CN113121171A - 防辐射自密实混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防辐射自密实混凝土及其制备方法，组分包括防辐射水泥、掺合料、铁尾矿砂、重晶石碎石、高效减水剂、流变剂、稳定剂和水，防辐射水泥为钡水泥和锶水泥中的一种，掺合料为含硼矿石和含锂矿石的混合物，各组分的配比为防辐射水泥440～480kg/m3、掺合料220～260kg/m3、铁尾矿砂1020～1060kg/m3、重晶石碎石2250～2290kg/m3、高效减水剂10～14kg/m3、流变剂4～8kg/m3、稳定剂1～4kg/m3、水灰比控制范围0.36～0.40。本发明在实现混凝土的高流动、抗离析、自密实的同时，能够保证混凝土的辐射防护性能及力学强度，而且环境友好，成本低。
Description
技术领域
本发明属于混凝土建筑材料技术领域，具体涉及一种防辐射自密实混凝土及其制备方法。
背景技术
核技术利用的第一准则是安全和辐射防护，随着核电、科研、医疗和军事等领域的迅速发展，核技术应用对于防辐射材料尤其是防辐射混凝土的需求量将大大增加。
目前的防辐射混凝土存在流动性差、易泌水、离析等工作性问题，而且由于防辐射混凝土的骨料密度大，不能实现自流平和自密实，在施工振捣过程中，混凝土易分层，导致内部结构不均匀，硬化后强度低、防辐射性能下降等问题。
中国专利CN201711164900.X公开了一种高强度防辐射可泵送混凝土及其制备方法，其未达到自密实混凝土的工作性要求，防辐射性也单一，不能有效慢化中子流；中国专利CN201911356309.3公开了一种高H元素含量防辐射混凝土及其制备方法，其未达到自密实混凝土的工作性要求，防辐射性单一，仅能慢化中子流，对其他射线的屏蔽效果较差；中国专利CN201710642862.8公开了一种防辐射混凝土及其制备方法，其未达到自密实混凝土的工作性要求，需要振捣成型。
由上可知，现有的防辐射混凝土不能同时满足防辐射自密实混凝土的高流动性、高抗离析性及良好防辐射性能要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种防辐射自密实混凝土及其制备方法，本发明在实现混凝土的高流动、抗离析、自密实的同时，能够保证混凝土的辐射防护性能及力学强度，而且环境友好，成本低。
本发明所采用的技术方案是：
一种防辐射自密实混凝土，组分包括防辐射水泥、掺合料、铁尾矿砂、重晶石碎石、高效减水剂、流变剂、稳定剂和水，防辐射水泥为钡水泥和锶水泥中的一种，掺合料为含硼矿石和含锂矿石的混合物，各组分的配比为防辐射水泥440～480kg/m3、掺合料220～260kg/m3、铁尾矿砂1020～1060kg/m3、重晶石碎石2250～2290kg/m3、高效减水剂10～14kg/m3、流变剂4～8kg/m3、稳定剂1～4kg/m3、水灰比控制范围0.36～0.40。
优选地，掺合料为含硼矿石和含锂矿石按照1∶1的比例经粉磨得到的比表面积不低于450m2/kg的混合物。
优选地，含硼矿石为硼镁石、硅钙硼石、白硼钙石和电气石中的一种；含锂矿石为锂辉石、锂云母和磷锂铝石中的一种。
优选地，铁尾矿砂的细度模数为2.6，含粉量不大于3％。
优选地，重晶石碎石硫酸钡含量不低于80％，粒径5～10mm连续级配重晶石碎石。
优选地，高效减水剂为聚羧酸高效减水剂。
优选地，流变剂为硬脂酸钾、硬质酸钠中的一种或两种以上任意比例的混合物。
