CN115321902B - 用于防止中子辐射的抗开裂防辐射混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及核辐射防护材料技术领域，具体公开了一种用于防止中子辐射的抗开裂防辐射混凝土及其制备方法。所述抗开裂防辐射混凝土的拌和物包括如下重量份的组分：环氧树脂乳液70‑90份，环氧固化剂70‑90份，硅酸盐水泥460‑500份，粗骨料880‑1000份，细骨料720‑760份，中子吸附剂40‑60份，中子慢化剂80‑120份，水250‑290份，抗裂填充剂80‑120份，氧化镁膨胀剂20‑40份，增粘剂20‑40份，水化抑制剂20‑140份，萘系减水剂4.6‑5.0份，消泡剂12‑16份。本申请通过对局部温差的缓解和对水分蒸发的阻碍，对混凝土的开裂进行了限制，有助于改善防辐射混凝土对中子辐射的防护效果。

Description

用于防止中子辐射的抗开裂防辐射混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及核辐射防护材料技术领域，更具体地说，它涉及一种用于防止中子辐射的抗开裂防辐射混凝土及其制备方法。
背景技术
核能是一种潜力巨大的清洁能源，在军事、医学、工业等诸多领域有重要作用。目前的核设施在提供大量能量的同时，也会产生核辐射，核辐射是指α射线、β射线、γ射线和中子射线等高能射线形成的辐射。其中，α射线、β射线的穿透力较低，所以需要重点进行屏蔽的是γ射线和中子射线。无论是γ射线还是中子射线，对应的防护材料均需要具有较高的密度，而中子射线防护材料往往还需要额外添加一含些轻元素的物质，以便于对中子进行慢化和吸附。
相关技术中有一种用于防止中子辐射的抗开裂防辐射混凝土，包括如下重量份的组分：硅酸盐水泥420份，粗骨料860份，细骨料670份，中子吸附剂50份，中子慢化剂100份，水200份，氧化镁膨胀剂30份，聚羧酸减水剂4.2份，粗骨料和细骨料均由重晶石破碎后得到，中子吸附剂为三氧化二硼，中子慢化剂为石墨。
针对上述中的相关技术，发明人认为，相关技术中使用重晶石破碎后作为骨料参与了防辐射混凝土的制备，而水泥浆体本身的密度有限。骨料和水泥浆体之间的密度之差容易导致骨料发生下沉，使得混凝土拌和物发生离析。离析后的混凝土拌和物与未发生离析的混凝土拌和物相比，更加容易在局部温差、水分蒸发等因素作用下产生裂缝，严重影响防辐射混凝土对中子辐射的防护效果。
发明内容
相关技术中，骨料和水泥浆体之间的密度之差容易导致骨料发生下沉，并引起混凝土拌和物的离析，离析后的混凝土拌和物与离析之前相比，更容易在局部温差、水分蒸发等因素作用下产生裂缝，严重影响防辐射混凝土对中子辐射的防护效果。为了改善这一缺陷，本申请提供一种用于防止中子辐射的抗开裂防辐射混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种用于防止中子辐射的抗开裂防辐射混凝土，采用如下的技术方案：
一种用于防止中子辐射的抗开裂防辐射混凝土，所述抗开裂防辐射混凝土的拌和物包括如下重量份的组分：环氧树脂乳液70-90份，环氧固化剂70-90份，硅酸盐水泥460-500份，粗骨料880-1000份，细骨料720-760份，中子吸附剂40-60份，中子慢化剂80-120份，水250-290份，抗裂填充剂80-120份，氧化镁膨胀剂20-40份，增粘剂20-40份，水化抑制剂20-140份，萘系减水剂4.6-5.0份，消泡剂12-16份；所述水化抑制剂的组分包括水溶性多羟基有机化合物，所述粗骨料和细骨料的组分均包括重晶石的破碎产物；所述抗开裂防辐射混凝土的拌和物的组分还包括浆体增重液，所述浆体增重液的体积为水的30%。
