CN115124301A - 一种低收缩高抗冲磨的防辐射超高性能混凝土 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低收缩高抗冲磨的防辐射超高性能混凝土，包括650‑750kg/m3的水泥、130‑180kg/m3的粉煤灰微珠、120‑170kg/m3的硅灰、60‑120kg/m3的重晶石粉、700‑1100kg/m3的人工防辐射集料、250‑700kg/m3的重晶石砂、100‑200kg/m3的镀铜钢纤维、20‑40kg/m3的聚合物纤维、21‑30.5kg/m3的减水剂、50‑100kg/m3的膨胀剂和水。本发明利用人工防辐射集料表观密度相对较低的优势，减缓重骨料在水泥浆体中的下沉趋势，改善界面过渡区结构，增加超高性能混凝土密实性和整体性，提高了混凝土的力学性能、防辐射性能和耐久性能。

Description

一种低收缩高抗冲磨的防辐射超高性能混凝土
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种低收缩高抗冲磨的防辐射超高性能混凝土。
背景技术
随着我国核技术的迅猛发展，核辐射带来的危害越来越大，因此对防辐射混凝土性能的要求也越来越高，且随着科技的发展，防辐射性、高性能混凝土的研究逐渐发展起来，而超高性能混凝土由于其超高的耐久性和超高的力学性能在各个领域都有较好的应用前景，因此防辐射超高性能混凝土的研究是必不可少的。
在防辐射混凝土设计中，一些表观密度较大的天然矿石重晶石、蛇纹石、磁铁矿等，由于具有较大的原子序数以及较高的表观密度，能够有效的阻挡射线的穿透，被国内外学者普遍用来作为混凝土骨料。而上述天然矿石集料表观密度(3.0～5.0×103kg/m3)与混凝土其它组分(2.6～3.0×103kg/m3)相比相差较大，表观密度较高的集料存在较强的下沉趋势，在混凝土浇筑振捣过程中，将导致水泥浆体和集料严重分层，使得混凝土工作性能、力学性能、防辐射性能都在一定程度上下降。且上述天然矿石属于不可再生资源，应该寻求其替代品作为防辐射骨料。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种低收缩高抗冲磨的防辐射超高性能混凝土，从而提高防辐射混凝土的力学性能、耐久性能，并保证其具有优良的防辐射性能。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种低收缩高抗冲磨的防辐射超高性能混凝土，包括以下成分：650-750kg/m3的水泥、130-180kg/m3的粉煤灰微珠、120-170kg/m3的硅灰、60-120kg/m3的重晶石粉、700-1100kg/m3的人工防辐射集料、250-700kg/m3的重晶石砂、100-200kg/m3的镀铜钢纤维、20-40kg/m3的聚合物纤维、21-30.5kg/m3的减水剂、50-100kg/m3的膨胀剂和170～200kg/m3的水。
所述水泥为P·O42.5或P·O52.5硅酸盐水泥。
进一步的，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％。
进一步的，所述硅灰的SiO2质量含量≥95％，比表面积≥15500m2/kg，28d活性指数≥100％。
进一步的，所述重晶石粉表观密度为4300kg/m3。
进一步的，所述人工防辐射集料为核壳结构，细度模数为2.5～3.2，压碎值为≤20％，表观密度为2800～3300kg/m3，孔隙率15～20％，饱和面干吸水率6.0～9.0％。
进一步的，所述的人工防辐射集料是由主料和辅料混合均匀后在高温炉中进行预热及阶梯式锻烧，然后锻烧完毕后随炉空冷得到；各原料所占质量份数为主料50份、辅料1～5份；所述的主料为城市淤泥、污泥或工业废弃物中的一种；所述的辅料为高岭土或黏土中的一种。
进一步的，所述锻烧制度为，预热温度为200℃，预热时间为15min，阶段式煅烧制度为由200℃加热至450℃并保温20～40min，然后在650℃保温20～45min，最后在1050℃～1150℃保温45min，其中各阶段的升温速率不得高于10℃。
