CN112551951A - 防辐射混凝土组合物、制备方法及预制容器 - Google Patents

防辐射混凝土组合物、制备方法及预制容器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种防辐射混凝土组合物、制备方法及预制容器，按重量份数计，包括如下组分：水泥100份；集料10～30份；玻璃微珠10～40份；纤维10～30份；掺合料5～40份；硅灰5～30份；扩孔硅藻土0.1～4份；高吸水性聚合物0.1～5份；外加剂0.1～10份；水20～40份。本发明力学性能佳、耐久性能好、热稳定性强、防辐射性能高，从而减小核废料贮存容器的壁厚和重量，提升核废料贮存容器的防辐射性能。

Description

防辐射混凝土组合物、制备方法及预制容器
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，特别是涉及一种防辐射混凝土组合物、制备方法及预制容器。
背景技术
核能是一种低碳环保的清洁能源。由于核能在发电过程中不产生二氧化硫、氮氧化物和细颗粒物等空气污染物，二氧化碳的产生量也远低于化石能源发电，因此在我国乃至世界的未来能源发展中仍然占据重要的地位和作用。
随着核能发电技术的不断发展，低、中放射性核废料的处置成为亟待解决的关键问题之一。目前学界的基本观点是，只要隔绝300年就足以使核废料放射性衰减到安全水平。无论是地表储库贮存、浅地层埋藏还是废弃矿井及洞穴埋藏，核废料均需密闭在贮存容器中以防对外界的放射污染和环境侵害。
目前，全世界核废料贮存容器所使用的材料主要有三类，分别是普通混凝土、纤维增强混凝土以及金属。其中，纤维增强混凝土鉴于其可靠的防辐射特性及可控的生产成本，目前被大范围应用在贮存容器建造中。但是，唯一的不足在于，使用纤维增强混凝土制造的贮存容器壁厚可达520mm，因此贮存容器在转移和运输方面的成本仍旧高昂。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种防辐射混凝土组合物、制备方法及预制容器，力学性能佳、耐久性能好、热稳定性强、防辐射性能高，从而减小核废料贮存容器的壁厚和重量，提升核废料贮存容器的防辐射性能。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种防辐射混凝土组合物，按重量份数计，包括如下组分：
Figure BDA0002709036060000011
Figure BDA0002709036060000021
优选地，所述水泥为硅酸盐水泥、高铝水泥、硫酸钡水泥、含硼水泥和锶硅酸盐水泥中的一种或它们的任意组合。
优选地，所述集料为石英砂、重晶石粉、蛇纹石粉、赤铁矿石粉、褐铁矿石粉、硼镁铁矿石粉、铬铁矿粉和方铅矿粉中的一种或它们的任意组合，所述集料的粒径为0.16mm～0.5 mm。
优选地，所述玻璃微珠为含铅玻璃微珠或含铬玻璃微珠，玻璃微珠的粒径为10μm～300 μm。
优选地，所述纤维为铅纤维、钢纤维、钛纤维、玄武岩纤维和玻璃纤维中的一种或它们的任意组合。
优选地，所述掺合料为赤泥、铜矿渣粉、钢渣粉、铅锌矿粉、萤石粉、锌渣粉和火山岩粉中的一种或它们的任意组合，掺合料的比表面积≥300m2/kg。
优选地，所述硅灰的平均粒径为0.10μm～0.15μm，硅灰的比表面积≥15000m2/kg。
优选地，所述扩孔硅藻土为呈桶状或盘状的硅藻土经高温焙烧而成，扩孔硅藻土的比表面积≥600m2/kg。
优选地，所述高吸水性聚合物为聚丙烯酸类树脂和/或丙烯酰胺-丙烯酸共聚物。
优选地，所述外加剂为减水剂、膨胀剂、保水剂、增稠剂、减缩剂、憎水剂、可再分散乳胶粉、颜料和着色剂中的一种或它们的任意组合。
本发明还提供一种所述防辐射混凝土组合物的制备方法，包括步骤如下：
S1，启动搅拌机，将对应重量份数的水泥、集料、玻璃微珠、掺合料、硅灰、扩孔硅藻土和高吸水性聚合物投入搅拌机，搅拌机的搅拌时间为2～4min；
S2，将对应重量份数的外加剂和水投入搅拌机，直至将搅拌机内的混合物搅拌成流化状态；
S3，将对应重量份数的纤维投入搅拌机，直至将搅拌机内的混合物搅拌成均匀状态。
本发明还提供一种预制容器，由所述防辐射混凝土组合物制成。