通过采用上述技术方案，本申请与相关技术相比，在混凝土拌和物中添加了浆体增重液，浆体增重液增大水了泥浆的密度，有利于骨料在拌和物中的悬浮。同时，本申请在混凝土拌和物中添加的增粘剂和环氧树脂共同起到了增粘作用，能够加强骨料受到的粘附力，增大了骨料下沉时受到的阻力。在浆体增重液、环氧树脂和增粘剂的共同作用下，骨料的沉降受到抑制，从而缓解了混凝土拌和物的离析，减少了混凝土中的裂缝，改善了混凝土对中子辐射的防护效果。
在此基础上，本申请还将环氧固化剂添加到了混凝土拌和物中，使环氧树脂的固化和混凝土拌和物的硬化同步发生。水化抑制剂向混凝土拌和物中引入了水溶性多羟基有机化合物，环氧树脂和水溶性多羟基有机化合物共同对一部分硅酸盐水泥颗粒进行包裹，到了隔水作用，减缓了硅酸盐水泥的水化速率。随着水化速率下降，硅酸盐水泥在单位时间内的水化放热量减少，从而缓解了硅酸盐水泥水化放热时产生的局部温差。同时，水溶性多羟基有机化合物还能够与自由水形成氢键，从而阻碍了水分的蒸发。本申请通过对局部温差的缓解和对水分蒸发的阻碍，限制了混凝土的开裂，有助于改善防辐射混凝土对中子辐射的防护效果。
在环氧树脂阻碍硅酸盐水泥水化的同时，混凝土拌和物中的自由水也在对环氧树脂的固化起阻碍作用，从而延长了混凝土拌和物中的环氧树脂完全硬化所需的时间，延长了环氧树脂发挥增粘作用和隔水作用的时间，有利于混凝土拌和物中的局部应力的消散，阻碍了裂缝的形成。
另外，环氧树脂在拌和过程中会向拌和物中引入气泡，而气泡会增大防辐射混凝土的孔隙率，不利于混凝土对中子辐射进行拦截。本申请在混凝土拌和物中添加了消泡剂，还将相关技术中的聚羧酸减水剂替换为萘系减水剂，并根据减水剂型号的变化，对配方中各组分的用量进行了调节，起到了消泡效果，降低了防辐射混凝土的孔隙率，有助于改善防辐射混凝土对中子辐射的防护效果。
作为优选，所述水化抑制剂中的水溶性多羟基有机化合物为山梨醇、甘油、蔗糖中的至少一种。
通过采用上述技术方案，山梨醇、甘油、蔗糖均属于多羟基混化合物，能够通过与硅酸盐水泥颗粒发生吸附来发挥缓凝作用。其中，山梨醇的缓凝作用虽然相对较弱，但是山梨醇在起缓凝作用的同时还能发挥消泡效果，有助于降低混凝土的孔隙率。蔗糖的密度相对较大，在发挥缓凝作用的同时对水泥浆体具有较好的增重效果，有助于减小骨料的沉降。
作为优选，所述水化抑制剂的组分还包括半水石膏，所述抗开裂防辐射混凝土的拌和物中，水的重量份数为270-290份。
通过采用上述技术方案，半水石膏在遇水后反应生成二水石膏晶体，二水石膏晶体能够在混凝土拌和物中相互搭接形成网状结构，使得水泥浆体的流动性下降，从而阻碍了骨料的下沉，缓解了离析现象。同时，二水石膏在混凝土拌和物中还能够降低铝酸三钙的溶解度，从而对硅酸盐水泥的水化速率进行了限制，缓解了硅酸盐水泥水化放热时产生的局部温差，阻碍了混凝土的开裂，有助于改善防辐射混凝土对中子辐射的防护效果。
作为优选，所述水化抑制剂包括如下重量份的组分：水溶性多羟基有机化合物20-40份，半水石膏80-100份。
通过采用上述技术方案，优选了水化抑制剂的原料配比，有助于改善防辐射混凝土对中子辐射的防护效果。
作为优选，所述浆体增重液为水溶性盐的饱和水溶液，所述浆体增重液中的溶质包括碘化钾、碘化钙、碘化钡中的至少一种。
通过采用上述技术方案，本申请的浆体增重液向混凝土拌和物中引入了大量的碘盐，在使得拌和物中的水泥浆密度提高，阻碍了骨料在水泥浆中的下沉。同时，浆体增重液还增大了水泥浆中的离子浓度，减缓了水泥浆中水分的蒸发，阻碍了混凝土由于水分蒸发而发生的开裂现象，改善了防辐射混凝土对中子辐射的防护效果。
作为优选，所述抗裂填充剂的组分包括改性二氧化硅，所述改性二氧化硅按照如下方法制备：
