CN115572089B - 一种磷石膏集料、防辐射超高性能混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种磷石膏集料、防辐射超高性能混凝土及其制备方法。本发明的防辐射超高性能混凝土，采用磷石膏作为集料制备超高性能混凝土，可替代传统高密度矿石骨料，解决传统防辐射混凝土匀质性不良导致的辐射薄弱区域问题；利用多孔磷石膏集料的内养护作用，在一定程度上改善超高性能混凝土收缩大的问题，同时结合预拌工艺促进磷石膏集料周围浆体形成高强、致密的拱壳界面区，降低孔隙率，解决浆体与界面之间的缺陷问题，提高了防辐射超高性能混凝土的力学性能和耐久性能；本发明结合磷石膏集料以及预湿集料的缓释水效应，有效提升超高性能混凝土的抗裂性能和体积稳定性，同时可优化混凝土的孔结构，改善混凝土的耐久性能。

Description

一种磷石膏集料、防辐射超高性能混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种磷石膏集料、防辐射超高性能混凝土及其制备方法。

背景技术

随着我国核技术的迅猛发展，核技术广泛应用于医疗、军事、电力等方面，其在为人类创造经济和社会效益的同时，也存在着许多潜在威胁。核反应堆及其它辐射源在工作服役过程中会不可避免地释放出各种带有能量的射线，危害环境和人类健康，其中中子流穿透能力较强，对该类射线的屏蔽防护尤为重要。目前为止，具有良好屏蔽中子射线的防护材料主要有：水、聚合物、玻璃/陶瓷、混凝土。而防辐射混凝土是目前使用最为广泛、经济的核辐射防护材料，其相比金属和其它防护材料具有原材料来源广、便于施工和制造成本低等优点，在核能发电安全壳、加速器与放射化学装置防护等结构中应用广泛。

防辐射混凝土在我国军事、医疗、电力等方面应用广泛。然而，当前已有防辐射混凝土的设计强度普遍不高，多数不超过C60，在可能遭受的高科技武器精确打击、爆炸袭击和地震等破坏下容易造成大规模破坏，进而造成核污染和核泄漏问题，会造成巨大的国民财产损失和环境安全损害。因此，开发一种具有超高强度、高抗冲击的防辐射混凝土材料是我国国防和民用核工程安全防护的重大战略需求。

磷石膏是指在磷酸生产中用硫酸处理磷矿时产生的固体废渣，主要成分是磷酸钙(化学式为CaCO₄·2H₂O)。磷石膏的大量堆存不仅占用土地资源，而且氟化物、游离磷酸等杂质的浸出会对周边环境和地下水造成严重污染，这些不利影响已经成为制约磷化工行业可持续发展的敏感问题。考虑到磷石膏中结晶水含量较高，混凝土中结晶水的存在可以有效提升其防中子辐射性能。因此，研究磷石膏在防辐射混凝土中的应用对提升混凝土屏蔽中子射线效果及磷石膏资源化利用具有重要意义。

近年来，不少学者发现多孔球形集料进行预湿处理后不仅能够通过内养护作用降低UHPC的收缩，减少混凝土开裂风险，还能通过球形集料表明释水行为促使拱壳状界面过渡区的形成，这种具有拱壳状结构的界面过渡区能够分散均匀压应力分散，能够明显提升混凝土的力学性能。考虑到现有的防中子辐射混凝土一般都是通过在胶凝材料中掺入防辐射功能组分或外掺含有B、Li等轻元素的材料来提升混凝土的防辐射效果，而实际上混凝土中集料的成分对其防辐射性能有很大的影响(正常混凝土结构中集料在成型的水泥石结构中占有很大的比例)。因此，以磷石膏为主要原材料设计防中子辐射球形多孔集料对UHPC的收缩性能及防辐射性能提升均有重要意义。然而目前并没有利用磷石膏来提升混凝土的防辐射性能的技术方案。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种磷石膏集料、防辐射超高性能混凝土及其制备方法，以解决或部分解决现有技术中存在的技术问题。

第一方面，本发明提供了一种磷石膏集料，包括磷石膏核层和包覆于所述磷石膏核层外的浆壳层，其中，所述磷石膏核层包括以下质量分数的原料：磷石膏35～45％，碳化硼20～25％，重晶石粉20～25％，矿粉10～15％，水泥5～15％，助熔剂1～4％；

