JP6261120B2 - Neutron shielding concrete and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は原子炉建屋や医療施設等の壁材等に用いる中性子遮蔽コンクリートとその製造方法に関する。 The present invention relates to a neutron shielding concrete used for a wall material of a reactor building or a medical facility and a method for manufacturing the same.
中性子遮蔽コンクリートは、原子力発電所における原子炉建屋や医療施設の壁材、放射
性廃棄物の収納容器等に用いられるものである。このようなコンクリートにおいて、中性子を遮蔽する物質として硼素が有効であることが特許文献１等で知られており、コンクリート中に硼素含有化合物を添加するようにしている。
Neutron shielding concrete is used for reactor building and nuclear facilities wall materials in nuclear power plants, radioactive waste storage containers, and the like. In such concrete, it is known from Patent Document 1 that boron is effective as a substance for shielding neutrons, and a boron-containing compound is added to the concrete.
硼素含有化合物は天然の硼素を含む鉱物であり、内湾や海水の浸入あるいは封鎖された内陸湖、かん湖として残されたものが激しい乾燥により干上がった層状の堆積層として産出し、コレマナイト（２ＣａＯ・３Ｂ２Ｏ３・５Ｈ２Ｏ）やヒルガダイト（Ｃａ８（Ｂ２Ｏ１１）Ｃｌ４・４Ｈ２Ｏ）を主として、ユーレキサイト（ＮａＣａＢ２Ｏ９・８Ｈ２Ｏ）、サッソライト（Ｂ２Ｏ３・３Ｈ２Ｏ）等の各種の硼素含有鉱物が一緒に産出する。 Boron-containing compounds are natural boron-containing minerals, which are produced as inner layer bays and seawater intruded or sealed inland lakes and kanko lakes as layered sediments dried up by intense drying, and colemanite (2CaO · 3B 2 O 3 · 5H 2 O) and hirugadite (Ca 8 (B 2 O 11 ) Cl 4 · 4H 2 O), mainly urexite (NaCaB 2 O 9 · 8H 2 O), sassolite (B 2 O 3 • Various boron-containing minerals such as 3H 2 O) are produced together.
このような硼素を含む種々の鉱物の集合体を普通ポルトランドセメントで固めようとしても、ユーレキサイトとサッソライトは水に溶解し易い特性を有するため水に直ちに溶解してセメントの水和反応を阻害するので、結晶のコレマナイトを骨材として固めることができなかった。また、微粉状のコレマナイトやヒルガダイトも早くに水に溶け易いために、同様に骨材のコレマナイトを普通ポルトランドセメントで固めることができなかった。 Even when trying to harden such mineral aggregates containing boron with ordinary Portland cement, urexite and sassolite have the property of being readily soluble in water, so they immediately dissolve in water and inhibit cement hydration. As a result, the crystalline colemanite could not be hardened as an aggregate. In addition, since fine powdery colemanite and hirugadite are easily dissolved in water quickly, the aggregate colemanite could not be hardened with ordinary portland cement as well.
そのため、特許文献２等に記載されたように、コレマナイトやユーレキサイトの含硼素骨材と反応の速いアルミナセメントと鉱油等の油にこの油を乳化する界面活性剤が混和された油混和剤とを混和して、天然の硼素鉱物をコンクリート中に固めた中性子遮蔽コンクリートが知られている。このような含硼素鉱物を骨材とした中性子遮蔽コンクリートは原子炉建屋や放射性廃棄物の収納容器等における中性子を遮蔽する壁材等として用いられている。 Therefore, as described in Patent Document 2 and the like, an oil admixture in which a surfactant that emulsifies this oil is mixed with an oil such as mineral cement and a fast-reacting alumina cement and a boron-containing aggregate of colemanite or eurexite. Neutron shielding concrete in which natural boron mineral is hardened in concrete is known. Such neutron shielding concrete using a boron-containing mineral as an aggregate is used as a wall material or the like for shielding neutrons in a reactor building, a radioactive waste storage container or the like.
ところで、このような中性子遮蔽コンクリートでは固結材としてアルミナセメントを用いているため、耐久性に欠けるという欠点があり、２０年〜３０年経過すると体積変化してコンクリートや構造体に欠陥を生じるという不具合があった。そのため、耐久性が良く体積変化しにくい普通ポルトランドセメント等を使用することが望まれているが、中性子遮蔽コンクリートの固結材として普通ポルトランドセメントを用いると、水溶性硼素鉱物が混練水に溶解してセメントの水和反応を阻害するために固化しにくく固結材として用いることができなかった。
なお、天然の硼素を多く含む骨材としてエバポライト型堆積鉱床の鉱石が知られているが、エバポライト型堆積鉱床の鉱石を普通ポルトランドセメント等のセメントで固めようとしても水溶性の硼素の含有鉱物量が多いためにそのままでは固化できなかった。
By the way, in such neutron shielding concrete, since alumina cement is used as a solidification material, there is a drawback that it lacks durability, and after 20 to 30 years, the volume changes and a defect occurs in concrete or structure. There was a bug. For this reason, it is desirable to use ordinary Portland cement that is durable and difficult to change in volume. However, when ordinary Portland cement is used as the solidification material for neutron shielding concrete, water-soluble boron mineral dissolves in the kneaded water. As a result, the hydration reaction of the cement is inhibited, so that it is difficult to solidify and cannot be used as a caking agent.