（1）将悬浮剂、氧化石墨烯、甲基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和水混合均匀，得到改性液；
（2）将二氧化硅颗粒和改性液混合均匀，再在75-85℃的温度条件下水浴加热2-3h，充分搅拌后滤去液相，等待剩余的固相自然干燥后，得到改性二氧化硅。
通过采用上述技术方案，本申请利用硅烷偶联剂水解产生的硅醇对二氧化硅颗粒和氧化石墨烯进行了表面处理，在二氧化硅颗粒表面接枝了有机链段，并进一步利用硅醇的脱水缩合产物将氧化石墨烯固定到二氧化硅颗粒表面，经过干燥后得到了改性二氧化硅。氧化石墨烯使得改性二氧化硅具有良好的导热性能，促进了混凝土拌和物的散热，减弱了混凝土的内外温差，提高了混凝土的抗裂性能。另外，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷引入的环氧基能够在环氧固化剂的作用下发生开环，使改性二氧化硅能够与环氧树脂之间产生交联，实现了对环氧树脂的填充，减少了环氧树脂的开裂。
作为优选，所述抗裂填充剂的组分还包括钢纤维。
通过采用上述技术方案，钢纤维与环氧树脂和水泥浆之间均具有良好的粘接性能，当混凝土发生开裂时，钢纤维能够在裂缝两端起桥接作用，从而阻碍了裂缝的进一步扩展，有助于降低混凝土的开裂程度。此外，改性二氧化硅还能够通过环氧基与钢纤维粘结，并与钢纤维共同传递热量，从而提高了混凝土内部温度的均匀度，减少了混凝土由于局部温度差异而发生的开裂。
作为优选，所述抗裂填充剂的组分还包括丁苯橡胶粉末。
通过采用上述技术方案，丁苯橡胶能够对混凝土拌和物进行填充，并利用自身的弹性缓解混凝土拌和物硬化过程中产生的应力，起到了抗裂作用，改善了防辐射混凝土对中子辐射的防护效果。另外，丁苯橡胶颗粒能够细吸附水泥浆中的一部分萘系减水剂，对萘系减水剂的疏水端进行屏蔽，从而降低了萘系减水剂的引气性，有利于减少混凝土中的气孔，改善了防辐射混凝土对中子辐射的防护效果。
作为优选，所述抗开裂防辐射混凝土的拌和物的组分还包括螯合剂，所述螯合剂选用聚4-乙烯基吡啶。
通过采用上述技术方案，螯合剂能够与对混凝土拌和物中游离的钙离子发生螯合，从而限制了硅酸盐水泥的水化速率，起到了缓凝作用。聚4-乙烯基吡啶的主链容易与丁苯橡胶的颗粒吸附，而聚4-乙烯基吡啶的吡啶环属于极性基团，与水泥浆的相容性好，因此还起到了类似表面活性剂的作用，有利于丁苯橡胶粉末在混凝土拌和物中的分散，改善了抗裂填充剂的填充效果。
第二方面，本申请提供一种用于防止中子辐射的抗开裂防辐射混凝土的制备方法，采用如下的技术方案。
一种用于防止中子辐射的抗开裂防辐射混凝土的制备方法，包括以下步骤：
（1）将硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料、氧化镁膨胀剂和抗裂填充剂混合均匀，得到干拌料，备用；将水、增粘剂、萘系减水剂、浆体增重液、水化抑制剂和消泡剂混合均匀，得到混合液，备用；
（2）将环氧树脂与环氧固化剂混合均匀，得到环氧树脂胶液，将环氧树脂胶液、干拌料、中子吸附剂、中子慢化剂与混合液混合均匀，以100-120r/min的搅拌速率搅拌60-80s，得到混凝土拌和物；
（3）搅拌结束后，立刻对混凝土拌和物进行入模成型，经过养护后得到用于防止中子辐射的抗开裂防辐射混凝土。