所述浆壳层包括以下质量分数的原料：水泥60～65％，硅灰7～9％，粉煤灰微珠7～9％，膨胀剂4～7％，水10～15％，减水剂1.6～2.2％。

第二方面，本发明还提供了一种所述的磷石膏集料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将磷石膏、碳化硼、重晶石粉、矿粉、水泥和助熔剂混合后，再加入水，造粒，得到集料；

将集料于500～600℃下加热0.4～1h，然后于1000～1100℃下煅烧45～50min，得到磷石膏核层；

将水泥，硅灰，粉煤灰微珠，膨胀剂和所述磷石膏核层混合后搅拌，再加入减水剂和水，继续搅拌后，养护，在磷石膏核层表面形成浆壳层，即得磷石膏集料。

优选的是，所述的磷石膏集料的制备方法，所述集料的粒径为3～8mm，含水率为15～20％；

将水泥，硅灰，粉煤灰微珠，膨胀剂和所述磷石膏核层混合后搅拌，再加入减水剂和水，继续搅拌后，自然养护1～2d后再将产物放入85～95℃蒸养箱养护2～5d，即得磷石膏集料。

第三方面，本发明还提供了一种防辐射超高性能混凝土，包括以下原料：水泥700～850kg/m³，粉煤灰微珠150～300kg/m³，硅灰150～250kg/m³，磷石膏集料800～1000kg/m³，镀铜短钢纤维100～200kg/m³，减水剂25～35kg/m³，水 185～225kg/m³；

其中，所述磷石膏集料为所述的磷石膏集料或所述的制备方法制备得到的磷石膏集料。

优选的是，所述的防辐射超高性能混凝土，所述水泥为P·II 52.5硅酸盐水泥。

优选的是，所述的防辐射超高性能混凝土，所述粉煤灰微珠烧失量≤5.0％，需水量比≤90％，球形颗粒体积率≥95％。

优选的是，所述的防辐射超高性能混凝土，所述硅灰中SiO₂质量含量≥95％，比表面积≥15500m²/kg，28d活性指数≥100％。

优选的是，所述的防辐射超高性能混凝土，所述镀铜钢纤维的断裂强度≥3000MPa，弹性模量为40～60GPa。

优选的是，所述的防辐射超高性能混凝土，所述减水剂为聚羧酸减水剂。

第四方面，本发明还提供了一种所述的防辐射超高性能混凝土的制备方法，，包括以下步骤：

将磷石膏集料放入水中浸泡至饱水状态，得到预湿集料；

再将预湿集料、水泥、硅灰、粉煤灰微珠混合搅拌，然后加入水和减水剂再次搅拌，最后加入镀铜钢纤维继续搅拌均匀，进行装模、振捣、成型后，进行薄膜养护，然后拆模，最后进行标准养护或蒸汽养护，即得防辐射超高性能混凝土。

本发明的一种磷石膏集料、防辐射超高性能混凝土及其制备方法相对于现有技术具有以下有益效果：

1、本发明的磷石膏集料，选用的工业固废磷石膏中含有大量的结合水，能够对快中子起到慢化作用；碳化硼中的B元素对慢中子具有吸收作用，且几乎不产生二次γ射线；而重晶石粉中含有大量Ba元素，能够与γ射线发生复杂的物质效应(包括：光电效应、康普顿效应及电子对效应)，进而衰减射线强度，从而使得磷石膏集料表现出良好的防辐射性能；

2、本发明的防辐射超高性能混凝土，采用磷石膏作为集料制备超高性能混凝土，可以解决工业固废的处理问题，有利于环境保护，同时可替代传统高密度矿石骨料，解决传统防辐射混凝土匀质性不良导致的辐射薄弱区域问题；利用多孔磷石膏集料的内养护作用，在一定程度上改善超高性能混凝土收缩大的问题，同时结合预拌工艺促进磷石膏集料周围浆体形成高强、致密的“拱壳”界面区，降低孔隙率，解决浆体与界面之间的缺陷问题，提高了防辐射超高性能混凝土的力学性能和耐久性能；此外，可有效解决目前超高性能混凝土常用集料资源匮乏的问题、磷石膏大量堆积问题，节约资源能源，符合国家可持续发展战略；采用聚羧酸高效减水剂和粉煤灰微珠等矿物掺合料，优化混凝土拌合物的工作性能，改善混凝土的密实性和均质性，并进一步降低混凝土的收缩量，防辐射超高性能混凝土的力学性能和体积稳定性能。本发明结合磷石膏集料以及预湿集料的“缓释水”效应，有效提升超高性能混凝土的抗裂性能和体积稳定性，同时可优化混凝土的孔结构，改善混凝土的耐久性能；