In addition, the ore of the evaporite deposit is known as an aggregate rich in natural boron, but even if the ore of the evaporite deposit is to be hardened with cement such as ordinary Portland cement, the amount of water-soluble boron contained in the ore Because there were many, it could not be solidified as it was.
本発明は、このような実情を鑑みてなされたものであり、天然のエバポライト型堆積鉱床から産する含硼素鉱物を骨材として用いながらも、各種のセメントを使用して固めることができるようにした中性子遮蔽コンクリートとその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and can be hardened using various cements while using boron-containing minerals produced from natural evaporite deposits as aggregates. An object of the present invention is to provide a neutron shielding concrete and a method for producing the same.
本発明による中性子遮蔽コンクリートは、エバポライト型堆積鉱床の鉱石から選別採取したコレマナイト及び／またはヒルガダイトを主体とした骨材と、固結材であるセメントとを備え、エバポライト型堆積鉱床の鉱石に含まれるユーレキサイトとサッソライトを除いて、コレマナイト及び／またはヒルガダイトを骨材としてセメントと混和したことを特徴とする。
本発明による中性子遮蔽コンクリートによれば、エバポライト型堆積鉱床の鉱石に含まれるユーレキサイトとサッソライトは水に溶解し易いため、先に水に溶けてセメントの水和反応を阻害してしまうためコレマナイト及び／またはヒルガダイトがセメントと固化されにくいが、エバポライト型堆積鉱床の鉱石に含まれるユーレキサイトとサッソライトを除いておくことで、エバポライト型堆積鉱床の鉱石から選別採取した含硼素鉱物であるコレマナイトやヒルガダイトをセメントと混練させて混和させると、高強度で耐久性が高く十分な中性子遮蔽性能を備えたコンクリートを得ることができる。
The neutron shielding concrete according to the present invention comprises an aggregate mainly composed of colemanite and / or hirugadite collected from ore of an evaporite deposit ore and a cement as a consolidated material, and is contained in the ore of the evaporite deposit ore. Except for eurexite and sassolite, colemanite and / or hirugadite is mixed with cement as an aggregate.
According to the neutron shielding concrete according to the present invention, urexite and sassolite contained in the ore of the evaporite deposit are easily dissolved in water, so that the hydration reaction of cement is inhibited by dissolving in water first. And / or hirugadite is hard to solidify with cement, but excluding eulexite and sassolite contained in the ore of the evaporite-type deposit ore, the boron-containing minerals such as colemanite and When hirugadite is mixed with cement and mixed, a concrete having high strength, high durability and sufficient neutron shielding performance can be obtained.
また、エバポライト型堆積鉱床の鉱石から採取したコレマナイト及び／またはヒルガダイトの粒径０．６ｍｍ以下の微粉を除去することが好ましい。
エバポライト型堆積鉱床の鉱石からコレマナイト及び／またはヒルガダイトを選別採取して破砕した際、粒径０．６ｍｍ以下の微粉が生じると水に溶け易くなり、セメントの水和反応を阻害するが、この微粉を予め除去しておくことで骨材としてのコレマナイト及び／またはヒルガダイトとセメントを混和させて固化させ、中性子遮蔽コンクリートを製造することができる。
Moreover, it is preferable to remove the fine powder with a particle diameter of 0.6 mm or less of the colemanite and / or hirugadite collected from the ore of the evaporite deposit.
When selecting and crushing colemanite and / or hirugadite from the ore of the evaporite deposit, it becomes easy to dissolve in water if fine particles with a particle size of 0.6 mm or less are generated, which inhibits the cement hydration reaction. The neutron shielding concrete can be manufactured by mixing and solidifying colemanite and / or hirugadite as an aggregate and cement.
また、コレマナイト及び／またはヒルガダイトの微粉はふるいなどによって粒径０．６ｍｍ以下のものを除去するものとし、これより粒径が大きいものは骨材としてセメントと混練させて固化させることができる。 Further, the fine powder of colemanite and / or hirugadite should be removed by sieving or the like with a particle size of 0.6 mm or less, and those having a larger particle size can be kneaded with cement as an aggregate and solidified.
また、ダトライトを細骨材として添加してもよい。
コレマナイト及び／またはヒルガダイトの微粉を除去して細骨材の細粒部分が不足した場合、ダトライト（ＣａＢＳｉＯ２（ＯＨ））は水に不溶性であるため、これを細骨材として補足してコレマナイト及び／またはヒルガダイトとセメントと水とを加えて混練することで強度と耐久性に優れたコンクリートを製造できる。
Datlite may be added as a fine aggregate.
When fine particles of fine aggregate are removed by removing fine powder of colemanite and / or hirugadite, Datlite (CaBSiO 2 (OH)) is insoluble in water. / Or Hirgadite, cement and water are added and kneaded to produce concrete having excellent strength and durability.
