一种防γ射线的超高性能混凝土及其制备方法与流程

一种防
γ
射线的超高性能混凝土及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及混凝土技术领域，尤其是一种防γ射线的超高性能混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.寻找性价比优良的防辐射工程材料，一直是核电工程及国防核防护工程领域工程师的梦想。鉴于具备良好防辐射性能的材料，如铅板、钢材等，如蜡、水、铅硼聚乙烯等，要么造价昂贵，要么工程耐候性较差，要么不能定型，无法直接用于构筑工程主体结构。
3.因此，目前在核辐射防护结构，主要还是采用造价低、力学性能及耐久性能较为均衡的混凝土，与钢筋组成钢筋混凝土复合结构，辅助以吸收伽马辐射的铅板、钢板，以及吸收中子辐射的水、蜡、铅硼聚乙烯等材料作为附属结构，共同构筑立体、综合的核辐射工程防护与结构体系
4.现有技术中混凝土的制备只是通过将水泥、沙子、石子、水和减水剂混合制备而成，这样的混凝土的优点是具有较高抗压强度、取材容易、易成型、价格低廉、可与钢材结合制成各种承重构件，但是其致命弱点为抗拉强度低、脆性大、易开裂、韧性差，从而降低混凝土结构的承载能力，缩短使用寿命，而且普通钢筋混凝土结构尺寸粗大笨重、耐久性较差，一般只有30～50年，随着使用年限增加，结构病害开始出现，需要维修加固以维持使用功能；
5.其次，由于普通钢筋混凝土核辐射防护能力不足，需要增加附属防护结构，该结构采用各种防核辐射材料，由于自身强度与使用性能问题，不能作为受力的主体结构，而只能单纯作为防护层。附属结构增加了工艺流程，建设成本也势必增加。
6.目前国内外关于改进防辐射混凝土主要通过添加带有重金属元素的矿物掺和对防辐射混凝土性能改进提升；并且研究证明混凝土材料掺入mg、ti、
14
c、
55
fe和
60
co和cu均能提高混凝土防辐射能力,在实际生产中，可以使用蛇纹石、磁(赤)铁矿石、褐铁矿、氧化铁粉、重晶石、石膏粉、硼镁铁矿石、铬矿粉、方铅矿等含有重金属元素骨料来提高混凝土屏蔽γ射线和中子射线能力。
7.例如专利cn1314874a公开了一种防辐射混凝土和防辐射外壳，并具体公开如下内容：为了达到尽可能大的吸热和吸收射线的屏蔽效果，按照本发明，防辐射外壳具有一个壁面区，它由一种具有粒度达1mm的第一种含硼填料和粒度达7mm的第二种金属填料的防辐射混凝土构成。按第一种实施形式,在防辐射混凝土内，第一种含硼填料的重量百分比含量至少为5.0％，尤其是至少为7.8％。按第二种实施形式，防辐射混凝土中的第二种金属填料的重量百分比份额在80与90％之间的范围内，尤其在85与89％之间的范围内。与此同时第一种含硼填料的重量百分比份额在1.0与1.5％之间的范围内。
8.专利cn106977145b公开了一种防辐射混凝土，按重量份数计，包括有水泥340
‑
360份、矿粉110
‑
130份、粉煤灰55
‑
65份、重晶砂700
‑
740份、重晶石520
‑
540份、轻骨料425
‑
475份、纤维添加物40
‑
50份、水170
‑
180份、外加剂8
‑
9份，轻骨料为火山岩渣陶粒。
9.上述专利填料或者骨料进行防辐射，骨料对射线屏蔽作用较好，但由于骨料密度大、混凝土容重大，混凝土施工性能差，更为重要的是采用重混凝土方法制备防辐射混凝土会加大建筑物自重和对建筑物桩基础要求,还会给建筑物抗震性能带来不利影响。因此需要在使用防辐射混凝土时，考虑混凝土的综合性能,保证防辐射混凝土的最终质量。