优选地，稳定剂为甲基纤维素醚、羟乙基甲基纤维素醚、羟丙基甲基纤维素醚中的一种或两种以上任意比例的混合物。
上述任意一种防辐射自密实混凝土的制备方法，先按配比依次将重晶石碎石、铁尾矿砂、防辐射水泥、掺合料加入搅拌机中，干拌1～2min，混合均匀；然后按配比依次加入流变剂和稳定剂，干拌2～3min，充分混合；最后按配比加入高效减水剂和水，拌合3～4min，即制备完成。
本发明的有益效果是：
本发明能够实现混凝土的高流动、抗离析、自密实——通过优化混凝土***的颗粒级配，使混凝土近似为连续体，在不加水的干料条件下，就具备一定流动性；采用防辐射水泥(钡水泥和锶水泥中的一种)作为胶凝材料，铁尾矿砂作为细骨料，颗粒较小的重晶石碎石，降低粉料和骨料的密度差值，减小了浆体中骨料的沉降；通过高效减水剂和流变剂的高分散和表面改性作用，大幅提高防辐射混凝土的流动性，无需振捣，可以仅在自重的作用下通过钢筋间隙充满模板；在稳定剂的作用下，根据实际需要，调控混凝土拌合物的稠度和粘度，保证在高流动性的同时，具有高保水、抗离析的性能，即使混凝土中存在密度大的骨料，也能保证混凝土***的均质性。即，本发明提供的防辐射自密实混凝土干料颗粒级配充分优化，具有连续性流体的特征，流变剂的润滑作用和稳定剂的保水增稠调粘效果使混凝土具有优异的工作性，在保持大流动性的条件下，不分层、不离析，钢筋间隙通过性良好，保证高表观密度的自密实混凝土在不受任何外力的振捣作用下，充填于形状复杂的模板中，充盈度好，实现自流平自密实。
本发明能够保证混凝土的辐射防护性能及力学强度——通过含有重金属的胶凝材料(防辐射水泥，钡水泥和锶水泥中的一种)和粗骨料(掺合料，含硼矿石和含锂矿石的混合物)，有效屏蔽各种射线的辐射作用，通过掺入含硼的矿物掺合料，其中的硼元素能够吸收大量的慢速中子，是对中子具备良好的吸收和屏蔽作用的元素，是重要的中子射线吸收剂，进而实现对中子射线的有效屏蔽；通过高掺量的矿物掺合料，提供了大量的无定形活性锂盐、二氧化硅和三氧化二铝，与水泥水化产物发生二次水化反应，提高了混凝土的强度和耐久性；采用铁尾矿砂作为细骨料，重质的细骨料亦具有屏蔽射线作用。即，本发明提供的防辐射自密实混凝土含有钡、锶、铁、锂、硼等具有良好辐射防护功能的屏蔽元素，不仅能有效屏蔽核技术应用过程中产生的各种射线，而且能有效慢化中子，实现多元屏蔽，减少辐射危害，具有优良的防辐射性能。
本发明利用工业固废替代部分骨料，环境友好，成本低——采用铁尾矿砂作为细骨料，消纳了工业固体废弃物，节约了天然矿产资源。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
以下实施例中，如无特殊说明，采用的试剂为市售工业产品或化学试剂。
以下实施例中，使用的原料：防辐射水泥为钡水泥或锶水泥；掺合料为硼镁石、硅钙硼石、白硼钙石和电气石中的一种和锂辉石、锂云母和磷锂铝石中的一种按照1∶1的比例经粉磨得到的比表面积不低于450m2/kg的混合物；铁尾矿砂的细度模数为2.6，含粉量2.4％，压碎指标16％，表观密度2905kg/m3；重晶石碎石为5～10mm连续级配重晶石碎石，硫酸钡含量82.2％，压碎值6.3％，表观密度4221kg/m3；高效减水剂为聚羧酸系高效减水剂，固含量25％，减水率26％；流变剂为硬脂酸钾、硬脂酸钠中的一种或两种以任意比例的混合物；稳定剂为甲基纤维素醚、羟乙基甲基纤维素醚、羟丙基甲基纤维素醚中的一种或两种及以上按任意比例的混合物。