通过采用上述技术方案，本申请先分别配制了干料和混合液，然后将环氧树脂胶液、干料和混合液混合均匀，同时加入中子吸附剂和中子慢化剂，得到混凝土拌和物，再经过入模成型和养护后得到了抗开裂防辐射混凝土。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请通过浆体增重液对水泥浆体进行了增重，并通过增粘剂和环氧树脂共同起到了增粘作用，阻碍了骨料的沉降，缓解了混凝土拌和物的离析。同时，环氧树脂的固化和水泥浆体的硬化同时进行并且互相抑制，起到了缓凝效果，缩小了混凝土的局部温差，而水溶性多羟基有机化合物阻碍了水分的蒸发，最终减少了混凝土中产生裂缝的数量，改善了混凝土对中子辐射的防护效果。
2、本申请中优选半水石膏作为水化抑制剂的组分，半水石膏遇水后生成的二水石膏晶体会在混凝土拌和物中形成网状结构，阻碍了骨料的下沉，缓解了离析现象。同时，二水石膏还能够降低铝酸三钙的溶解度，从而对硅酸盐水泥的水化速率进行了限制，缓解了硅酸盐水泥水化放热时产生的局部温差，阻碍了混凝土的开裂，有助于改善防辐射混凝土对中子辐射的防护效果。
3、本申请的方法，先分别配制了干料和混合液，然后将环氧树脂胶液、干料和混合液混合均匀，同时加入中子吸附剂和中子慢化剂，得到混凝土拌和物，再经过入模成型和养护后得到了抗开裂防辐射混凝土。
具体实施方式
以下结合实施例、制备例和对比例对本申请作进一步详细说明，本申请涉及的原料均可通过市售获得。
改性二氧化硅的制备例
以下以制备例1为例说明。
制备例1
本制备例中，改性二氧化硅按照以下方法制备：
（1）将1kg悬浮剂、2kg氧化石墨烯、0.8kg甲基三乙氧基硅烷、0.8kgγ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和10kg水混合均匀，得到改性液；本步骤中，悬浮剂为黄原胶
（2）将30kg平均粒径380μm的二氧化硅颗粒和10kg改性液混合均匀，再在80℃的温度条件下水浴加热2.5h，充分搅拌后滤去液相，等待剩余的固相自然干燥后，得到改性二氧化硅。
实施例
实施例1-5
以下以实施例1为例进行说明。
实施例1
本实施例中，抗开裂防辐射混凝土的拌和物包括如下组分：7kg环氧树脂乳液、7kg环氧固化剂、46kg硅酸盐水泥、88kg粗骨料、72kg细骨料、4kg中子吸附剂、8kg中子慢化剂、25kg拌和水、8kg抗裂填充剂、2kg氧化镁膨胀剂、2kg增粘剂、2kg水化抑制剂、0.46kg萘系减水剂、1.2kg消泡剂。另外，抗开裂防辐射混凝土的拌和物中还包括浆体增重液，浆体增重液为碘化钾的饱和溶液，制备拌和物所需的浆体增重液在25℃时的体积为拌和水的30%。
在抗开裂防辐射混凝土的拌和物的各组分中，环氧树脂乳液的固含量为50%，固体环氧当量为270；环氧固化剂的固含量为50%，固体胺氢当量为280。硅酸盐水泥的型号为P.O52.5，粗骨料和细骨料均为重晶石的破碎产物，细骨料的粒径满足《GB/T 14684-2011建设用砂》6.1规定的2区机制砂的级配范围，粗骨料的粒径满足《GB/T 14685-2022建设用卵石、碎石》6.1规定的5-25mm连续粒级，中子吸附剂为平均粒径260μm的氧化硼，中子慢化剂为平均粒径80μm的石墨粉，抗裂填充剂为平均粒径380μm的二氧化硅颗粒，氧化镁膨胀剂符合《CBMF 19-2017 混凝土用氧化镁膨胀剂》的规定，增粘剂选用固含量98%的乙烯-醋酸乙烯胶粉，浆体增重液为碘化钾在25℃配制的饱和水溶液，水化抑制剂为甘油，消泡剂为KMT-2027有机硅消泡剂。
本实施例中，用于防止中子辐射的抗开裂防辐射混凝土按照以下步骤制备：
（1）将硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料、氧化镁膨胀剂和抗裂填充剂混合均匀，得到干拌料，备用；将水、增粘剂、萘系减水剂、浆体增重液、水化抑制剂和消泡剂混合均匀，得到混合液，备用；
