的，所述褐铁矿石粒径5～25mm，表观密度大于3500kg/m3，结晶水含量大于10％。
优选的，所述钢丸的表观密度大于7500kg/m3，所述钢锻的表观密度为7850kg/m3。即各种规格的钢丸，都满足表观密度大于7500kg/m3的条件。
优选的，所述水泥的结晶水含量大于12％。
优选的，所述MgO为混凝土用氧化镁膨胀剂，表观密度约2600kg/m3，用于补偿混凝土干缩。
优选的，所述外加剂为聚羧酸系减水剂、萘系减水剂、多环芳香族盐类减水剂中的一种或多种。外加剂起到提高减水率，减小水泥用量的作用。聚羧酸系高性能减水剂为外加剂的优选方案。
一种高H元素含量防辐射混凝土的制备方法，将所有组分进行混合，搅拌均匀。本方法中对于混合搅拌的温度没有特别的限定，为了使混凝土拌合物具有更优异的性能，优选的混合温度为20～30℃。本方法中将水泥、褐铁矿砂、褐铁矿石、钢丸、钢锻、MgO、外加剂进行混合搅拌的顺序没有特别的限定，但为了使混凝土拌合物具有更优异的性能，优选的投料顺序是钢锻、褐铁矿石、褐铁矿砂、钢丸、水泥、MgO进行初步混合后加入水和外加剂。
进一步的，所述混合的方法为：
S1、将褐铁矿石、钢锻、褐铁矿石、钢丸、水泥、MgO加入搅拌机中，搅拌30s；
S2、将外加剂和水混合成混合溶液，并向搅拌机中匀速加入，继续搅拌180s；其中混合溶液完全加完的时长控制在10～15s范围内。
进一步的，还包括步骤S3：测试坍落度和拌合物密度，对成型试件进行抗压强度测试。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种高H元素含量防辐射混凝土及其制备方法，可以制备得到强度＞C40，密度等级＞3500kg/m3，坍落度100～150mm，H元素含量＞27kg/m3的防辐射混凝土，可以满足现阶段核设施辐射防护日益提高的设计需求，同时由于本混凝土坍落度大于普通防辐射混凝土，和易性良好，可采用塔吊运输施工，提高可施工性。
2、本发明一种高H元素含量防辐射混凝土及其制备方法，本发明解决了目前辐射防护领域研究得到的防辐射混凝土结合水含量均在4％左右，防辐射混凝土已难以满足部分核设施辐射防护的需要，且制备的防辐射混凝土多为干硬性混凝土，坍落度较小，施工不便的问题。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
如无特殊说明，下述各实施例中组分均为重量份。
下列各实施例中所用的聚羧酸高性能减水剂性能如下：
总碱量(％) 氯离子含量(％) 固含量(％) 减水率(％)
1.85 0.00 16.54 31
下列各实施例中所用的水泥为P.O 52.5水泥，其性能如下：
Figure BDA0002336026340000031
下列各实施例中所用褐铁矿砂性能如下：
细度模数 表观密度(kg/m<sup>3</sup>) 松散堆积密度(kg/m<sup>3</sup>) 结晶水(％) Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(％)
2.7 3640 1950 11.63 80.03
下列各实施例中所用褐铁矿石性能如下：
颗粒级配 表观密度(kg/m<sup>3</sup>) 松散堆积密度(kg/m<sup>3</sup>) 结晶水(％) Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(％)
(5-25)连续粒级 3670 1770 10.18 70.23
下列各实施例中所用钢丸性能如下：
Figure BDA0002336026340000041
下列各实施例中所用钢锻性能如下：
Figure BDA0002336026340000042
实施例1：
一种高H元素含量防辐射混凝土，由以下组分组成：水泥360份、水170份、褐铁矿砂800份、钢锻730份、褐铁矿石1036份、钢丸(＜2mm)141份、钢丸(2-3mm)141份、钢丸(3-5mm)141份、MgO 25份、外加剂5.78份。
本实施例制备方法具体步骤如下：
①提前准备各组成原材料，保证各原材料均处于风干状态，并做好搅拌前所有准备工作。
②按上述重量比例准确称量各组成原材料，将褐铁矿石、钢锻、褐铁矿石、钢丸、水泥、MgO加入搅拌机中，搅拌30s。
③将外加剂和水混合成混合溶液，并向搅拌机中匀速加入。混合溶液完全加完时间控制在10～15s范围内，加完后继续搅拌180s，即可制备得到防辐射混凝土。