以下实施例中，防辐射自密实混凝土的制备方法：按照配比依次将重晶石碎石、铁尾矿砂、防辐射水泥、掺合料加入搅拌机中，干拌1～2min，混合均匀；然后依次按照配比加入流变剂和稳定剂，干拌2～3min，充分混合；最后按照配比加入高效减水剂和水，拌合3～4min，即可进行防辐射自密实混凝土的浇筑施工。
实施例一
防辐射自密实混凝土配合比见表1。
表1实施例一防辐射自密实混凝土配合比(kg/m3)
其中，防辐射水泥为锶水泥；掺合料为硼镁石和锂辉石按照1∶1的比例经粉磨得到的比表面积为462m2/kg的混合物；流变剂为硬脂酸钾；稳定剂为甲基纤维素醚。
实施例二
防辐射自密实混凝土配合比见表2。
表2实施例二防辐射自密实混凝土配合比(kg/m3)
其中，防辐射水泥为锶水泥；掺合料为硅钙硼石和锂云母按照1∶1的比例经粉磨得到的比表面积为466m2/kg的混合物；流变剂为硬脂酸钾；稳定剂为羟乙基甲基纤维素醚。
实施例三
防辐射自密实混凝土配合比见表3。
表3实施例三防辐射自密实混凝土配合比(kg/m3)
其中，防辐射水泥为钡水泥；掺合料为白硼钙石和磷锂铝石按照1∶1的比例经粉磨得到的比表面积为459m2/kg的混合物；流变剂为硬脂酸钠；稳定剂为羟丙基甲基纤维素醚。
实施例四
防辐射自密实混凝土配合比见表4。
表4实施例四防辐射自密实混凝土配合比(kg/m3)
其中，防辐射水泥为钡水泥；掺合料为电气石和锂辉石按照1∶1的比例经粉磨得到的比表面积为456m2/kg的混合物；流变剂为硬脂酸钠和硬脂酸钾质量比为1∶3的混合物；稳定剂为甲基纤维素醚和羟丙基甲基纤维素醚质量比为2∶3的混合物。
实施例五
防辐射自密实混凝土配合比见表5。
表5实施例五防辐射自密实混凝土配合比(kg/m3)
其中，防辐射水泥为钡水泥；掺合料为硅钙硼石和锂辉石按照1∶1的比例经粉磨得到的比表面积为463m2/kg的混合物；流变剂为硬脂酸钠和硬脂酸钾质量比为2∶5的混合物；稳定剂为甲基纤维素醚、羟乙基甲基纤维素醚和羟丙基甲基纤维素醚质量比为1∶3∶4的混合物。
对实施例一至五提供的防辐射自密实混凝土进行工作性和力学强度测试，具体性能测试方法参照标准JGJ/T 283-2012《自密实混凝土应用技术规程》和GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》；防辐射性能测试分别采用137Cs源(照射能量4MeV)和252Cf中子源(照射能量14.5MeV)对混凝土试块进行照射实验，测定线性衰减系数。防辐射自密实混凝土性能测试结果见表6。
表6实施例一至五提供的防辐射自密实混凝土性能测试结果
上述结果表明：实施例一至五所得防辐射自密实混凝土满足重质自密实混凝土的工作性要求，具有良好的抗离析和钢筋间隙通过性，并具有良好的防辐射性能，力学强度较高，适合推广应用于有辐射防护要求的建筑领域中。
综上所述：
本发明能够实现混凝土的高流动、抗离析、自密实——通过优化混凝土***的颗粒级配，使混凝土近似为连续体，在不加水的干料条件下，就具备一定流动性；采用防辐射水泥(钡水泥和锶水泥中的一种)作为胶凝材料，铁尾矿砂作为细骨料，颗粒较小的重晶石碎石，降低粉料和骨料的密度差值，减小了浆体中骨料的沉降；通过高效减水剂和流变剂的高分散和表面改性作用，大幅提高防辐射混凝土的流动性，无需振捣，可以仅在自重的作用下通过钢筋间隙充满模板；在稳定剂的作用下，根据实际需要，调控混凝土拌合物的稠度和粘度，保证在高流动性的同时，具有高保水、抗离析的性能，即使混凝土中存在密度大的骨料，也能保证混凝土***的均质性。即，本发明提供的防辐射自密实混凝土干料颗粒级配充分优化，具有连续性流体的特征，流变剂的润滑作用和稳定剂的保水增稠调粘效果使混凝土具有优异的工作性，在保持大流动性的条件下，不分层、不离析，钢筋间隙通过性良好，保证高表观密度的自密实混凝土在不受任何外力的振捣作用下，充填于形状复杂的模板中，充盈度好，实现自流平自密实。