（2）将环氧树脂与环氧固化剂混合均匀，得到环氧树脂胶液，将环氧树脂胶液、干拌料、中子吸附剂、中子慢化剂与混合液混合均匀，以110r/min的搅拌速率搅拌70s，得到混凝土拌和物；
（3）搅拌结束后，立刻对混凝土拌和物进行入模成型，按照《GB/T 50081—2002 普通混凝土力学性能试验方法标准》进行标准养护后得到用于防止中子辐射的抗开裂防辐射混凝土。
如表1,实施例1-5的不同之处主要在于抗开裂防辐射混凝土的拌和物的原料配比不同。
表1
实施例6
本实施例与实施例1 的不同之处在于，水化抑制剂由8kg半水石膏和2kg甘油混合而成，且水的用量为27kg。
实施例7
本实施例与实施例2 的不同之处在于，水化抑制剂由8.5kg半水石膏和2.5kg甘油混合而成，且水的用量为27.5kg。
实施例8
本实施例与实施例3 的不同之处在于，水化抑制剂由9kg半水石膏和3kg甘油混合而成，且水的用量为28kg。
实施例9
本实施例与实施例4 的不同之处在于，水化抑制剂由9.5kg半水石膏和3.5kg甘油混合而成，且水的用量为28.5kg。
实施例10
本实施例与实施例5 的不同之处在于，水化抑制剂由10kg半水石膏和4kg甘油混合而成，且水的用量为29kg。
如表2，实施例6-10的不同之处在于水化抑制剂的组分以及拌和水的用量不同。
表2
实施例11
本实施例与实施例8 的不同之处在于，水化抑制剂为蔗糖。
实施例12
本实施例与实施例11的不同之处在于，水化抑制剂为山梨醇。
实施例13
本实施例与实施例12的不同之处在于，浆体增重液中的溶质为碘化钙。
实施例14
本实施例与实施例13 的不同之处在于，浆体增重液中的溶质为碘化钡。
实施例15
本实施例与实施例14 的不同之处在于，抗裂填充剂为制备例1的改性二氧化硅。
实施例16
本实施例与实施例15的不同之处在于，抗裂填充剂由4kg钢纤维和6kg改性二氧化硅组成。
实施例17
本实施例与实施例16的不同之处在于，抗裂填充剂由4kg钢纤维、3kg丁苯橡胶粉末和3kg改性二氧化硅组成。
实施例18
本实施例与实施例17的不同之处在于，抗开裂防辐射混凝土拌和物的组分还包括0.5kg螯合剂，螯合剂选用聚4-乙烯基吡啶。
对比例
对比例1
一种用于防止中子辐射的抗开裂防辐射混凝土，抗开裂防辐射混凝土的拌和物包括如下组分：硅酸盐水泥42kg，粗骨料86kg，细骨料67kg，中子吸附剂5kg，中子慢化剂10kg，水20kg，氧化镁膨胀剂3kg份，聚羧酸减水剂0.42g，粗骨料和细骨料均由重晶石破碎后得到，中子吸附剂为三氧化二硼，中子慢化剂为石墨。
本对比例中，硅酸盐水泥的型号为P.O52.5，粗骨料和细骨料均为重晶石的破碎产物，细骨料的粒径满足《GB/T 14684-2011 建设用砂》6.1规定的2区机制砂的级配范围，粗骨料的粒径满足《GB/T 14685-2022建设用卵石、碎石》6.1规定的5-25mm连续粒级，中子吸附剂为平均粒径260μm的氧化硼，中子慢化剂为平均粒径80μm的石墨粉，氧化镁膨胀剂符合《CBMF 19-2017 混凝土用氧化镁膨胀剂》的规定。
对比例2
本对比例与实施例3的不同之处在于，抗开裂防辐射混凝土的拌和物中不包括环氧树脂和环氧固化剂。
对比例3
本对比例与实施例3的不同之处在于，抗开裂防辐射混凝土的拌和物中不包括浆体增重剂。
对比例4
本对比例与实施例3的不同之处在于，抗开裂防辐射混凝土的拌和物中不包括消泡剂。
对比例5
本对比例与实施例3的不同之处在于，抗开裂防辐射混凝土的拌和物中不包括增粘剂。
对比例6
本对比例与实施例3的不同之处在于，抗开裂防辐射混凝土的拌和物中不包括环氧树脂、环氧固化剂和增粘剂。
性能检测试验方法
一、抗裂性能测试