また、玻璃質岩石粉と焼成カオリンと焼成しないハロイサイトとの少なくともいずれか１つを混和してもよい。
玻璃質岩石粉、焼成カオリン、焼成しないハロイサイトは、セメントの水和反応によって生成する遊離カルシウムやアルミニウム、水酸化カルシウム、カルシウム・アルミネート・ハイドレートと良く反応し、セメント水和生成物中で骨格となるＣ・Ｓ・Ｈ（トベルモライト・ゲルともいい、ほぼ３ＣａＯ・２ＳｉＯ２・３Ｈ２Ｏの組成を有する）を形成させ、製造したコンクリートの耐久性と強度を大きくすることができる。
Moreover, you may mix at least any one of a rocky rock powder, baking kaolin, and the halloysite which is not baking.
Poisonous rock powder, calcined kaolin, and non-fired halloysite react well with free calcium, aluminum, calcium hydroxide, calcium aluminate hydrate produced by cement hydration, and skeletons in cement hydrate products C · S · H (also called tobermorite gel, which has a composition of approximately 3CaO · 2SiO 2 · 3H 2 O) can be formed, and the durability and strength of the produced concrete can be increased.
また、人工ポゾラン材を混和してもよい。
人工ポゾラン材の混和物は例えばフライアッシュやシリカヒューム等であり、それ自体水硬性はないがコンクリート中の成分と反応して不溶性の化合物をつくるため、コンクリートの耐久性と強度を大きくすることができる。
Further, an artificial pozzolanic material may be mixed.
Artificial pozzolanic blends, such as fly ash and silica fume, are not hydraulic in themselves, but react with components in the concrete to produce insoluble compounds, which can increase the durability and strength of the concrete. it can.
本発明による中性子遮蔽コンクリートの製造方法は、天然のコレマナイト及び／またはヒルガダイトを主体とするエバポライト型堆積鉱床に含まれるユーレキサイトとサッソライトを除去し、コレマナイト及び／またはヒルガダイトを骨材として、セメントと混和してコンクリートを製造することを特徴とする。
本発明によれば、エバポライト型堆積鉱床の鉱石に含まれる水に溶け易いユーレキサイトとサッソライトを予め除去して含硼素鉱物のコレマナイト及び／またはヒルガダイトの集塊を破砕したものを骨材として、セメントと混和させることで強度と耐久性の高い中性子遮蔽コンクリートを製造することができる。
The method for producing neutron shielding concrete according to the present invention removes eurexite and sassolite contained in an evaporite deposit mainly composed of natural colemanite and / or hirugadite, and uses colemanite and / or hirugadite as an aggregate, cement and It is characterized by producing concrete by mixing.
According to the present invention, the aggregate obtained by crushing agglomerates of boron-containing mineral colemanite and / or hirugadite by previously removing urexite and sassolite which are easily dissolved in water contained in the ore of the evaporite deposit ore, Neutral shielding concrete with high strength and durability can be manufactured by mixing with cement.
本発明による中性子遮蔽コンクリート及びその製造方法によれば、コレマナイト及び／またはヒルガダイトを主体とするエバポライト型堆積鉱床の鉱石から水に溶け易いユーレキサイトとサッソライトを除去することで、ユーレキサイトとサッソライトが水に溶解してセメントの水和反応を阻害することを防止できるため、採取したコレマナイト及び／またはヒルガダイトを骨材としてセメントと混練させて固化でき、高強度で耐久性が高く中性子遮蔽性の高い中性子遮蔽コンクリートを製造することができる。 According to the neutron shielding concrete and the method for producing the same according to the present invention, eurexite and sassolite are removed by removing urexite and sassolite which are easily soluble in water from ore of an evaporite deposit mainly composed of colemanite and / or hirugadite. Can be dissolved in water and hinder the hydration reaction of the cement, so the collected colemanite and / or hirugadite can be solidified by mixing with cement as an aggregate, high strength, high durability and neutron shielding properties High neutron shielding concrete can be produced.
以下、本発明の実施形態による中性子遮蔽コンクリートとその製造方法について説明する。しかし、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。
本実施形態による中性子遮蔽コンクリートは、セメントとして例えば普通ポルトランドセメントを用い、骨材としてエバポライト型堆積鉱床の含硼素鉱物を用いるものとする。
Hereinafter, the neutron shielding concrete and the manufacturing method thereof according to the embodiment of the present invention will be described. However, the present invention is not limited only to these embodiments.
In the neutron shielding concrete according to the present embodiment, for example, ordinary Portland cement is used as the cement, and a boron-containing mineral of an evaporite type deposit is used as the aggregate.
ここで、エバポライト型堆積鉱床は、内湾や封鎖された内陸湖あるいはかん湖が激しい乾燥により干上がった層状の鉱床をいう。そしてエバポライト型堆積鉱床は、コレマナイト（２ＣａＯ・３Ｂ２Ｏ３・５Ｈ２Ｏ）やヒルガダイト（Ｃａ８（Ｂ２Ｏ１１）Ｃｌ４・４Ｈ２Ｏ）を主鉱物として、ユーレキサイト（ＮａＣａＢ２Ｏ９・８Ｈ２Ｏ）、サッソライト（Ｂ２Ｏ３・３Ｈ２Ｏ）等を一緒に産出させた硼素を多く含む硼素含有鉱床である。 Here, the evaporite-type sedimentary deposit refers to a layered deposit that has dried up due to severe drying of an inner bay, a closed inland lake or a lake of Kan. The evaporite-type deposit is composed of colemanite (2CaO · 3B 2 O 3 · 5H 2 O) and hirugadite (Ca 8 (B 2 O 11 ) Cl 4 · 4H 2 O) as main minerals, and eulexite (NaCaB 2 O). This is a boron-containing deposit containing a large amount of boron produced together with 9 · 8H 2 O) and sassolite (B 2 O 3 · 3H 2 O).