3、本发明制备得到的防辐射超高性能混凝土的各项性能指标优异，表观密度为2250～2350kg/m³，同时抗压强度等级可达C100，56d干燥收缩率小于 330×10^-6，并具有良好的工作性能、力学性能、体积稳定性以及防辐射性能，磷石膏集料筒压强度≥6MPa，实际应用价值巨大，适合推广应用于制备高强防辐射混凝土。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

本申请实施例提供了一种磷石膏集料，包括磷石膏核层和包覆于磷石膏核层外的浆壳层，其中，磷石膏核层包括以下质量分数的原料：磷石膏35～45％，碳化硼20～25％，重晶石粉20～25％，矿粉10～15％，水泥5～15％，助熔剂1～4％；

浆壳层包括以下质量分数的原料：水泥60～65％，硅灰7～9％，粉煤灰微珠 7～9％，膨胀剂4～7％，水10～15％，减水剂1.6～2.2％。

具体的，本申请的磷石膏的化学成分以CaSO₄·2H₂O为主，含有大量的结合水。本申请选用的工业固废磷石膏中含有大量的结合水，能够对快中子起到慢化作用；碳化硼中的B元素对慢中子具有吸收作用，且几乎不产生二次γ射线；而重晶石粉中含有大量Ba元素，能够与γ射线发生复杂的物质效应(包括：光电效应、康普顿效应及电子对效应)，进而衰减射线强度，从而使得磷石膏集料表现出良好的防辐射性能。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供了上述的磷石膏集料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将磷石膏、碳化硼、重晶石粉、矿粉、水泥和助熔剂混合后，再加入水(至含水率15～20％)，造粒，得到集料；

S2、将集料于500～600℃下加热0.4～1h，然后于1000～1100℃下煅烧 45～50min，得到磷石膏核层；

S3、将水泥，硅灰，粉煤灰微珠，膨胀剂和磷石膏核层混合后搅拌，再加入减水剂和水，继续搅拌后，养护，在磷石膏核层表面形成浆壳层，即得磷石膏集料。

本申请采用水泥浆表面强化处理工艺，利用水泥核硅灰包裹集料可有效弥补磷石膏产生的表面缺陷，提高集料强度、耐久性等性能，同时提高集料表观密度，解决人工集料密度小，拌合物工作性能差的问题。

在一些实施例中，集料的粒径为3～8mm，含水率为15～20％；

将水泥，硅灰，粉煤灰微珠，膨胀剂和上述的磷石膏核层混合后搅拌，再加入减水剂和水，继续搅拌后，自然养护1～2d后再将产物放入85～95℃蒸养箱养护2～5d，即得磷石膏集料。

具体的，将水泥，硅灰，粉煤灰微珠，膨胀剂和上述的磷石膏核层混合后在真空状态下干拌2～5min，再加入减水剂和水，在真空条件下继续搅拌5～10min，将所得的集料均匀铺撒，避免集料间粘结，自然养护1d；再将产物放入85～95 ℃蒸养箱养护2～5d，即得磷石膏集料。

本申请制备的磷石膏集料为3～5mm连续级配，筒压强度≥6MPa，表观密度2100～2250kg/m³，饱和面干吸水率7.0～11.0％。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种防辐射超高性能混凝土，包括以下原料：水泥700～850kg/m³，粉煤灰微珠150～300kg/m³，硅灰 150～250kg/m³，磷石膏集料800～1000kg/m³，镀铜短钢纤维100～200kg/m³，减水剂25～35kg/m³，水185～225kg/m³；

