CN112079603B - 一种大流动性防中子辐射混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大流动性防中子辐射混凝土及其制备方法，所述混凝土包括拌合水、胶凝材料、蛇纹石细骨料、蛇纹石粗骨料、聚羧酸系减水剂，所述胶凝材料包括水泥、偏高岭土、粉煤灰微珠，按照重量份计，各组分含量如下：拌合水188‑210份、水泥425‑475份、偏高岭土25份、粉煤灰微珠50份、蛇纹石细骨料670份、蛇纹石粗骨料930‑960份、聚羧酸减水剂的质量为所述胶凝材料质量的1.0％‑1.2％，制成后混凝土中结晶水的氢含量不低于烘干后混凝土质量的1.4％，强度不低于30兆帕，坍落度大于200mm。本发明的大流动性防中子辐射混凝土具有结晶水含量高、混凝土工作性能好、便于施工的特点，本发明制备的混凝土具备较高的实用性，可以大规模推广应用到核辐射屏蔽的建设中。

Description

一种大流动性防中子辐射混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于核电工程技术领域，具体涉及一种大流动性防中子辐射混凝土及其制备方法。
背景技术
屏蔽中子流，主要依靠增加材料中的轻元素(氢、硼、锂等元素)，这些元素可以有效地吸收中子辐射能量，防止二次辐射。混凝土本身就有着一定的防中子辐射能力，将其中的粗骨料换成富含有稳定结晶水的蛇纹石，使其可以用于更出色的防中子辐射能力。蛇纹石含有大约13％的结晶水，其在450摄氏度下灼烧结晶水量损失也不到0.1％，但是由于骨料的特殊性，目前蛇纹石混凝土都面临着强度低、工作状态差的问题，或者是强度高工作性能差、工作性能好强度低，二者难以调和。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种大流动性防中子辐射混凝土，本发明能够有效的屏蔽中子辐射，在长期高温下保持工作，在保障强度的同时，具有优良的工作性、易于运输、施工。此外，本发明还要提供一种大流动性防中子辐射混凝土的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的第一方面，提供一种大流动性防中子辐射混凝土，包括拌合水、胶凝材料、蛇纹石细骨料、蛇纹石粗骨料、聚羧酸系减水剂，所述胶凝材料包括水泥、偏高岭土、粉煤灰微珠，按照重量份计，各组分含量如下：拌合水188-210份、水泥425-475份、偏高岭土25份、粉煤灰微珠50份、蛇纹石细骨料670份、蛇纹石粗骨料930-960份、聚羧酸减水剂的质量为所述胶凝材料质量的1.0％-1.2％，蛇纹石粗骨料中的纤维含量小于蛇纹石粗骨料质量的0.002％，压碎指标低于8％，粒径范围为3-40mm，所述蛇纹石细骨料中无肉眼可见纤维，细度模数在2.5-2.8之间，粒径范围为0-1.25mm，蛇纹石细骨料中MgO的质量百分比小于43.6％，且MgO的质量百分比小于SiO2的质量百分比，制成后混凝土中结晶水的氢含量不低于烘干后混凝土质量的1.4％，强度不低于30兆帕，坍落度大于200mm。
作为优选的技术方案，包括以下重量份的各组分：拌合水188份、水泥475份、粉煤灰微珠50份、偏高岭土25份、细骨料670份、粗骨料930份、聚羧酸减水剂的质量为胶凝材料质量的1.2％。
作为优选的技术方案，所述水泥为P.O 42.5普通硅酸盐水泥，硅酸盐水泥中硅酸三钙的含量为55-65％，硅酸二钙的含量为15％-25％，铝酸三钙的含量为5-10％。P.O 42.5水泥可以在在保障混凝土的抗压、抗折强度的情况下，可以保障更好的和异性，便于施工，同时还能水化更多的结晶水，有利于防中子辐射。
作为优选的技术方案，所述防中子辐射混凝土的砂率大于40％。
作为优选的技术方案，所述偏高岭土的粒径小于1250目。
本发明的第二方面，提供一种大流动性防中子辐射混凝土的制备方法，用于制备权利要求1-5任一项所述的防中子辐射混凝土，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、按比重称取拌合水、水泥、偏高岭土、粉煤灰微珠、蛇纹石细骨料、蛇纹石粗骨料、聚羧酸减水剂；
步骤二、将步骤一中的各组分混合均匀后出料，即得大流动性防中子辐射混凝土。