エバポライト型堆積鉱床において、コレマナイトとヒルガダイト、ユーレキサイトとサッソライトはいずれも硼素を多く含んでいる。コレマナイトとヒルガダイトは結晶の大きさが０．数ｍｍ〜２ｃｍの範囲であり、結晶の大きいものは水に溶け難いが、微粉状のものは水に溶解し易い。また、ユーレキサイトの結晶は粒径数ｍｍ以下の大きさで粉化し易く、水に溶解し易い。サッソライトは大小様々な結晶があるが、水には極めて早く溶解する特性を有している。 In the evaporite deposit, colemanite, hirugadite, eulexite, and sassolite all contain a large amount of boron. Colemanite and hirugadite have a crystal size of 0. It is in the range of several mm to 2 cm, and large crystals are difficult to dissolve in water, but fine powders are easy to dissolve in water. Further, the crystals of eulexite are easily pulverized with a particle size of several mm or less, and are easily dissolved in water. Sassolite has a variety of crystals, large and small, but has the property of dissolving very quickly in water.
本実施形態の中性子遮蔽コンクリートの製造に際し、骨材に使用した鉱石はコレマナイトとヒルガダイトを主としたＢ２Ｏ３品位４５％の鉱石である。天然のエバポライト型堆積鉱床の鉱石はユーレキサイトとサッソライトを含んでおり、しかも、ユーレキサイトとサッソライトは水に溶け易い特性を有するため、鉱石をそのまま骨材として用いるとユーレキサイトとサッソライトが混練水に溶解しセメントの水和反応を阻害してコンクリートとして固まらず、普通ポルトランドセメントによってコレマナイトやヒルガダイトからなる骨材を固定することができない。そのため、本実施形態では、予めエバポライト型堆積鉱床の鉱石からユーレキサイトとサッソライトを除去することとした。 In the production of the neutron shielding concrete of this embodiment, the ore used for the aggregate is a B 2 O 3 grade 45% ore mainly composed of colemanite and hirugadite. The ore of natural evaporite-type sedimentary deposits contains eulexite and sassolite, and eulexite and sassolite have the property of being easily soluble in water. It dissolves in the kneaded water and inhibits the hydration reaction of the cement and does not harden as concrete, and the aggregate made of colemanite or hirugadite cannot be fixed by ordinary Portland cement. Therefore, in this embodiment, eulexite and sassolite were previously removed from the ore of the evaporite deposit.
また、エバポライト型堆積鉱床の鉱石に含まれる各鉱物は夫々に集塊を形成しているので、目視観察によって分別できる。そのため、エバポライト型堆積鉱床の鉱石から、目視手選によって岩石砕片や土壌塊、そしてユーレキサイトとサッソライトの集塊を除去し、品位の向上したコレマナイトとヒルガダイト塊を選別・採取する。
そして、これらコレマナイトやヒルガダイト塊を破砕して骨材とする。なお、コレマナイトとヒルガダイトは、微粉状であると水に溶け易くなりセメントの水和反応を阻害するために、骨材をなすコレマナイトやヒルガダイトが十分セメントと固化できない。そのため、ふるいでふるって粒径０．６ｍｍ以下の微粉を除いて粒径０．６ｍｍよりも大きいものを骨材として使う。
Moreover, since each mineral contained in the ore of the evaporite deposit is forming an agglomerate, it can be separated by visual observation. For this reason, rock fragments and soil masses, as well as agglomerates of eurexite and sassolite are removed from the ore of the evaporite deposit by visual selection, and the improved quality colemanite and hirugadite masses are selected and collected.
Then, these colemanite and hirugadite lump are crushed into aggregates. In addition, since colemanite and hirugadite are easily dissolved in water when they are in a fine powder form and inhibit the hydration reaction of cement, the colemanite and hirugadite forming the aggregate cannot sufficiently solidify with cement. Therefore, a material having a particle size larger than 0.6 mm is used as an aggregate except for fine powder having a particle size of 0.6 mm or less.
一方で、細骨材として粒径０．６ｍｍ以下の骨材も必要である。コレマナイトとヒルガダイトの微粉を予め除去すると、コンクリートを製造する際、細骨材の細粒部分が不足してしまう。そのため、不足する細粒部として、例えば、粒径０．６ｍｍ以下で水に不溶の特性を有するダトライト（ＣａＢＳｉＯ２（ＯＨ））を補足して、普通ポルトランドセメントと水を加えて混練するものとした。或いは、ダトライトに代えて砂を用いてもよい。 On the other hand, an aggregate having a particle size of 0.6 mm or less is also required as a fine aggregate. If the fine powders of colemanite and hirugadite are removed in advance, the fine aggregate portion of the fine aggregate will be insufficient when producing concrete. Therefore, for example, supplemented with dartlite (CaBSiO 2 (OH)) having a particle size of 0.6 mm or less and insoluble in water as an insufficient fine-grained portion, kneaded with ordinary Portland cement and water. did. Alternatively, sand may be used instead of dartlite.