其中，磷石膏集料为上述的磷石膏集料或上述的制备方法制备得到的磷石膏集料。

本发明采用磷石膏集料作为集料制备超高性能混凝土，一方面可有效提升 UHPC的防辐射性能，降低屏蔽体的厚度；另一方面，磷石膏集料表面多孔、粗糙，内部含有大量毛细孔，该结构不仅提高了集料与水泥砂浆之间的粘结强度，且磷石膏集料具有“缓释水”效应，经过清水浸泡后的预湿集料在混凝土成型后会随着时间的延长缓慢释放出内部水分，使混凝土得到充分的内养护，大幅降低混凝土的自收缩和干燥收缩，同时提高混凝土的密实性和强度，使建筑物的使用寿命延长，提高超高性能混凝土的耐久性能。此外，在混凝土制备过程中，提前在预湿磷石膏集料表面包覆一层浆壳层，可在集料与胶凝浆体结合处形成高强、致密的“拱壳”界面区，均匀分散集料所受压应力，从而有效避免了集料自身强度较低的问题，并且阻止有害离子在硬化浆体毛细孔中迁移，提高了防辐射超高性能混凝土的力学性能和抗渗性能。

在一些实施例中，水泥为P·II 52.5硅酸盐水泥。

在一些实施例中，粉煤灰微珠烧失量≤5.0％，需水量比≤90％，球形颗粒体积率≥95％。

在一些实施例中，硅灰中SiO₂质量含量≥95％，比表面积≥15500m²/kg，28d 活性指数≥100％。

在一些实施例中，镀铜钢纤维的公称长度为10～16mm，当量直径为 0.18～0.35mm，断裂强度≥3000MPa，弹性模量为40-60GPa。

在一些实施例中，减水剂为聚羧酸减水剂。

在一些实施例中，磷石膏集料为3～5mm连续级配，筒压强度≥6MPa，表观密度2100～2250kg/m³，饱和面干吸水率7.0～11.0％。

在一些实施例中，水为普通自来水，符合《混凝土用水标准》JGJ63的要求。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种上述的防辐射超高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：

将磷石膏集料放入水中浸泡(完全没过磷石膏集料)至饱水状态，得到预湿集料；

再将预湿集料、水泥、硅灰、粉煤灰微珠混合搅拌，然后加入水和减水剂再次搅拌，最后加入镀铜钢纤维继续搅拌均匀，进行装模、振捣、成型后，进行薄膜养护，然后拆模，最后进行标准养护或蒸汽养护，即得防辐射超高性能混凝土。

具体的，将预湿集料、水泥、硅灰、粉煤灰微珠混合搅拌1～2min，然后加入水和减水剂再次搅拌5～10min，最后加入镀铜钢纤维继续搅拌均匀，进行装模、振捣、成型后，表面覆盖不透水薄膜进行薄膜养护，然后拆模，最后进行标准养护或蒸汽养护，即得防辐射超高性能混凝土。

本申请的防辐射超高性能混凝土的制备方法，采用磷石膏作为集料制备超高性能混凝土，可以解决工业固废的处理问题，有利于环境保护，同时可替代传统高密度矿石骨料，解决传统防辐射混凝土匀质性不良导致的辐射薄弱区域问题；利用多孔磷石膏集料的内养护作用，在一定程度上改善超高性能混凝土收缩大的问题，同时结合预拌工艺促进磷石膏集料周围浆体形成高强、致密的“拱壳”界面区，降低孔隙率，解决浆体与界面之间的缺陷问题，提高了防辐射超高性能混凝土的力学性能和耐久性能；此外，可有效解决目前超高性能混凝土常用集料资源匮乏的问题、磷石膏大量堆积问题，节约资源能源，符合国家可持续发展战略；采用聚羧酸高效减水剂和粉煤灰微珠等矿物掺合料，优化混凝土拌合物的工作性能，改善混凝土的密实性和均质性，并进一步降低混凝土的收缩量，防辐射超高性能混凝土的力学性能和体积稳定性能。本发明结合磷石膏集料以及预湿集料的“缓释水”效应，有效提升超高性能混凝土的抗裂性能和体积稳定性，同时可优化混凝土的孔结构，改善混凝土的耐久性能。

本发明制备得到的防辐射超高性能混凝土的各项性能指标优异，表观密度为2250～2350kg/m³，同时抗压强度等级可达C100，56d干燥收缩率小于330× 10^-6，并具有良好的工作性能、力学性能、体积稳定性以及防辐射性能，磷石膏集料筒压强度≥6MPa，实际应用价值巨大，适合推广应用于制备高强防辐射混凝土。