参照《T0573-2020水泥混凝土早期开裂敏感性试验方法（平板法）》，采用平板开裂试验对抗开裂防辐射混凝土的抗裂性能进行表征。测试时，将抗开裂防辐射混凝土的拌和物浇筑在600mm×600mm×63mm的平面薄板模具中。试件浇注、振实、抹平后，用塑料薄膜覆盖2h，之后取下薄膜，在20℃、相对湿度40％的风箱中以0．5m/s的风速吹干混凝土表面，24h后观察裂缝数量、长度和宽度，并计算试样表面的开裂面积，结果见表3。
表3
样本 开裂面积/mm2 样本 开裂面积/mm2
实施例1 124.6 实施例13 108.9
实施例2 121.3 实施例14 106.7
实施例3 119.6 实施例15 102.4
实施例4 119.3 实施例16 100.8
实施例5 119.3 实施例17 99.4
实施例6 115.4 实施例18 97.2
实施例7 113.2 对比例1 546.3
实施例8 112.6 对比例2 308.7
实施例9 112.3 对比例3 274.2
实施例10 112.2 对比例4 119.8
实施例11 112.0 对比例5 278.3
实施例12 112.8 对比例6 326.4
二、防辐射性能测试
将各实施例和对比例的防辐射混凝土拌和物浇筑为厚度250mm的混凝土墙，养护满90天后拆模，等待墙体表面自然干燥后，在墙的一侧放置剂量当量率为120Sv/h的中子辐射源，然后使用辐射监测仪在墙的另一侧对中子辐射的剂量当量率进行检测，检测结果见表4.
表4
样本 剂量当量率/（Sv/h） 样本 剂量当量率/（Sv/h）
实施例1 34.4 实施例13 30.2
实施例2 34.0 实施例14 29.5
实施例3 33.9 实施例15 29.2
实施例4 33.8 实施例16 28.7
实施例5 33.8 实施例17 28.4
实施例6 33.6 实施例18 28.2
实施例7 33.4 对比例1 76.9
实施例8 33.2 对比例2 58.4
实施例9 33.2 对比例3 49.6
实施例10 33.1 对比例4 41.7
实施例11 32.5 对比例5 50.6
实施例12 30.8 对比例6 61.2
结合实施例1-5和对比例1并结合表3和表4可以看出，实施例1-5测得的开裂面积均小于对比例1，且隔墙测得的中子辐射剂量当量率也均低于对比例1，说明本申请的防辐射混凝土与相关技术相比具有更好的抗裂效果，因此对中子辐射的抵抗效果得到了改善。在实施例1-5中，随着各组分用量的增加，开裂面积先减小后不变，说明仅靠调节各组分的含量起到的抗裂效果有限。
结合实施例3和对比例2并结合表3和表4可以看出，实施例3测得的开裂面积和隔墙测得的中子辐射剂量当量率均低于对比例2，说明当防辐射混凝土的拌和物中不包括环氧树脂和环氧固化剂时，硅酸盐水泥的水化反应受到的抑制减轻，硅酸盐水泥的水化放热导致混凝土拌和物硬化过程中产生的内外温差增大，加剧了混凝土的开裂，并因此对混凝土的防辐射性能产生了影响。
结合实施例3和对比例3并结合表3和表4可以看出，实施例3测得的开裂面积和隔墙测得的中子辐射剂量当量率均低于对比例3，说明当防辐射混凝土的拌和物中不包括浆体增重剂时，骨料在混凝土拌和物中的沉降程度较大，加重了混凝土拌和物的离析以及混凝土的开裂，影响了混凝土的防辐射性能。
结合实施例3和对比例4并结合表3和表4可以看出，实施例3测得的开裂面积与对比例4接近，但是实施例3隔墙测得的中子辐射剂量当量率高于对比例4，说明当防辐射混凝土的拌和物中不包括消泡剂时，混凝土拌和物在搅拌过程中产生的气泡难以被消除，导致混凝土的孔隙率增大，影响了混凝土对中子辐射的防护。