なお、エバポライト型堆積鉱床の含硼素鉱物は、主体はコレマナイトであるが、ヒルガダイトやほかの含硼素鉱物と岩石片や土を伴って産出する。商品としての含硼素鉱物は、「コレマナイト」と称して出荷されていて、商品の品位はＢ２Ｏ３が３８％〜４４％で用途によって取り引き品位を定めている。日本では、Ｂ２Ｏ３の品位が４４％前後のものが中心である。品位を定めた取引であっても、堆積鉱床であるから採掘場所によって含硼素鉱物の組合せが異なる。Ｂ２Ｏ３品位４４％前後の市販製品では、コレマナイトの存在は変わらないが、コレマナイトに伴われるヒルガダイトやその他の含硼素鉱物の組み合わせと量比は変化する。 The boron-containing minerals of the evaporite deposits are mainly colemanite, but they are produced with hirugadite and other boron-containing minerals, rock fragments and soil. Boron-containing minerals as commodities are shipped as “Colemanite”, and the quality of commodities is 38% to 44% of B 2 O 3 , and the trade quality is determined depending on the application. In Japan, the quality of B2O3 is around 44%. Even in trades that define quality, the combination of boron-containing minerals differs depending on the mining site because it is a sedimentary deposit. In commercial products with a B2O3 grade of around 44%, the presence of colemanite does not change, but the combination and quantity ratio of hirugadite and other boron-containing minerals accompanying colemanite vary.
本実施形態で用いる含硼素鉱物であるエバポライト型堆積鉱床の鉱石は、コレマナイトを主にヒルガダイト、ユーレキサイト、サッソライト、稀にコルジンスカイト（ＣａＢ２Ｏ４・Ｈ２Ｏ）、岩石片と土塊から成る。この様な鉱物から結晶が大きく水に対する溶解度が高くないコレマナイトとヒルガダイトを選別し、所定の粒度に破砕してから粒径０．６ｍｍ以下の微粉を除き、中性子遮蔽コンクリート用骨材として用いる。 The ore of the evaporite deposit, which is a boron-containing mineral used in the present embodiment, is mainly composed of colemanite, hirugadite, eulexite, sassolite, rarely cordinite (CaB2O4 · H2O), rock fragments and earth blocks. From these minerals, colemanite and hirugadite, which have large crystals and are not highly soluble in water, are selected, crushed to a predetermined particle size, and then fine particles with a particle size of 0.6 mm or less are removed and used as aggregates for neutron shielding concrete.
ところで、本実施形態で用いる含硼素鉱物鉱石の選鉱手段は、目視手選によって岩石片や土塊ならびに水に対する溶解性の大きいユーレキサイトやサッソライト及び岩石や土塊を除き、結晶が大きいコレマナイトとヒルガダイトの集塊を所定の粒度に破砕し、微粉である粒径０．６ｍｍ以下のものを除く。
簡易選鉱方法としては、含硼素鉱物鉱石の全量を破砕し、発生する１ｍｍ程度以下の粉分を除く方法がある。また、この方法で散水しながら破砕し、溶解し易い含硼素鉱物を水に溶かして除去する方法もあるが、鉱石中の含硼素鉱物の組合せが変化すること、水を使うことで硼素が溶けた水は環境管理の対象であり、夫々に対応策を考える必要が生じる。
By the way, the beneficiation means of the boron-containing mineral ore used in this embodiment is a method of visual selection of rock fragments and soil masses, excluding eulexite and sassolite and rocks and soil masses, which are highly soluble in water, and the large crystals of colemanite and hirugadite. The agglomerates are crushed to a predetermined particle size, and fine particles having a particle size of 0.6 mm or less are removed.
As a simple beneficiation method, there is a method of crushing the entire amount of boron-containing mineral ore and removing the generated powder of about 1 mm or less. There is also a method of crushing while sprinkling with this method and dissolving boron-soluble minerals, which are easily dissolved, in water and removing them. However, the combination of boron-containing minerals in the ore changes, and boron is dissolved by using water. Water is an object of environmental management, and it is necessary to consider countermeasures for each.
本実施形態による中性子遮蔽コンクリートの製造に用いる含硼素鉱物の骨材の粒度構成の１例を下記の表１と表２に示す。 Tables 1 and 2 below show examples of the particle size composition of the aggregate of boron-containing mineral used in the production of the neutron shielding concrete according to the present embodiment.
しかし、コレマナイトとヒルガダイトの集塊は表３に示すように粒度が細かくなると水に対する溶解量が大きくなる。 However, as shown in Table 3, the agglomerates of colemanite and hirugadite increase in the amount dissolved in water when the particle size becomes fine.