如上所述，本发明的防辐射混凝土组合物、制备方法及预制容器，具有以下有益效果：基于纤维增强混凝土的设计理念，发明的防辐射混凝土组合物的体系以水泥和集料为主要组分，采用科学合理的重量配比，并且不再使用粗骨料，这样能够使各组分更好紧密地堆积结合，极大降低防辐射混凝土组合物中的孔隙率和空隙率，大幅提升防辐射混凝土组合物的密实性和耐久性，更有利于提高防辐射混凝土组合物的防辐射性能。其中，值得注意的是，玻璃微珠具有质轻、低导热、较高的强度、良好的化学稳定性等优点，当在体系中引入玻璃微珠时，能够提升防辐射混凝土组合物的刚强度和耐久性。由于扩孔硅藻土具有火山灰活性，当在体系中引入扩孔硅藻土时，未参与水化的扩孔硅藻土与高吸水性聚合物均还具有良好的保水特性，从而起到慢化中子的作用。外加剂的引入可以显著降低体系的用水量，起到保水、增稠和改善施工性能等作用。而良好的保水性能能够确保防辐射混凝土组合物中所含有的大量氢元素吸收和慢化中子，从而满足屏蔽x射线、γ射线和中子射线的要求。因此，相较于现有的纤维增强混凝土及普通混凝土材料，本发明的防辐射混凝土组合物力学性能佳、耐久性能好、热稳定性强、防辐射性能高。本发明的制备方法能够制备出所述防辐射混凝土组合物，本发明的预制容器能够减小核废料贮存容器的壁厚和重量，提升核废料贮存容器的防辐射性能。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
本发明提供一种防辐射混凝土组合物，按重量份数计，包括如下组分：
Figure BDA0002709036060000031
Figure BDA0002709036060000041
基于纤维增强混凝土的设计理念，发明的防辐射混凝土组合物的体系以水泥和集料为主要组分，采用科学合理的重量配比，并且不再使用粗骨料(一般而言，粗骨料为粒径大于5mm 且起骨架作用的砂石)，这样能够使各组分更好紧密地堆积结合，极大降低防辐射混凝土组合物中的孔隙率和空隙率，大幅提升防辐射混凝土组合物的密实性和耐久性，更有利于提高防辐射混凝土组合物的防辐射性能。其中，值得注意的是，玻璃微珠具有质轻、低导热、较高的强度、良好的化学稳定性等优点，当在体系中引入玻璃微珠时，能够提升防辐射混凝土组合物的刚强度和耐久性。由于扩孔硅藻土具有火山灰活性，当在体系中引入扩孔硅藻土时，未参与水化的扩孔硅藻土与高吸水性聚合物均还具有良好的保水特性，从而起到慢化中子的作用。外加剂的引入可以显著降低体系的用水量，起到保水、增稠和改善施工性能等作用。而良好的保水性能能够确保防辐射混凝土组合物中所含有的大量氢元素吸收和慢化中子，从而满足屏蔽x射线、γ射线和中子射线的要求。因此，相较于现有的纤维增强混凝土及普通混凝土材料，本发明的防辐射混凝土组合物力学性能佳、耐久性能好、热稳定性强、防辐射性能高。
上述水泥为硅酸盐水泥、高铝水泥、硫酸钡水泥、含硼水泥和锶硅酸盐水泥中的一种或它们的任意组合。通过复配硅酸盐水泥、高铝水泥、硫酸钡水泥、含硼水泥和锶硅酸盐水泥等不同类型的水泥，能够进一步提高上述防辐射混凝土组合物的防辐射性能。
上述集料为石英砂、重晶石粉、蛇纹石粉、赤铁矿石粉、褐铁矿石粉、硼镁铁矿石粉、铬铁矿粉和方铅矿粉中的一种或它们的任意组合，上述集料的粒径为0.16mm～0.5mm。多种集料的混合同样能够提高上述防辐射混凝土组合物的防辐射性能。
上述玻璃微珠为含铅玻璃微珠或含铬玻璃微珠，玻璃微珠的粒径为10μm～300μm。
上述纤维为铅纤维、钢纤维、钛纤维、玄武岩纤维和玻璃纤维中的一种或它们的任意组合。
上述掺合料为赤泥、铜矿渣粉、钢渣粉、铅锌矿粉、萤石粉、锌渣粉和火山岩粉中的一种或它们的任意组合，掺合料的比表面积≥300m2/kg。多种掺合料的混合同样能够提高上述防辐射混凝土组合物的防辐射性能。
上述硅灰的平均粒径为0.10μm～0.15μm，硅灰的比表面积≥15000m2/kg。
上述扩孔硅藻土为呈桶状或盘状的硅藻土经高温焙烧而成，扩孔硅藻土的比表面积≥600 m2/kg。
上述高吸水性聚合物为聚丙烯酸类树脂和/或丙烯酰胺-丙烯酸共聚物。
上述外加剂为减水剂、膨胀剂、保水剂、增稠剂、减缩剂、憎水剂、可再分散乳胶粉、颜料和着色剂中的一种或它们的任意组合。
作为上述防辐射混凝土组合物的一种较佳实施例，包括如下组分：
Figure BDA0002709036060000051
上述实施例的防辐射混凝土组合物的力学性能更好、耐久性能更好、热稳定性更强、防辐射性能更高。
进一步的，现通过下述三个具体实施例来说明上述防辐射混凝土组合物的技术效果：