结合实施例3和对比例5-6并结合表3和表4可以看出，实施例3测得的开裂面积和隔墙测得的中子辐射剂量当量率均低于对比例5和对比例6，说明当防辐射混凝土的拌和物中不包括增粘剂、环氧树脂和环氧固化剂时，混凝土拌和物中的水泥浆粘度下降，骨料在移动时受到的阻力相对较小，使得骨料更容易发生沉降，加重了混凝土拌和物的离析以及混凝土的开裂，影响了混凝土的防辐射性能。
结合实施例1-5和实施例6-10并结合表3和表4可以看出，实施例6-10测得的开裂面积和隔墙测得的中子辐射剂量当量率均低于实施例1-5，说明在实施例1-5的基础上，选用半水石膏和水溶性多羟基有机化合物共同作为水化抑制剂，并根据半水石膏的用量调整拌和水的用量后，水化抑制剂对水泥水化的抑制效果得到改善，从而进一步降低了硅酸盐水泥水化放热的速率，减小了混凝土拌和物硬化过程中产生的内外温差。同时，半水石膏水化产生的二水石膏晶体还阻碍了骨料的沉降，抑制了混凝土拌和物的离析，从而改善了防辐射混凝土的抗裂性能和对中子辐射的抵抗效果。在实施例6-10中，随着各组分用量的增加，开裂面积的变化率逐渐降低，说明仅靠调节各组分的含量起到的抗裂效果有限，从经济性考虑，选择实施例8的配方体系相对较优。
结合实施例8、实施例11并结合表3和表4可以看出，实施例11测得的开裂面积和隔墙测得的中子辐射剂量当量率低于实施例8，说明蔗糖的密度相对较大，在发挥缓凝作用的同时对水泥浆体具有较好的增重效果，有助于减小骨料的沉降，抑制了混凝土拌和物的离析，从而改善了防辐射混凝土的抗裂性能和对中子辐射的抵抗效果。
结合实施例11、实施例12并结合表3和表4可以看出,实施例12测得的开裂面积大于实施例11，但是测得的中子辐射剂量当量率低于实施例11，说明山梨醇虽然缓凝效果相对较差，但是山梨醇在起缓凝作用的同时还能发挥消泡效果，有助于降低混凝土的孔隙率，从而改善了混凝土对中子辐射的抵抗效果。
结合实施例12、实施例13-14并结合表3和表4可以看出，实施例12-14测得的开裂面积和隔墙测得的中子辐射剂量当量率依此下降，说明随着碘盐密度的增大，浆体增重液的增重效果得到提升，从而提高了水泥浆体的密度，助于减小骨料的沉降，抑制了混凝土拌和物的离析，从而改善了防辐射混凝土的抗裂性能和对中子辐射的抵抗效果。
结合实施例14、实施例15并结合表3和表4可以看出，实施例15测得的开裂面积和隔墙测得的中子辐射剂量当量率均低于实施例14，说明改性二氧化硅表面的氧化石墨烯使得改性二氧化硅具有良好的导热性能，促进了混凝土拌和物的散热，减弱了混凝土的内外温差，提高了混凝土的抗裂性能。另外，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷引入的环氧基能够在环氧固化剂的作用下发生开环，使改性二氧化硅能够与环氧树脂之间产生交联，实现了对环氧树脂的填充，减少了环氧树脂的开裂。
结合实施例15、实施例16并结合表3和表4可以看出，实施例15测得的开裂面积和隔墙测得的中子辐射剂量当量率均低于实施例14，说明钢纤维的桥接作用阻碍了裂缝的扩展。同时，而改性二氧化硅通过环氧基与钢纤维发生粘结，并与钢纤维共同传递热量，从而提高了混凝土内部温度的均匀度，减少了混凝土由于局部温度差异而发生的开裂。
结合实施例16、实施例17并结合表3和表4可以看出，实施例17测得的开裂面积和隔墙测得的中子辐射剂量当量率均低于实施例16，说明丁苯橡胶颗粒利用自身的弹性缓解混凝土拌和物硬化过程中产生的应力，起到了抗裂作用。另外，丁苯橡胶颗粒对萘系减水剂的疏水端进行屏蔽，降低了萘系减水剂的引气性，有利于减少混凝土中的气孔，改善了防辐射混凝土对中子辐射的防护效果。