なお、表３における粒度（ｍｍ）の項目において、各範囲の下端の粒度、例えば２０〜５ｍｍでは５ｍｍを超えた値が下限値であり、５〜２．５ｍｍにおいては５ｍｍを上限値として含むことになる。他の粒度項目においても同様である。
表３にみるように、コレマナイトとヒルガダイトの集塊は、粒度０．６ｍｍ以下となると、１日後、４日後、７日後、１０日後と時間の経過に伴って水に対する溶解量が格段に大きくなる。したがって粒径０．６ｍｍ以下の微粉を除きたいが、機械的に粒径０．６ｍｍ以下の微粉を効率良く分離する方法がないので粒径１．２ｍｍ以下のものをふるい分けして粒径１．２ｍｍを越えたものを使う。
In addition, in the item of the particle size (mm) in Table 3, the particle size at the lower end of each range, for example, a value exceeding 5 mm is 20 to 5 mm, and a value exceeding 5 mm is included as an upper limit in 5 to 2.5 mm. become. The same applies to other granularity items.
As shown in Table 3, when the agglomerates of colemanite and hirugadite have a particle size of 0.6 mm or less, the amount dissolved in water increases remarkably with the passage of time after 1 day, 4 days, 7 days, 10 days. . Accordingly, fine powder having a particle size of 0.6 mm or less is desired to be removed, but there is no method for efficiently separating fine powder having a particle size of 0.6 mm or less. Use more than 2mm.
次に、本実施形態で用いる細骨材の粒度構成の一例を表４に示すようにした。 Next, Table 4 shows an example of the particle size configuration of the fine aggregate used in the present embodiment.
本実施形態による中性子遮蔽コンクリートでは、耐久性と強度を向上させるために、混和材を添加する。混和材として、ポゾラン効果のある玻璃質岩石粉、温度７００℃〜８００℃で焼成したカオリン鉱物、或いは焼成しないハロサイトの粉の少なくともいずれか１種以上を用いるものとする。
玻璃質岩石粉は、天然の玻璃(ガラス)を含む岩石の粉であり、玻璃質安山岩、玻璃質流紋岩、黒曜石、真珠岩、凝灰岩、火山灰の粉体を用いれば廉価であり、セメントの水和反応によって生成する遊離カルシウムやアルミニウム、水酸化カルシウム、カルシウム・アルミネート・ハイドレートと良く反応し、セメント水和生成物中で骨格となるＣ・Ｓ・Ｈ（トベルモライト・ゲルともいい、ほぼ３ＣａＯ・２ＳｉＯ２・３Ｈ２Ｏの組成を有する）を形成させ、耐久性と強度を大きくする。
In the neutron shielding concrete according to this embodiment, an admixture is added to improve durability and strength. As the admixture, at least one kind of a poultry rock powder having a pozzolanic effect, a kaolin mineral fired at a temperature of 700 ° C. to 800 ° C., or a halosite powder not fired is used.
Soil rock powder is a rock powder containing natural agate (glass), and it is inexpensive if powders of sandy andesite, sandy rhyolite, obsidian, pearlite, tuff and volcanic ash are used. C · S · H (also called tobermorite gel) that reacts well with free calcium, aluminum, calcium hydroxide, calcium aluminate and hydrate produced by hydration reaction, and forms a skeleton in cement hydration products And having a composition of approximately 3CaO.2SiO 2 .3H 2 O) to increase durability and strength.
また、温度７００℃〜８００℃で焼成したカオリン鉱物や焼成しないハロイサイト粉を混和することでも、玻璃質岩石粉と同じ効果を得ることができる。
本実施形態による中性子遮蔽コンクリートの製造方法において、混和する混和材の量は、セメント量に対して５％〜２０％である。
Moreover, the same effect as a rocky rock powder can be acquired also by mixing the kaolin mineral baked at the temperature of 700 to 800 degreeC, and the halloysite powder which is not baked.
In the method for producing neutron shielding concrete according to the present embodiment, the amount of the admixture to be mixed is 5% to 20% with respect to the cement amount.
混和材を混和する効果は、セメントの水和反応時にセメントから溶出するカルシウム(Ｃａ)やアルミニウム(Ａｌ)あるいはナトリウム(Ｎａ)やカリウム（Ｋ）を吸収し固定するためである。また、混和材がコンクリート中に溶出したカルシウムを吸収すると、水和セメントの骨格であるＣ・Ｓ・Ｈが良く形成され、コンクリートの耐久性と強度が増大する。 The effect of mixing the admixture is to absorb and fix calcium (Ca), aluminum (Al), sodium (Na) and potassium (K) eluted from the cement during the cement hydration reaction. Further, when the admixture absorbs calcium eluted in the concrete, C · S · H which is a skeleton of the hydrated cement is well formed, and the durability and strength of the concrete are increased.