以下进一步以具体实施例说明本申请的磷石膏集料、防辐射超高性能混凝土及其制备方法。本部分结合具体实施例进一步说明本发明内容，但不应理解为对本发明的限制。如未特别说明，实施例中所采用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本领域常规试剂、方法和设备。

以下实施例和对比例中，水泥采用华新P·Ⅱ52.5普通硅酸盐水泥；硅灰由上海天恺硅粉材料有限公司提供，SiO₂质量含量为95％，比表面积17500m²/kg， 28d活性指数105％；粉煤灰微珠由天津筑成新材料科技有限公司提供，烧失量 3.5％，需水量比88％，球形颗粒体积率97％；磷石膏来自宜昌，主要成分为 CaSO₄·2H₂O；矿粉采用灵寿县展腾矿产品加工厂提供，S95级；碳化硼采用南宫市耐亚特合金焊接材料材料有限公司提供，粒径200目，纯度≥95％；重晶石粉采用山东瑞信辐射防护材料有限公司提供，粒径200目，BaSO₄含量≥60％；镀铜钢纤维由武汉新途工程新材料科技有限公司生产，公称长度13mm，当量直径0.25mm，断裂强度3500MPa左右，弹性模量52GPa左右；膨胀剂为武汉三元特种建材股份有限公司生产的CaO-MgO复合型膨胀剂；减水剂为江苏博特新材料股份有限公司生产的聚羧酸高效减水剂；助熔剂为天元航材科技股份有限公司生产的四硼酸钠；水为普通自来水。

实施例1

本申请实施例提供了一种磷石膏集料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将35重量份的磷石膏、25重量份的碳化硼、20重量份的重晶石粉、 11重量份的矿粉、7重量份的水泥和2重量份的助熔剂混合后，再加入17重量份的水，造粒，得到集料；

S2、将集料于550℃下加热35min，然后于1060℃下煅烧50min，得到磷石膏核层；

S3、将60重量份的水泥，9重量份的硅灰，8重量份的粉煤灰微珠，6重量份的膨胀剂和步骤S2中得到磷石膏核层混合后置于真空搅拌锅中干搅2min，再加入2重量份的减水剂和15重量份的水，继续搅拌8min后，自然养护1d，再将产物放入90℃蒸养箱养护3d，在磷石膏核层表面形成浆壳层，即得磷石膏集料。

实施例2

本申请实施例提供了一种磷石膏集料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将40重量份的磷石膏、20重量份的碳化硼、20重量份的重晶石粉、 11重量份的矿粉、7重量份的水泥和2重量份的助熔剂混合后，再加入17重量份的水，造粒，得到集料；

S2、将集料于550℃下加热35min，然后于1060℃下煅烧50min，得到磷石膏核层；

S3、将60重量份的水泥，9重量份的硅灰，8重量份的粉煤灰微珠，6重量份的膨胀剂和步骤S2中得到磷石膏核层混合后置于真空搅拌锅中干搅2min，再加入2重量份的减水剂和15重量份的水，继续搅拌8min后，自然养护1d，再将产物放入90℃蒸养箱养护3d，在磷石膏核层表面形成浆壳层，即得磷石膏集料。

实施例3

本申请实施例提供了一种磷石膏集料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将45重量份的磷石膏、15重量份的碳化硼、20重量份的重晶石粉、 11重量份的矿粉、7重量份的水泥和2重量份的助熔剂混合后，再加入17重量份的水，造粒，得到集料；

S2、将集料于550℃下加热35min，然后于1060℃下煅烧50min，得到磷石膏核层；

S3、将60重量份的水泥，9重量份的硅灰，8重量份的粉煤灰微珠，6重量份的膨胀剂和步骤S2中得到磷石膏核层混合后置于真空搅拌锅中干搅2min，再加入2重量份的减水剂和15重量份的水，继续搅拌8min后，自然养护1d，再将产物放入90℃蒸养箱养护3d，在磷石膏核层表面形成浆壳层，即得磷石膏集料。

测试实施例1～3中制备得到的磷石膏集料的平均粒径、浆壳层厚度、表观密度以及筒压强度，结果如下表1所示。

表1-实施例1-3磷石膏集料的各项性能指标

实施例4

本申请实施例提供了一种防辐射超高性能混凝土，包括以下原料：水泥 800kg/m³，粉煤灰微珠190kg/m³，硅灰190kg/m³，磷石膏集料800kg/m³，镀铜短钢纤维200kg/m³，减水剂30kg/m³，水200kg/m³；