进一步的，所述重晶石砂细度模数为2.1～2.7，表观密度为4300kg/m3。
进一步的，所述镀铜钢纤维的公称长度为10～16mm，当量直径0.18～0.35mm，断裂强度≥3000MPa，弹性模量200～220GPa。
进一步的，所述聚合物纤维为聚丙烯纤维和PVA纤维中一种或者两种。
进一步的，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂，固含量为49～51％，减水率为26～29％。
进一步的，所述膨胀剂为HME型膨胀剂。
本发明的有益效果为：
1、采用人工防辐射集料部分取代重骨料制备低收缩高抗冲击防辐射超高性能混凝土，利用其内养护功能同时结合膨胀剂可在一定程度解决目前超高性能混凝土收缩大的问题，利用人工防辐射集料表观密度相对较低的优势，减缓重骨料在水泥浆体中的下沉趋势，改善界面过渡区结构，可进一步增加超高性能混凝土密实性和整体性，提高了防辐射混凝土的力学性能、防辐射性能和耐久性能。此外，可有效解决防辐射混凝土常用集料——天然矿石资源匮乏等问题，且实现含重金属的城市淤泥、污泥和工业废弃物的有效利用，符合可持续发展理念。
2、众所周知，防辐射混凝土的屏蔽性能主要与混凝土的表观密度和重原子有关，而采用表观密度较低的人工防辐射集料完全取代重骨料制备防辐射混凝土，虽然存在重元素，但是会使得混凝土表观密度相对较低，因此本发明采用人工防辐射集料部分取代重骨料的方法，同时使用部分重晶石粉替代胶凝材料，从而保证混凝土的表观密度处于较高的水平，且进一步减少水泥水化放热量，使得混凝土在具有良好的屏蔽性能的同时，力学性能和耐久性能也较好。
3、本发明采用的混掺纤维(钢纤维+PVA纤维或钢纤维+聚丙烯纤维)，可使得纤维在混凝土中形成三维乱向分布，从而限制裂缝的发展，提高混凝土密实度，提高混凝土力学性能、耐久性能和屏蔽性能，同时聚合物纤维的掺入，使得混凝土中H原子大幅度增多，对于中子的屏蔽效果也较好。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1～3
一种环保型人工防辐射集料，其制备方法包括如下步骤：先按表1所述配比称取各原料，将主料和辅料混合均匀，于高温炉中进行阶段式煅烧，煅烧制度见表1，煅烧完毕后随炉空冷即得人工防辐射集料，测得其物理性能见表2。
表1实施例1～3中人工防辐射骨料的原料配比及煅烧制度
Figure BDA0003665007990000051
表2实施例1～3中人工防辐射骨料的物理性能指标
Figure BDA0003665007990000052
表2表明：实施例1～3得到的人工防辐射骨料的压碎值≤20％，吸水率为6％～9％，表观密度为2800～3300kg/m3，孔隙率为15％～20％，物理性能优异。
实施例4～12
以下实施例中，提供了一种基于低收缩高抗冲磨的防辐射超高性能混凝土，各组分及含量为：水泥：650-750kg/m3，粉煤灰微珠：130-180kg/m3，硅灰：120-170kg/m3，重晶石粉：60-120kg/m3，人工防辐射集料：700-1100kg/m3，重晶石砂：250-700kg/m3，镀铜钢纤维：100-200kg/m3，聚合物纤维：20-40kg/m3，减水剂：21-30.5kg/m3，膨胀剂：50-100kg/m3，水：170～200kg/m3。其中水泥采用华新P·O52.5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％；粉煤灰微珠由京诚嘉德(北京)商贸有限公司提供，烧失量3.5％，需水量比88％，球形颗粒体积率97％；重晶石粉表观密度为4300kg/m3；人工防辐射集料为核壳结构，细度模数2.5～3.2，压碎值为≤20％，表观密度2800～3300kg/m3，孔隙率15～20％，饱和面干吸水率6.0～9.0％；重晶石砂细度模数为2.1-2.7，表观密度为4300kg/m3；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；聚合物纤维为聚丙烯纤维和PVA纤维中一种或者两种；减水剂为聚羧酸高效减水剂，固含量为49～51％，减水率为26～29％；膨胀剂为HME型膨胀剂；水为普通自来水。