以下、本発明による中性子遮蔽コンクリート及びその製造方法の実施例について説明する。
実施例で使用する固結材であるセメントは特殊なものではなく、普通ポルトランドセメントである。骨材は、選鉱して品位を上げた粗粒結晶のコレマナイトとヒルガダイトの混じった集塊であり、粒径５〜２０ｍｍの粗骨材と粒径１．２ｍｍ〜５ｍｍの細骨材を表１と表４に示す粒度分布になるように調整する。細骨材は粒径１．２ｍｍ以下の粉体が足りないためダトライトの粉鉱で補った。
なお、実施例で用いた混和剤は、山形県産の玻璃質安山岩を粒径０．１５ｍｍ以下に粉砕した岩粉であり、岩石中の玻璃の量は４０％以上である。
Hereinafter, examples of the neutron shielding concrete and the manufacturing method thereof according to the present invention will be described.
The cement that is the binder used in the examples is not special and is usually Portland cement. Aggregates are agglomerates of coarse crystals of colemanite and hirugadite that have been refined and graded. Table 1 shows coarse aggregates with a particle size of 5 to 20 mm and fine aggregates with a particle size of 1.2 to 5 mm. The particle size distribution shown in Table 4 is adjusted. The fine aggregate was supplemented with Datlite ore because it lacked powder with a particle size of 1.2 mm or less.
In addition, the admixture used in the Examples is rock powder obtained by pulverizing sandy andesite from Yamagata Prefecture to a particle size of 0.15 mm or less, and the amount of dredging in the rock is 40% or more.
次に、骨材に使用したコレマナイトとヒルガダイトが混じった集塊ならびにダトライト粉鉱の硼素品位を表５に示す。 Next, Table 5 shows the agglomerates mixed with colemanite and hirgadite used for the aggregate and the boron quality of the dartite powder ore.
実施例１として細骨材を配合しないコレマナイトとヒルガダイトの混じった集塊の粗骨材と普通ポルトランドセメントと水とを組合せて混練し、中性子遮蔽コンクリートを製造した。実施例１の中性子遮蔽コンクリートは図示しない適宜形状の型枠内に打設した。
また、実施例２として、上述したコレマナイトとヒルガダイトの混じった集塊の粗骨材と粒径１．２〜５ｍｍの細骨材、細骨材の細粒部を補うダトライト粉鉱、玻璃質安山岩粉鉱（岩粉）の混和材と、普通ポルトランドセメントと水とを混練してコンクリートを製造し、上記実施例１と同様に適宜形状の型枠内に打設した。
In Example 1, a coarse aggregate of agglomerates mixed with colemanite not containing fine aggregate and hirugadite, ordinary Portland cement, and water were kneaded in combination to produce neutron shielding concrete. The neutron shielding concrete of Example 1 was placed in an appropriately shaped mold (not shown).
Moreover, as Example 2, the coarse aggregate of the agglomerates mixed with the above-described colemanite and hirugadite, the fine aggregate having a particle size of 1.2 to 5 mm, the dartite powder ore that supplements the fine grain portion of the fine aggregate, the andesite A concrete was produced by kneading an admixture of fine ore (rock powder), ordinary Portland cement and water, and placing it in a suitably shaped mold as in Example 1 above.
コンクリート成形型枠は、直径１０ｃｍ、高さ２０ｃｍの円筒状の型枠を用い、コンクリートの打ち込み方法は、ＪＩＳＡ１１３２「コンクリートの強度試験用供試体の作り方」に従った。
このような実施例１，２によるコンクリートの配合を表６に示す。
As the concrete mold, a cylindrical mold having a diameter of 10 cm and a height of 20 cm was used, and the concrete placing method was in accordance with JIS A1132, “How to make a specimen for concrete strength test”.
Table 6 shows the composition of concrete according to Examples 1 and 2.
実施例１，２について、コンクリート打ち込み後、温度２０℃で７日間養生した。そして、型枠を外し、室内で曝露して供試体である実施例１，２の外観変化を観察した。結果を表７に示す。実施例１，２による供試体は、共に材令６ヶ月後の外観が全く変化を認められなかった。 Examples 1 and 2 were cured for 7 days at a temperature of 20 ° C. after placing the concrete. And the formwork was removed, and the external appearance change of Example 1, 2 which is a test body was observed by exposing indoors. The results are shown in Table 7. The specimens according to Examples 1 and 2 showed no change in the appearance after 6 months.
本発明は、天然のエバポライト型堆積鉱床から産する含硼素鉱物である品位の高いコレマナイトとヒルガダイトを骨材として、普通ポルトランドセメントを使用して中性子遮蔽コンクリートとして固めることができた。しかも、得られた実施例１、２は含硼素割合が高いために中性子遮蔽性が高く、材令６か月を経過しても固結状態が良好であり、ひび割れ等見えず、外観の変化は認められなかった。 In the present invention, high-quality colemanite and hirgadite, which are boron-containing minerals produced from natural evaporite-type sedimentary deposits, can be hardened as neutron shielding concrete using ordinary Portland cement as an aggregate. Moreover, since the obtained Examples 1 and 2 have a high boron-containing ratio, the neutron shielding property is high, the consolidated state is good even after 6 months of age, no cracks are visible, and the appearance changes. Was not recognized.