实施例1：按水泥100份，集料10份，玻璃微珠10份，纤维10份，掺合料5份，硅灰 5份，扩孔硅藻土0.1份，高吸水性聚合物0.1份，外加剂0.1份和水20份的重量比配制而成。其性能测试结果见表1。
实施例2：按水泥100份，集料15份，玻璃微珠30份，纤维15份，掺合料10份，硅灰15份，扩孔硅藻土2份，高吸水性聚合物0.5份，外加剂0.9份和水25份的重量比配制而成。其性能测试结果见表1。
实施例3：按水泥100份，集料30份，玻璃微珠40份，纤维30份，掺合料40份，硅灰30份，扩孔硅藻土4份，高吸水性聚合物5份，外加剂10份和水40份的重量比配制而成。其性能测试结果见表1。
表1实施例性能测试结果
Figure BDA0002709036060000061
本发明还提供一种上述防辐射混凝土组合物的制备方法，包括步骤如下：
S1，启动搅拌机，将对应重量份数的水泥、集料、玻璃微珠、掺合料、硅灰、扩孔硅藻土和高吸水性聚合物投入搅拌机，搅拌机的搅拌时间为2～4min；
S2，将对应重量份数的外加剂和水投入搅拌机，直至将搅拌机内的混合物搅拌成流化状态；
S3，将对应重量份数的纤维投入搅拌机，直至将搅拌机内的混合物搅拌成均匀状态。
本发明的制备方法能够制备出上述防辐射混凝土组合物。
在上述步骤S1中，搅拌机的搅拌时间为3min。
本发明还提供一种预制容器，由上述防辐射混凝土组合物制成。本发明的预制容器能够有效解决目前核废料贮存容器因使用现有防辐射混凝土而造成的容器壁较厚、容器自重较大等问题，同时还可以提高核废料贮存容器的防辐射性能。
综上所述，本发明的防辐射混凝土组合物、制备方法及预制容器，力学性能佳、耐久性能好、热稳定性强、防辐射性能高，从而减小核废料贮存容器的壁厚和重量，提升核废料贮存容器的防辐射性能。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (12)

1.一种防辐射混凝土组合物，其特征在于，按重量份数计，包括如下组分：
Figure FDA0002709036050000011
2.根据权利要求1所述的防辐射混凝土组合物，其特征在于：所述水泥为硅酸盐水泥、高铝水泥、硫酸钡水泥、含硼水泥和锶硅酸盐水泥中的一种或它们的任意组合。
3.根据权利要求1所述的防辐射混凝土组合物，其特征在于：所述集料为石英砂、重晶石粉、蛇纹石粉、赤铁矿石粉、褐铁矿石粉、硼镁铁矿石粉、铬铁矿粉和方铅矿粉中的一种或它们的任意组合，所述集料的粒径为0.16mm～0.5mm。
4.根据权利要求1所述的防辐射混凝土组合物，其特征在于：所述玻璃微珠为含铅玻璃微珠或含铬玻璃微珠，玻璃微珠的粒径为10μm～300μm。
5.根据权利要求1所述的防辐射混凝土组合物，其特征在于：所述纤维为铅纤维、钢纤维、钛纤维、玄武岩纤维和玻璃纤维中的一种或它们的任意组合。
6.根据权利要求1所述的防辐射混凝土组合物，其特征在于：所述掺合料为赤泥、铜矿渣粉、钢渣粉、铅锌矿粉、萤石粉、锌渣粉和火山岩粉中的一种或它们的任意组合，掺合料的比表面积≥300m2/kg。
7.根据权利要求1所述的防辐射混凝土组合物，其特征在于：所述硅灰的平均粒径为0.10μm～0.15μm，硅灰的比表面积≥15000m2/kg。
8.根据权利要求1所述的防辐射混凝土组合物，其特征在于：所述扩孔硅藻土为呈桶状或盘状的硅藻土经高温焙烧而成，扩孔硅藻土的比表面积≥600m2/kg。
9.根据权利要求1所述的防辐射混凝土组合物，其特征在于：所述高吸水性聚合物为聚丙烯酸类树脂和/或丙烯酰胺-丙烯酸共聚物。
10.根据权利要求1所述的防辐射混凝土组合物，其特征在于：所述外加剂为减水剂、膨胀剂、保水剂、增稠剂、减缩剂、憎水剂、可再分散乳胶粉、颜料和着色剂中的一种或它们的任意组合。
11.一种如权利要求1至权利要求10任一项所述的防辐射混凝土组合物的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：
S1，启动搅拌机，将对应重量份数的水泥、集料、玻璃微珠、掺合料、硅灰、扩孔硅藻土和高吸水性聚合物投入搅拌机，搅拌机的搅拌时间为2～4min；
S2，将对应重量份数的外加剂和水投入搅拌机，直至将搅拌机内的混合物搅拌成流化状态；
S3，将对应重量份数的纤维投入搅拌机，直至将搅拌机内的混合物搅拌成均匀状态。
12.一种预制容器，其特征在于，由如权利要求1至权利要求10任一项所述的防辐射混凝土组合物制成。
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