④测试坍落度和拌合物密度，对成型试件进行抗压强度测试、结合水、H元素含量等性能测试。
实施例2：
一种高H元素含量防辐射混凝土，由以下材料组成：水泥360份、水170份、褐铁矿砂810份、钢锻709份、褐铁矿石1026份、钢丸(＜2mm)148份、钢丸(2-3mm)148份、钢丸(3-5mm)148份、MgO30份、外加剂5.78份。
本实施例制备方法具体步骤如下：
①提前准备各组成原材料，保证各原材料均处于风干状态。并做好搅拌前所有准备工作。
②按上述重量比例准确称量各组成原材料，将褐铁矿石、钢锻、褐铁矿石、钢丸、水泥、MgO加入搅拌机中，搅拌30s。
③将外加剂和水混合成混合溶液，并向搅拌机中匀速加入。混合溶液完全加完时间控制在10～15s范围内，继续搅拌180s，即可制备得到防辐射混凝土。
④测试坍落度和拌合物密度，对成型试件进行抗压强度、结合水、H元素含量等性能测试。
实施例3：
一种高H元素含量防辐射混凝土，由以下材料组成：水泥360份、水168份、褐铁矿砂810份、钢锻739份、褐铁矿石1022份、钢丸(＜2mm)158份、钢丸(2-3mm)158份、钢丸(3-5mm)158份、MgO 25份、外加剂5.04份。
本实施例制备方法具体步骤如下：
①提前准备各组成原材料，保证各原材料均处于风干状态。并做好搅拌前所有准备工作。
②按上述重量比例准确称量各组成原材料，将褐铁矿石、钢锻、褐铁矿石、钢丸、水泥、MgO加入搅拌机中，搅拌30s。
③将外加剂和水混合成混合溶液，并向搅拌机中匀速加入。混合溶液完全加完时间控制在10～15s范围内，继续搅拌180s，即可制备得到防辐射混凝土。
④测试坍落度和拌合物密度，对成型试件进行抗压强度、结合水、H元素含量等性能测试。
通过以上各实施例制备的高H元素含量防辐射混凝土性能测试结果如下所示：
Figure BDA0002336026340000051
从表中可以看出，实施例1～实施例3制备的防辐射混凝土，和易性较好、28d抗压强度均大于C40，干密度均大于3500kg/m3，H元素含量均大于27kg/m3，可以有效满足现阶段核设施更高的辐射防护需求，并具有较好的可施工性。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高H元素含量防辐射混凝土，其特征在于，按质量份计，包括：水泥350～380份，水165～190份，褐铁矿砂650～850份，褐铁矿石1000～1250份，粒径小于2mm的钢丸140～160份，粒径2～3mm的钢丸140～160份，粒径3～5mm的钢丸140～160份，MgO 20～30份，钢锻700～800份，外加剂4～7份。
2.根据权利要求1所述的一种高H元素含量防辐射混凝土，其特征在于，所述褐铁矿砂粒径小于或等于4.75mm，表观密度大于3500kg/m3，结晶水含量大于10％。
3.根据权利要求1所述的一种高H元素含量防辐射混凝土，其特征在于，所述褐铁矿石粒径5～25mm，表观密度大于3500kg/m3，结晶水含量大于10％。
4.根据权利要求1所述的一种高H元素含量防辐射混凝土，其特征在于，所述钢丸的表观密度大于7500kg/m3，所述钢锻的表观密度为7850kg/m3。
5.根据权利要求1所述的一种高H元素含量防辐射混凝土，其特征在于，所述水泥的结晶水含量大于12％。
6.根据权利要求1所述的一种高H元素含量防辐射混凝土，其特征在于，所述MgO为混凝土用氧化镁膨胀剂，用于补偿混凝土干缩。
7.根据权利要求1所述的一种高H元素含量防辐射混凝土，其特征在于，所述外加剂为聚羧酸系减水剂、萘系减水剂、多环芳香族盐类减水剂中的一种或多种。
8.基于权利要求1至7中任一所述的一种高H元素含量防辐射混凝土的制备方法，其特征在于，将所有组分进行混合，搅拌均匀。
9.根据权利要求7所述的一种高H元素含量防辐射混凝土的制备方法，其特征在于，所述混合的方法为：
S1、将褐铁矿石、钢锻、褐铁矿石、钢丸、水泥、MgO加入搅拌机中，搅拌30s；
S2、将外加剂和水混合成混合溶液，并向搅拌机中匀速加入，继续搅拌180s；其中混合溶液完全加完的时长控制在10～15s范围内。
10.根据权利要求9所述的一种高H元素含量防辐射混凝土的制备方法，其特征在于，还包括步骤S3：测试坍落度和拌合物密度，对成型试件进行抗压强度测试、结合水含量测试和H元素含量测试。
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