上述のように本実施形態による中性子遮蔽コンクリート及びその製造方法は、天然のエバポライト型堆積鉱床から産する含硼素鉱物であるコレマナイトとヒルガダイトを骨材として多く含みながらも、水に溶け易いユーレキサイトとサッソライトを除去し、更に微粉状のコレマナイトとヒルガダイトを除去したため、これらがセメントの水和反応を阻害することがなく、塊状のコレマナイトとヒルガダイトを骨材としてセメントと水で結合させて固結状態が良好で、硼素が多いため中性子遮蔽性能が高く、ひび割れ等の外観の変化が認められない耐久性と強度の高い中性子遮蔽コンクリートを得られる。 As described above, the neutron shielding concrete and the manufacturing method thereof according to the present embodiment include urexite that is easily soluble in water while containing a large amount of colemanite and hirugadite, which are boron-containing minerals produced from natural evaporite deposits, as aggregates. And sassolite were removed, and pulverized colemanite and hirugadite were removed, so that these did not hinder the hydration reaction of the cement, and the coagulated state was made by combining the aggregated colemanite and hirugadite as cement with water and cement Neutron shielding concrete with high durability and high strength that has high neutron shielding performance due to high boron and no change in appearance such as cracks.
しかも、天然のエバポライト型堆積鉱床から産する含硼素鉱物であるコレマナイトとヒルガダイトの塊に対し、水に溶解し易いユーレキサイトとサッソライトと微粉状態のコレマナイトとヒルガダイトを予め目視観察と手選、ふるいによって選別・除去することができるので、骨材をなす品位の高いコレマナイトとヒルガダイトをセメントと精度よく混練することができる。 Moreover, with respect to the mass of colemanite and hirgadite, which are boron-containing minerals produced from natural evaporite deposits, visual observation, manual selection and sieving of urexite, sassolite, finely pulverized colemanite and hirgadite are easy to dissolve in water. Therefore, high-quality colemanite and hirugadite forming aggregate can be kneaded with cement with high accuracy.
しかも目視手選によって品位の向上したコレマナイトとヒルガダイト塊を採取して破砕し、ふるいで粒径０．６ｍｍ以下のものを除いて骨材とし、更にコンクリートとして不足する粒径０．６ｍｍ以下の細粒部は、水に不溶性のダトライトの砕砂で補足することで、普通ポルトランドセメントと水を加えて混練し、型枠中に打ち込むと堅硬なコンクリートを得ることができる。
また、混和材として、ボゾラン効果のある玻璃質岩石粉や７００℃〜８００℃で焼成した焼成カオリンあるいは焼成しないハロイサイトを混和したため、コンクリートの耐久性と強度を向上することができる。
In addition, the colemanite and hirgadite blocks of improved quality are collected by visual manual selection and crushed, except for those with a particle size of 0.6 mm or less, and aggregates, and fine particles with a particle size of 0.6 mm or less that are insufficient as concrete. The grain part is supplemented with crushed sand of dartrite which is insoluble in water, and ordinary Portland cement and water are added and kneaded, and when it is driven into a mold, a hard concrete can be obtained.
Moreover, since the admixture is mixed with a rocky rock powder having a bozolan effect, calcined kaolin calcined at 700 ° C. to 800 ° C. or halloysite not calcined, the durability and strength of the concrete can be improved.
なお、本発明による中性子遮蔽コンクリートは、上述した実施形態や実施例１，２に記載されたものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形や置換等が可能である。
例えば、上述した実施例では、固結材であるセメントとして、普通ポルトランドセメントを用いたが、これに代えて、早強ポルトランドセメント等の他のポルトランドセメントやアルミナセメント等、各種のセメントを採用してもよい。
混和材としてのポゾランは、石灰等の天然ポゾランに限定されるものではなく、人工ポゾランを用いてもよい。人工ポゾランとして、高炉スラグやフライアッシュ、シリカヒューム、メタカオリン等を採用できる。
The neutron shielding concrete according to the present invention is not limited to those described in the above-described embodiment and Examples 1 and 2, and various modifications and replacements are possible without departing from the scope of the invention. .
For example, in the above-described embodiments, normal Portland cement is used as the cement as the caking agent. Instead, various cements such as other Portland cement such as early-strength Portland cement and alumina cement are used. May be.
The pozzolan as the admixture is not limited to natural pozzolan such as lime, and an artificial pozzolan may be used. Blast furnace slag, fly ash, silica fume, metakaolin, etc. can be used as artificial pozzolans.
また、上述した実施形態では、粗骨材として、エバポライト型堆積鉱床の鉱石から採取した天然のコレマナイトとヒルガダイトが結合した集塊を含んでいるが、コレマナイトとヒルガダイトのいずれか一方のみの塊であってもよい。
なお、上述した中性子遮蔽コンクリートは原子力関連施設の壁材等に好適であるが、それ以外にも医療関連施設やその他の適宜の試験施設等にも適用することができる。
また、本明細書において各種成分の含有割合の％は、特に断りのないものは重量％を示すものとする。
In the above-described embodiment, the coarse aggregate includes an agglomerate of natural colemanite and hirugadite collected from ore of the evaporite deposit, but it is only one mass of colemanite or hirugadite. May be.
The above-described neutron shielding concrete is suitable for a wall material of a nuclear facility, but can also be applied to medical facilities and other appropriate test facilities.
In the present specification, “%” of the content ratios of various components indicates “% by weight” unless otherwise specified.
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