一种铁矿石防辐射混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及核电工程技术领域，特别是涉及一种铁矿石防辐射混凝土及其制备方法。

背景技术

混凝土是目前应用最为广泛、经济的辐射防护材料，其屏蔽效果主要取决于自身表观密度、以及氢、硼、锂等轻元素含量。铁矿石容重高，常作为骨料用于防辐射混凝土，能够有效屏蔽X、γ射线，但防中子射线能力较差，易离析，混凝土施工性能差。另外，大体积防辐射工程中水泥水化放热大，易开裂，耐久性差，从而导致辐射屏蔽效果显著降低。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种铁矿石防辐射混凝土，能够有效屏蔽X、γ、中子射线等多种辐射，保证强度的同时具有良好的工作性能，水化放热低，可大规模应用于大体积防辐射工程建设。同时，本发明还将提供一种铁矿石防辐射混凝土的制备方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种铁矿石防辐射混凝土，按照重量份计，包括以下各组分：铁矿石粗骨料1400-1800份、铁矿石细骨料1000-1400份、高硼玻璃粉240-400份、水泥260-350份、粉煤灰60-100份、钢渣微粉40-70份、水160-200份、减水剂5.0-8.0份、纤维6.0-9.0份；所述高硼玻璃粉的粒径小于150μm，二氧化硅含量为36-39％，氧化硼含量为29-30％，表观密度为2158kg/m

作为优选的技术方案，按照重量份计，包括以下各组分：铁矿石粗骨料1500份、铁矿石细骨料1140份、高硼玻璃粉360份、水泥300份、粉煤灰90份钢渣微粉、60份、水190份、减水剂6.75份、纤维7.5份。

作为优选的技术方案，所述粗骨料为2.5-25mm的铁矿石，表观密度4500kg/m

作为优选的技术方案，所述细骨料为0-5mm的铁矿砂，细度模数2.6-3.0，表观密度5660kg/m

作为优选的技术方案，所述水泥为P.O 42.5水泥。

作为优选的技术方案，所述钢渣微粉粒径40-80um，表观密度3340kg/m

作为优选的技术方案，所述纤维为聚丙烯纤维，纤维纤度为2-5dtex，长度3-10mm。

作为优选的技术方案，所述减水剂为高效聚羧酸减水剂。

本发明的第二方面，提供一种铁矿石防辐射混凝土的制备方法，用于制备上述的铁矿石防辐射混凝土，包括以下步骤：

步骤一、将减水剂加入水中搅拌混合均匀，得到混合液；

步骤二、将铁矿石、铁矿砂、高硼玻璃粉、水泥、粉煤灰、钢渣微粉加入搅拌机干搅1min；

步骤三、将步骤一的混合液加入步骤二的混合物中搅拌2min，再加入聚丙烯纤维搅拌至混合均匀。

铁矿石骨料密度高、容重大，能显著增加混凝土的表观密度，提高混凝土屏蔽X射线和γ射线的能力，但是同样容易沉底，离析，混凝土施工性能差，因而需要严格控制铁矿石粗细骨料的粒径范围和级配分布。铁矿石砂属于机制砂，往往不利于混凝土的和易性，控制其细度模数同样至关重要。

高硼玻璃粉能够显著增加铁矿石混凝土中硼元素含量，从而提高防中子辐射能力。另外，粉状的高硼玻璃粒径小，比表面积大，具有一定的吸水性，一方面能够增加混凝土的稠度，防止骨料沉底、混凝土离析；另一方面能够延缓水泥水化，降低温升，抑制温度裂缝出现。然而，高硼玻璃粉掺量过高，混凝土的表观密度显著降低，早期强度发展受到抑制，所以需要根据混凝土的强度、工作性能、屏蔽性能要求，将高硼玻璃粉的掺量控制在一个合理的范围内。

粉煤灰能够有效改善混凝土的工作性能，减少水泥用量，降低水泥水化放热，避免温升过快，防止大体积混凝土工程中温度裂缝的出现。此外，粉煤灰具有填充效应和火山灰效应，有利于混凝土后期强度的发展。

钢渣微粉作为矿物掺合料具有诸多优点：第一，降低水泥用量，减少水化放热，避免混凝土温度裂缝的出现；第二、具有增稠效应，能够改善混凝土的和易性，防止离析泌水；第三，具有微膨胀特性，一定程度上抑制大体积混凝土的塑性收缩开裂；第四、具有较高的表观密度，且颗粒细小，具有填充作用，改善混凝土微观结构，从而一定程度上提高混凝土辐射屏蔽性能。

聚丙烯纤维一方面具有增稠效应，能够一定程度上防止容重高的铁矿石骨料沉底，混凝土离析，一方面能够有效防止混凝土出现塑性收缩裂缝，改善混凝土的脆性，提高混凝土的耐久性。

如上所述，本发明的铁矿石防辐射混凝土，具有以下有益效果：

(1)本发明的高硼玻璃粉不但具有吸水增稠作用，能够改善混凝土和易性，防止重骨料沉底离析，且延缓水泥水化，降低水化放热，抑制温度裂缝的产生，且显著增加混凝土的硼元素含量，提高混凝土屏蔽中子辐射的能力。

(2)本发明的钢渣粉表观密度高，颗粒细小，能够替代水泥，改善混凝土的和易性，降低水化放热，且具有填充作用和微膨胀作用，改善混凝土的微观结构，从而一定程度上抑制大体积混凝土浇筑的收缩开裂，有利于后期强度的稳定发展和屏蔽性能的提高。

(3)本发明的聚丙烯纤维一方面具有增稠效应，防止铁矿石防辐射混凝土沉底，离析，一方面能够提高铁矿石防辐射混凝土的抗裂性能，防止早期裂纹的出现。

(4)本发明的铁矿石防辐射混凝土能够有效屏蔽X射线、γ射线以及中子射线等多种辐射，且具有良好的工作性能和力学性能，便于运输施工，可大规模用于大体积防辐射工程建设中。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

本实施例中各种原材料种类、组成、型号、基本性能指标如下所示。

粗骨料：粒径2.5-25mm的铁矿石，表观密度4500kg/m

表1

细骨料：粒径0-5mm的铁矿砂，细度模数2.9，表观密度5660kg/m

高硼玻璃粉：粒径0-150um，二氧化硅含量36-39％，氧化硼含量为29-30％，表观密度2158kg/m

水泥：P.O 42.5水泥，表观密度3100kg/m

粉煤灰：II级粉煤灰，表观密度2200kg/m

钢渣微粉：粒径40-80um，表观密度3340kg/m

聚丙烯纤维：纤维纤度为2-5dtex，长度3-10mm。

减水剂：803高效聚羧酸减水剂，生产于上海建工麦斯特。

本实施例的铁矿石防辐射混凝土的制备方法如下：

将5.0-8.0份减水剂加入160-200份水中搅拌混合均匀，得到混合液；将1400-1800份铁矿石、1000-1400份铁矿砂、240-400份高硼玻璃粉、260-350份水泥、60-100份粉煤灰、40-70份钢渣微粉加入搅拌机干搅1min；加入混合液搅拌2min；加入6.0-9.0份聚丙烯纤维搅拌至混合均匀即可。

实施例1

所述铁矿石防辐射混凝土性能如表1所示。

表1

实施例2

所述铁矿石防辐射混凝土性能如表2所示。

表2

实施例3

所述铁矿石防辐射混凝土性能如表3所示。

表3

实施例4

所述铁矿石防辐射混凝土性能如表4所示。

表4

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。