作为优选的技术方案，所述步骤二中，先同时加入蛇纹石粗骨料、蛇纹石细骨料，加入混凝土总质量1％的拌合水预先润湿，搅拌2分钟，之后依次加入水泥、粉煤灰微珠、偏高岭土、剩余的拌合水及聚羧酸减水剂，搅拌2分钟后出料。
混凝土的和易性与蛇纹石骨料的品质有很大的关系，蛇纹石骨料一般用于化肥生产、钢铁冶炼，用作建筑的蛇纹石基本上是机制砂、机制石，且蛇纹石为多层状的高纤维石，破碎后为“瓜子片”形，对混凝土的流动性及外加剂的吸附影响很大，经过多次试验发现，大粒径砂、高石棉纤维是影响混凝土工作性的主要原因，因此，控制蛇纹石细骨料的细度模数及纤维含量至关重要。含有蛇纹石骨料的混凝土其和易性较差，屏蔽防护混凝土需要混凝土不能出现裂缝，因此需要严格控制混凝土砂率，经过试验发现，混凝土的砂率需要控制在40％以上，方能达到使用要求。
由于蛇纹石生产等多方面原因，蛇纹石粗骨料的筛余很多都集中在大粒径范围，不同产地的蛇纹石其纤维含量也不同，大量的纤维在混凝土中会产生拉扯效应，过于集中的粒径分布、过高的压碎指标的蛇纹石粗骨料也对工作性，强度产生不利影响，在实验过程中甚至有样品压碎指标超过20％，因此，控制蛇纹石粗骨料的纤维含量、控制蛇纹石的筛余分布、控制蛇纹石的压碎指标至关重要。
蛇纹石的矿物组成MgO与SiO2的质量百分比都为43.6％，但蛇纹石不可避免的会混有杂质，我国蛇纹石矿盛产水镁纤维石，夹杂在蛇纹石中，与蛇纹石矿同生共长，对材料产生很大的影响。通过仪器分析可以判断蛇纹石中MgO与SiO2的质量百分比，从而控制材料质量。
粉煤灰微珠的掺入可以使混凝土的工作性能更加优良，对于大体积浇筑，可以缓解混凝土成型时的水化热，防止开裂，且粉煤灰微珠的加入有利于水泥后期强度，根据紧密堆积理论，有利于混凝土的强度提升。
偏高岭土具有填充效应、火山灰胶凝效应；在高温环境下较为稳定，可以提升混凝土的强度。同时偏高岭土中具有较多的Al2O3，可以键合更多的稳定的结晶水，有利于防中子辐射。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明的大流动性防中子辐射混凝土具有结晶水含量高、混凝土工作性能好、便于施工的特点，本发明制备的混凝土具备较高的实用性，可以大规模推广应用到核辐射屏蔽的建设中。
(2)本发明通过控制蛇纹石骨料压碎指标及纤维含量，提高混凝土的工作性及强度，通过控制蛇纹石骨料的粒径提高混凝土的流动性，通过控制混凝土的砂率，提高混凝土的强度，避免混凝土发生开裂。
(3)本发明添加有偏高岭土，偏高岭土一方面可以替代水泥，提高混凝土的强度，另一方面可以增加结晶水的含量，提高混凝土的防中子辐射能力。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例的目的在于提供一种大流动性防中子辐射混凝土，该混凝土由拌合水、水泥、粉煤灰微珠、偏高岭土、蛇纹石细骨料、蛇纹石粗骨料及聚羧酸减水剂，上述组分按重量份计为：拌合水188-210份、水泥425-475份、偏高岭土25份、粉煤灰微珠50份、蛇纹石细骨料670份、蛇纹石粗骨料930-960份，聚羧酸减水剂的质量为述胶凝材料质量的1.0％-1.2％，胶凝材料是水泥、偏高岭土及粉煤灰微珠的总称。混凝土的砂率大于40％。
其中，水泥采用P.O 42.5普通硅酸盐水泥，硅酸盐水泥中，硅酸三钙含量为55～65％，硅酸二钙含量为15％-25％，铝酸三钙含量为5～10％。水泥使用海螺水泥生产的P.O42.5水泥。
蛇纹石粗骨料中的纤维含量小于蛇纹石粗骨料质量的0.002％，压碎指标低于8％，粒径范围为3-40mm，所述蛇纹石细骨料中无肉眼可见纤维，细度模数在2.5-2.8之间，粒径范围为0-1.25mm，蛇纹石细骨料中MgO的质量百分比小于43.6％，且MgO的质量百分比小于SiO2的质量百分比。蛇纹石粗骨料的筛余表见表1。
表1
筛孔尺寸 范围(质量百分比)
31.50 0
25.00 0-5
16 30-70
5 90-100
2.500 95-100
筛余 100
偏高岭土选用高活性偏高岭土，其粒径小于1250目。
聚羧酸减水剂选用上海建工麦斯特的803高效聚羧酸系外加剂。
本实施例的大流动性防中子辐射混凝土的制备方法如下：
步骤一、按比重称取拌合水、水泥、偏高岭土、粉煤灰微珠、蛇纹石细骨料、蛇纹石粗骨料、聚羧酸减水剂；