本发明能够保证混凝土的辐射防护性能及力学强度——通过含有重金属的胶凝材料(防辐射水泥，钡水泥和锶水泥中的一种)和粗骨料(掺合料，含硼矿石和含锂矿石的混合物)，有效屏蔽各种射线的辐射作用，通过掺入含硼的矿物掺合料，其中的硼元素能够吸收大量的慢速中子，是对中子具备良好的吸收和屏蔽作用的元素，是重要的中子射线吸收剂，进而实现对中子射线的有效屏蔽；通过高掺量的矿物掺合料，提供了大量的无定形活性锂盐、二氧化硅和三氧化二铝，与水泥水化产物发生二次水化反应，提高了混凝土的强度和耐久性；采用铁尾矿砂作为细骨料，重质的细骨料亦具有屏蔽射线作用。即，本发明提供的防辐射自密实混凝土含有钡、锶、铁、锂、硼等具有良好辐射防护功能的屏蔽元素，不仅能有效屏蔽核技术应用过程中产生的各种射线，而且能有效慢化中子，实现多元屏蔽，减少辐射危害，具有优良的防辐射性能。
本发明利用工业固废替代部分骨料，环境友好，成本低——采用铁尾矿砂作为细骨料，消纳了工业固体废弃物，节约了天然矿产资源。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种防辐射自密实混凝土，其特征在于：组分包括防辐射水泥、掺合料、铁尾矿砂、重晶石碎石、高效减水剂、流变剂、稳定剂和水，防辐射水泥为钡水泥和锶水泥中的一种，掺合料为含硼矿石和含锂矿石的混合物，各组分的配比为防辐射水泥440～480kg/m3、掺合料220～260kg/m3、铁尾矿砂1020～1060kg/m3、重晶石碎石2250～2290kg/m3、高效减水剂10～14kg/m3、流变剂4～8kg/m3、稳定剂1～4kg/m3、水灰比控制范围0.36～0.40。
2.如权利要求1所述的防辐射自密实混凝土，其特征在于：掺合料为含硼矿石和含锂矿石按照1∶1的比例经粉磨得到的比表面积不低于450m2/kg的混合物。
3.如权利要求1所述的防辐射自密实混凝土，其特征在于：含硼矿石为硼镁石、硅钙硼石、白硼钙石和电气石中的一种；含锂矿石为锂辉石、锂云母和磷锂铝石中的一种。
4.如权利要求1所述的防辐射自密实混凝土，其特征在于：铁尾矿砂的细度模数为2.6，含粉量不大于3％。
5.如权利要求1所述的防辐射自密实混凝土，其特征在于：重晶石碎石硫酸钡含量不低于80％，粒径5～10mm连续级配重晶石碎石。
6.如权利要求1所述的防辐射自密实混凝土，其特征在于：高效减水剂为聚羧酸高效减水剂。
7.如权利要求1所述的防辐射自密实混凝土，其特征在于：流变剂为硬脂酸钾、硬质酸钠中的一种或两种以上任意比例的混合物。
8.如权利要求1所述的防辐射自密实混凝土，其特征在于：稳定剂为甲基纤维素醚、羟乙基甲基纤维素醚、羟丙基甲基纤维素醚中的一种或两种以上任意比例的混合物。
9.如权利要求1至8任一所述的防辐射自密实混凝土的制备方法，其特征在于：先按配比依次将重晶石碎石、铁尾矿砂、防辐射水泥、掺合料加入搅拌机中，干拌1～2min，混合均匀；然后按配比依次加入流变剂和稳定剂，干拌2～3min，充分混合；最后按配比加入高效减水剂和水，拌合3～4min，即制备完成。
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