结合实施例17、实施例18并结合表3和表4可以看出，实施例18测得的开裂面积和隔墙测得的中子辐射剂量当量率均低于实施例17，说明聚4-乙烯基吡啶的螯合作用限制了硅酸盐水泥的水化速率，起到了缓凝作用，减弱了混凝土的内外温差，提高了混凝土的抗裂性能。同时，聚4-乙烯基吡啶改善了丁苯橡胶粉末在混凝土拌和物中的分散效果，从而改善了抗裂填充剂中的丁苯橡胶粉末对防辐射混凝土的填充效果。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种用于防止中子辐射的抗开裂防辐射混凝土，其特征在于，所述抗开裂防辐射混凝土的拌和物包括如下重量份的组分：环氧树脂乳液70-90份，环氧固化剂70-90份，硅酸盐水泥460-500份，粗骨料880-1000份，细骨料720-760份，中子吸附剂40-60份，中子慢化剂80-120份，水250-290份，抗裂填充剂80-120份，氧化镁膨胀剂20-40份，增粘剂20-40份，水化抑制剂20-140份，萘系减水剂4.6-5.0份，消泡剂12-16份；所述水化抑制剂的组分包括水溶性多羟基有机化合物，所述粗骨料和细骨料的组分均包括重晶石的破碎产物；所述抗开裂防辐射混凝土的拌和物的组分还包括浆体增重液，所述浆体增重液的体积为水的30%；所述浆体增重液为水溶性盐的饱和水溶液，所述浆体增重液中的溶质包括碘化钾、碘化钙、碘化钡中的至少一种；所述抗裂填充剂的组分包括改性二氧化硅，所述改性二氧化硅按照如下方法制备：
（1）将悬浮剂、氧化石墨烯、甲基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和水混合均匀，得到改性液；所述悬浮剂为黄原胶；
（2）将二氧化硅颗粒和改性液混合均匀，再在75-85℃的温度条件下水浴加热2-3h，充分搅拌后滤去液相，等待剩余的固相自然干燥后，得到改性二氧化硅。
2.根据权利要求1所述的用于防止中子辐射的抗开裂防辐射混凝土，其特征在于，所述水化抑制剂中的水溶性多羟基有机化合物为山梨醇、甘油、蔗糖中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的用于防止中子辐射的抗开裂防辐射混凝土，其特征在于，所述水化抑制剂的组分还包括半水石膏，所述抗开裂防辐射混凝土的拌和物中，水的重量份数为270-290份。
4.根据权利要求3所述的用于防止中子辐射的抗开裂防辐射混凝土，其特征在于，所述水化抑制剂包括如下重量份的组分：水溶性多羟基有机化合物20-40份，半水石膏80-100份。
5.根据权利要求1所述的用于防止中子辐射的抗开裂防辐射混凝土，其特征在于，所述抗裂填充剂的组分还包括钢纤维。
6.根据权利要求5所述的用于防止中子辐射的抗开裂防辐射混凝土，其特征在于，所述抗裂填充剂的组分还包括丁苯橡胶粉末。
7.根据权利要求6所述的用于防止中子辐射的抗开裂防辐射混凝土，其特征在于，所述抗开裂防辐射混凝土的拌和物的组分还包括螯合剂，所述螯合剂选用聚4-乙烯基吡啶。
8.根据权利要求1-7任一所述的用于防止中子辐射的抗开裂防辐射混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料、氧化镁膨胀剂和抗裂填充剂混合均匀，得到干拌料，备用；将水、增粘剂、萘系减水剂、浆体增重液、水化抑制剂和消泡剂混合均匀，得到混合液，备用；
（2）将环氧树脂与环氧固化剂混合均匀，得到环氧树脂胶液，将环氧树脂胶液、干拌料、中子吸附剂、中子慢化剂与混合液混合均匀，以100-120r/min的搅拌速率搅拌60-80s，得到混凝土拌和物；
（3）搅拌结束后，立刻对混凝土拌和物进行入模成型，经过养护后得到用于防止中子辐射的抗开裂防辐射混凝土。
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