步骤二、先同时加入蛇纹石粗骨料、蛇纹石细骨料，加入混凝土总质量1％的拌合水预先润湿，搅拌2分钟，之后依次加入水泥、粉煤灰微珠、偏高岭土、剩余的拌合水及聚羧酸减水剂，搅拌2分钟后出料。
根据以上步骤，可以得到强度大于30兆帕、坍落度可达200mm、扩展度可达550±20mm，混凝土中结晶水的“氢”含量不低于烘干混凝土质量的1.4％的防中子辐射蛇纹石混凝土。
下面结合实施1及实施例2作进一步说明，实施例1中各组分的配比见表2，实施例1中所得混凝土的性能见表3。
表2
Figure BDA0002660604810000041
Figure BDA0002660604810000051
表3
项目 坍落度 28天抗压强度 含氢量
指标 200mm 36.6MPa 1.55％
实施例2中各组分的配比见表4，实施例2中所得混凝土的性能见表5。
表4
Figure BDA0002660604810000052
表5
项目 坍落度 28天抗压强度 含氢量
指标 210mm 35.3MPa 1.53％
实施例1与实施例2表明，通过本发明的方法得到了含氢量在1.5％以上，28天抗压强度大于30Mpa的防中子辐射蛇纹石混凝土。
尽管上述实施例已对本发明作出具体描述，但是对于本领域的普通技术人员来说，应该理解为可以在不脱离本发明的精神以及范围之内基于本发明公开的内容进行修改或改进，这些修改和改进都在本发明的精神以及范围之内。

Claims (5)

1.一种大流动性防中子辐射混凝土，其特征在于，包括拌合水、胶凝材料、蛇纹石细骨料、蛇纹石粗骨料、聚羧酸系减水剂，所述胶凝材料包括水泥、偏高岭土、粉煤灰微珠，按照重量份计，各组分含量如下：拌合水188-210份、水泥425-475份、偏高岭土25份、粉煤灰微珠50份、蛇纹石细骨料670份、蛇纹石粗骨料930-960份、聚羧酸减水剂的质量为所述胶凝材料质量的1.0％-1.2％，蛇纹石粗骨料中的纤维含量小于蛇纹石粗骨料质量的0.002％，压碎指标低于8％，粒径范围为3-40mm，所述蛇纹石细骨料中无肉眼可见纤维，细度模数在2.5-2.8之间，粒径范围为0-1.25mm，蛇纹石细骨料中MgO的质量百分比小于43.6％，且MgO的质量百分比小于SiO2的质量百分比，制成后混凝土中结晶水的氢含量不低于烘干后混凝土质量的1.4％，强度不低于30兆帕，坍落度大于200mm；所述偏高岭土的粒径小于1250目，所述防中子辐射混凝土的砂率大于40％；
所述蛇纹石粗骨料质量在筛孔孔径为2.5mm时，筛余质量百分比为95-100％，筛孔孔径为5mm时，筛余质量百分比为90-100％，筛孔孔径为16mm时，筛余质量百分比为30-70％，筛孔孔径为25mm时，筛余质量百分比为0-5％,筛孔孔径为31.5mm时，筛余质量百分比为0％。
2.如权利要求1所述的一种大流动性防中子辐射混凝土，其特征在于，包括以下重量份的各组分：拌合水188份、水泥475份、粉煤灰微珠50份、偏高岭土25份、细骨料670份、粗骨料930份、聚羧酸减水剂的质量为胶凝材料质量的1.2％。
3.如权利要求1所述的一种大流动性防中子辐射混凝土，其特征在于，所述水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥，硅酸盐水泥中硅酸三钙的含量为55-65％，硅酸二钙的含量为15％-25％，铝酸三钙的含量为5-10％。
4.一种大流动性防中子辐射混凝土的制备方法，用于制备权利要求1-3任一项所述的防中子辐射混凝土，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、按比重称取拌合水、水泥、偏高岭土、粉煤灰微珠、蛇纹石细骨料、蛇纹石粗骨料、聚羧酸减水剂；
步骤二、将步骤一中的各组分混合均匀后出料，即得大流动性防中子辐射混凝土。
5.如权利要求4所述的一种大流动性防中子辐射混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，先同时加入蛇纹石粗骨料、蛇纹石细骨料，加入混凝土总质量1％的拌合水预先润湿，搅拌2分钟，之后依次加入水泥、粉煤灰微珠、偏高岭土、剩余的拌合水及聚羧酸减水剂，搅拌2分钟后出料。
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