其中，磷石膏集料为上述实施例2中制备得到的磷石膏集料。

上述防辐射超高性能混凝土的制备方法包括以下步骤：

S1、将800kg/m³磷石膏集料放入水中浸泡(完全没过磷石膏集料)至饱水状态，得到预湿集料；

S2、再将步骤S1中预湿集料、800kg/m³水泥、190kg/m³硅灰、190kg/m³粉煤灰微珠混合搅拌2min，然后加入200kg/m³水和30kg/m³减水剂再次搅拌8min，最后加入200kg/m³镀铜钢纤维继续搅拌均匀，进行装模、振捣、成型后，表面覆盖不透水薄膜进行薄膜养护，然后拆模，最后进行标准养护，即得防辐射超高性能混凝土。

实施例5

本申请实施例提供了一种防辐射超高性能混凝土，包括以下原料：水泥 780kg/m³，粉煤灰微珠200kg/m³，硅灰200kg/m³，磷石膏集料830kg/m³，镀铜短钢纤维200kg/m³，减水剂30kg/m³，水200kg/m³；

其中，磷石膏集料为上述实施例2中制备得到的磷石膏集料。

上述防辐射超高性能混凝土的制备方法包括以下步骤：

S1、将830kg/m³磷石膏集料放入水中浸泡至饱水状态，得到预湿集料；

S2、再将步骤S1中预湿集料、780kg/m³水泥、200kg/m³硅灰、200kg/m³粉煤灰微珠混合搅拌2min，然后加入200kg/m³水和30kg/m³减水剂再次搅拌8min，最后加入200kg/m³镀铜钢纤维继续搅拌均匀，进行装模、振捣、成型后，表面覆盖不透水薄膜进行薄膜养护，然后拆模，最后进行标准养护，即得防辐射超高性能混凝土。

实施例6

本申请实施例提供了一种防辐射超高性能混凝土，包括以下原料：水泥 790kg/m³，粉煤灰微珠195kg/m³，硅灰195kg/m³，磷石膏集料810kg/m³，镀铜短钢纤维200kg/m³，减水剂30kg/m³，水200kg/m³；

其中，磷石膏集料为上述实施例2中制备得到的磷石膏集料。

上述防辐射超高性能混凝土的制备方法包括以下步骤：

S1、将810kg/m³磷石膏集料放入水中浸泡至饱水状态，得到预湿集料；

S2、再将步骤S1中预湿集料、790kg/m³水泥、195kg/m³硅灰、195kg/m³粉煤灰微珠混合搅拌2min，然后加入200kg/m³水和30kg/m³减水剂再次搅拌8min，最后加入200kg/m³镀铜钢纤维继续搅拌均匀，进行装模、振捣、成型后，表面覆盖不透水薄膜进行薄膜养护，然后拆模，最后进行标准养护，即得防辐射超高性能混凝土。

对比例1

本对比例还提供了一种防辐射超高性能混凝土，包括以下原料：水泥 800kg/m³，粉煤灰微珠190kg/m³，硅灰190kg/m³，石英砂850kg/m³，镀铜短钢纤维200kg/m³，减水剂30kg/m³，水200kg/m³。

上述防辐射超高性能混凝土的制备方法包括以下步骤：

S1、将850kg/m³石英砂、800kg/m³水泥、190kg/m³硅灰、190kg/m³粉煤灰微珠混合搅拌2min，然后加入200kg/m³水和30kg/m³减水剂再次搅拌8min，最后加入200kg/m³镀铜钢纤维继续搅拌均匀，进行装模、振捣、成型后，表面覆盖不透水薄膜进行薄膜养护，然后拆模，最后进行标准养护，即得防辐射超高性能混凝土。