一种低收缩高抗冲磨的防辐射超高性能混凝土，其制备方法包括如下步骤：
A、按表3所述配比称取各原料；
B、先将称取的人工防辐射集料放入水中浸泡1d至饱水状态得预湿人工防辐射集料，将预湿人工防辐射集料、重晶石砂、水泥、硅灰、粉煤灰微珠、重晶石粉和膨胀剂加入混凝土搅拌机预拌，随后倒入水和聚羧酸高效减水剂搅拌，再均匀加入镀铜钢纤维和聚合物纤维继续搅拌；最后进行装模、振捣、成型后，表面覆盖不透水的薄膜，1d后拆模进行养护至设定龄期，即得所述低收缩高抗冲磨的防辐射超高性能混凝土。各实施例所得低收缩高抗冲磨的防辐射超高性能混凝土的性能测试结果见表4和表5。
表3实施例4～12所述人工防辐射集料防辐射UHPC的配合比(kg/m3)
Figure BDA0003665007990000071
表4实施例4～12所述人工防辐射集料防辐射UHPC性能的测试结果
Figure BDA0003665007990000072
表5实施例4～12所述人工防辐射集料防辐射UHPC防辐射性能测试结果
Figure BDA0003665007990000081
上述结果表明，本发明所得低收缩高抗冲磨的防辐射超高性能混凝土各项物理力学性能、工作性能良好，具有高强、低收缩、高抗冲击、高耐久性能、高屏蔽性能等优点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (10)

1.一种低收缩高抗冲磨的防辐射超高性能混凝土，其特征在于，包括以下成分：650-750kg/m3的水泥、130-180kg/m3的粉煤灰微珠、120-170kg/m3的硅灰、60-120kg/m3的重晶石粉、700-1100kg/m3的人工防辐射集料、250-700kg/m3的重晶石砂、100-200kg/m3的镀铜钢纤维、20-40kg/m3的聚合物纤维、21-30.5kg/m3的减水剂、50-100kg/m3的膨胀剂和170～200kg/m3的水。
2.根据权利要求1所述的低收缩高抗冲磨的防辐射超高性能混凝土，其特征在于，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％。
3.根据权利要求1所述的低收缩高抗冲磨的防辐射超高性能混凝土，其特征在于，所述硅灰的SiO2质量含量≥95％，比表面积≥15500m2/kg，28d活性指数≥100％。
4.根据权利要求1的低收缩高抗冲磨的防辐射超高性能混凝土,其特征在于，所述人工防辐射集料为核壳结构，细度模数为2.5～3.2，压碎值为≤20％，表观密度为2800～3300kg/m3，孔隙率15～20％，饱和面干吸水率6.0～9.0％。
5.根据权利要求4所述的低收缩高抗冲磨的防辐射超高性能混凝土，其特征在于，所述的人工防辐射集料是由主料和辅料混合均匀后在高温炉中进行预热及阶梯式锻烧，然后锻烧完毕后随炉空冷得到；各原料所占质量份数为主料50份、辅料1～5份；所述的主料为城市淤泥、污泥或工业废弃物中的一种；所述的辅料为高岭土或黏土中的一种。
6.根据权利要求5所述的低收缩高抗冲磨的防辐射超高性能混凝土，其特征在于，所述锻烧制度为，预热温度为200℃，预热时间为15min，阶段式煅烧制度为由200℃加热至450℃并保温20～40min，然后在650℃保温20～45min，最后在1050℃～1150℃保温45min，其中各阶段的升温速率不得高于10℃。
7.根据权利要求1所述的低收缩高抗冲磨的防辐射超高性能混凝土，其特征在于，所述重晶石砂细度模数为2.1～2.7，表观密度为4300kg/m3。
8.根据权利要求1所述的低收缩高抗冲磨的防辐射超高性能混凝土，其特征在于，所述聚合物纤维为聚丙烯纤维和PVA纤维中一种或者两种。
9.根据权利要求1所述的低收缩高抗冲磨的防辐射超高性能混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂，固含量为49～51％，减水率为26～29％。
10.根据权利要求1所述的低收缩高抗冲磨的防辐射超高性能混凝土，其特征在于，所述膨胀剂为HME型膨胀剂。
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