技术实现要素：

10.针对现有技术的不足，本发明提供一种防γ射线的超高性能混凝土及其制备方法，本发明解决传统钢筋混凝土材料使用寿命较短，无法满足核工程领域一些对使用寿命有超高要求的应用工况的需求问题；本发明的防辐射超高性能混凝土材料构筑工程结构，预期使用寿命提升至100年以上。
11.本发明的技术方案为：一种防γ射线的超高性能混凝土，所述的混凝土包括以下质量百分比的组分：
12.p.o52.5r普通硅酸盐水泥30
‑
50％；
13.硫酸钡水泥5
‑
20％；
14.硅灰7
‑
10％；
15.石英砂20
‑
27％；
16.钢纤维6
‑
7％；
17.减水剂1.5
‑
2％；
18.其余为水。
19.作为优选的，所述的混凝土包括以下质量百分比的组分：
20.p.o52.5r普通硅酸盐水泥35％；
21.硫酸钡水泥17.3％；
22.硅灰8.2％；
23.石英砂23.5％；
24.钢纤维6.5％；
25.减水剂1.9％；
26.其余为水。
27.作为优选的，所述的混凝土包括以下质量百分比的组分：p.o52.5r普通硅酸盐水泥46.3％；
28.硫酸钡水泥6.3％；
29.硅灰7.5％；
30.石英砂25％；
31.钢纤维6.6％；
32.减水剂2％；
33.其余为水。
34.作为优选的，所述的混凝土包括以下质量百分比的组分：p.o52.5r普通硅酸盐水泥39.3％；
35.硫酸钡水泥13％；
36.硅灰8.3％；
37.石英砂24％；
38.钢纤维6.6％；
39.减水剂1.9％；
40.其余为水。
41.作为优选的，所述的混凝土包括以下质量百分比的组分：q.o52.5r普通硅酸盐水泥40.7％；
42.硫酸钡水泥11.8％；
43.硅灰7.5％；
44.石英砂25.3％；
45.钢纤维6.6％；
46.减水剂2％；
47.其余为水。
48.作为优选的，所述的减水剂为西卡uhpc专用聚羧酸减水剂
49.本发明还提供一种防γ射线的超高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：
50.s1)、将水泥、硅灰、石英砂、硫酸钡水泥先混合干搅至混合均匀，搅拌时间为3
‑
4分钟；
51.s2)、冰、减水剂分两次添加，第一次添加百分之七十，第二次添加百分之三十，直到料达到流化状态，搅拌时间约为15
‑
17分钟；
52.s3)、待料流化后，开始添加钢纤维，然后投入振动筛中进行筛分投料，整个钢纤维投料时间为6
‑
8分钟；
53.s4)、钢纤维投料完毕后，再继续搅拌两至三分钟即可出料。
54.本发明的有益效果为：
55.1、本发明的混凝土具有超高强度、超高使用寿命、高断裂韧性、防γ射线辐射等特点；可以大幅提高核工程结构的核辐射防护能力、安全储备与使用寿命，降低结构厚度与施工难度，减少附属措施，相比传统普通钢筋混凝土与防辐射材料组成的复合结构，预期建设成本可以大幅降低；
56.2、本发明解决传统材料工程体系建筑主体结构与核辐射防护结构不能统一，只能复合的问题，提供了一种既能用于构筑主体结构、又能用作核辐射防护结构的基础工程材料。
具体实施方式
57.下面对本发明的具体实施方式作进一步说明：
58.实施例1
59.本实施例提供一种防γ射线的超高性能混凝土，所述的混凝土包括以下质量百分比的组分：
60.p.o52.5r普通硅酸盐水泥880kg；
61.硫酸钡水泥425kg；
62.硅灰200kg；
63.石英砂575kg；
64.钢纤维158kg；
65.减水剂47kg；
66.水160kg；
67.所得到的样品编号rruhpc
‑
1。
68.实施例2
69.p.o52.5r普通硅酸盐水泥1110kg；
70.硫酸钡水泥150kg；
71.硅灰180kg；
72.石英砂600kg；
73.钢纤维158kg；
74.减水剂47kg；
75.水155kg；
76.所得到的样品编号rruhpc
‑
2。
77.实施例3
78.p.o52.5r普通硅酸盐水泥1063kg；
79.硫酸钡水泥212kg；
80.硅灰200kg；
81.石英砂575kg；
82.钢纤维158kg；
83.减水剂50kg；
84.水140kg；
85.所得到的样品编号rruhpc
‑
3。
86.实施例4
87.p.o52.5r普通硅酸盐水泥1020kg；硫酸钡水泥255kg；
88.硅灰200kg；
89.石英砂575kg；
90.钢纤维158kg；
91.减水剂47kg；
92.水155kg；
93.所得到的样品编号rruhpc
‑
4。
94.实施例5
95.p.o52.5r普通硅酸盐水泥981kg；硫酸钡水泥264kg；
96.硅灰180kg；
97.石英砂610kg；
98.钢纤维158kg；
99.减水剂47kg；
100.水150kg；
101.所得到的样品编号rruhpc
‑
5。
102.实施例6
103.p.o52.5r普通硅酸盐水泥944kg；
104.硫酸钡水泥311kg；
105.硅灰220kg；
106.石英砂575kg；
107.钢纤维158kg；
108.减水剂45kg；
109.水150kg；
110.所得到的样品编号rruhpc
‑
6。
111.实施例7
112.性能测试
113.利用防辐射uhpc力学对实施例1
‑
6的样品进行测试，测试结构如表1所示，其中，现有技术中，普通混凝土抗压强度30mpa～60mpa，抗折强度2～5mpa：
114.表1防辐射uhpc力学试验结果
[0115][0116]
利用防辐射uhpc防γ射线辐射对实施例1的样品进行测试，测试结果如
[0117]
表2所示：
[0118]
材料厚度屏蔽率(η)5cm49.3％10cm74.9％5cm 10cm86.9％
[0119]
其中，普通混凝土防辐射性能：10cm屏蔽率50％，20cm屏蔽率75％，30cm屏蔽率87.5％。
[0120]
上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。