测试实施例4～6以及对比例1中制备得到的防辐射超高性能混凝土的性能，结果如下表2所示。

表2-不同实施例制备的防辐射超高性能混凝土的性能

从表2中可以看出，本发明所得超高性能混凝土具有高强、低收缩等优点，所得磷石膏集料防辐射超高性能混凝土的表观密度为2300～2360kg/m³，与对照组石英砂超高性能混凝土相比降低自重5％以上，抗压强度与对比例1相比虽有所下降，但等级仍可达C100以上，且同时具有高韧性和良好的工作性能(坍落度/扩展度)，体积稳定性能(56d干燥收缩率低)较对照组提升50％以上，抗裂性能以及抗渗、抗蚀等级优异，且中子射线、伽马射线屏蔽效果良好，较对照组有8％以上的提升；本发明制备的磷石膏集料防辐射超高性能混凝土适应范围广泛，在应用于医疗、军工以及核电站等大型工程，不仅提升了混凝土防辐射性能，同时为磷石膏固化提供了新思路，具有重要经济和环境效益。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种防辐射超高性能混凝土，其特征在于，包括以下原料：水泥700～850kg/m³，粉煤灰微珠150～300kg/m³，硅灰150～250kg/m³，磷石膏集料800～1000kg/m³，镀铜短钢纤维100～200kg/m³，减水剂25～35kg/m³，水185～225kg/m³；

所述防辐射超高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1、将磷石膏集料放入水中浸泡至饱水状态，得到预湿集料；

S2、再将预湿集料、水泥、硅灰、粉煤灰微珠混合搅拌，然后加入185～225kg/m³水和减水剂再次搅拌，最后加入镀铜钢纤维继续搅拌均匀，进行装模、振捣、成型后，进行薄膜养护，然后拆模，最后进行标准养护或蒸汽养护，即得防辐射超高性能混凝土；

所述磷石膏集料包括磷石膏核层和包覆于所述磷石膏核层外的浆壳层，其中，所述磷石膏核层由以下质量分数的原料组成：磷石膏35～45％，碳化硼20～25％，重晶石粉20～25％，矿粉10～15％，水泥5～15％，助熔剂1～4％；

所述浆壳层包括以下质量分数的原料：水泥60～65％，硅灰7～9％，粉煤灰微珠7～9％，膨胀剂4～7％，水10～15％，减水剂1.6～2.2％；

所述磷石膏集料的制备方法，包括以下步骤：

将磷石膏、碳化硼、重晶石粉、矿粉、水泥和助熔剂混合后，再加入水，造粒，得到集料；

将集料于500～600℃下加热0.4～1h，然后于1000～1100℃下煅烧45～50min，得到磷石膏核层；

将水泥，硅灰，粉煤灰微珠，膨胀剂和所述磷石膏核层混合后搅拌，再加入减水剂和水，继续搅拌后，养护，在磷石膏核层表面形成浆壳层，即得磷石膏集料。

2.如权利要求1所述的防辐射超高性能混凝土，其特征在于，所述集料的粒径为3～8mm，含水率为15～20％；

将水泥，硅灰，粉煤灰微珠，膨胀剂和所述磷石膏核层混合后搅拌，再加入减水剂和水，继续搅拌后，自然养护1～2d后再将产物放入85～95℃蒸养箱养护2～5d，即得磷石膏集料。

3.如权利要求1所述的防辐射超高性能混凝土，其特征在于，所述步骤S2中所述水泥为P·II 52.5硅酸盐水泥。

4.如权利要求1所述的防辐射超高性能混凝土，其特征在于，所述步骤S2中所述粉煤灰微珠烧失量≤5.0％，需水量比≤90％，球形颗粒体积率≥95％。

5.如权利要求1所述的防辐射超高性能混凝土，其特征在于，所述步骤S2中所述硅灰中SiO₂质量含量≥95％，比表面积≥15500m²/kg，28d活性指数≥100％。

6.如权利要求1所述的防辐射超高性能混凝土，其特征在于，所述镀铜钢纤维的断裂强度≥3000MPa，弹性模量为40～60GPa。

7.如权利要求1所述的防辐射超高性能混凝土，其特征在于，所述步骤S2中所述减水剂为聚羧酸减水剂。

8.一种如权利要求1～7任一所述的防辐射超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将磷石膏集料放入水中浸泡至饱水状态，得到预湿集料；

再将预湿集料、水泥、硅灰、粉煤灰微珠混合搅拌，然后加入水和减水剂再次搅拌，最后加入镀铜钢纤维继续搅拌均匀，进行装模、振捣、成型后，进行薄膜养护，然后拆模，最后进行标准养护或蒸汽养护，即得防辐射超高性能混凝土。