一种防辐射超高性能混凝土及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种防辐射超高性能混凝土及其制备方法，属于防辐射建筑材料领域

【技术实现步骤摘要】
一种防辐射超高性能混凝土及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种防辐射超高性能混凝土及其制备方法，属于防辐射建筑材料领域
。

技术介绍

[0002]随着我国核技术的迅猛发展，核技术广泛应用于医疗
、
科研和电力等行业，其在为人类创造经济和社会效益的同时，也存在着许多潜在威胁
。
核反应堆及其它辐射源在工作服役过程中会不可避免地释放出各种带有能量的射线，危害环境和人类健康，其中的
γ
射线和中子流穿透能力较强，对该类射线的屏蔽防护尤为重要
。
到目前为止，被用来作为屏蔽各种射线的防护材料主要有：铅板
、
铁板
/
钢板
、
玻璃
/
陶瓷
、
聚合物
、
水和混凝土
。
而防辐射混凝土是目前使用最为广泛
、
经济的核辐射防护材料，其相比金属和其它防护材料具有原材料来源广
、
便于施工和制造成本低等优点，在核能发电安全壳
、
加速器与放射化学装置防护等结构中应用广泛
。
[0003]核技术设施作为国家安全和发展的关键设施，其破坏和损毁
(
可能遭受高技术武器精确打击
、
爆炸袭击和地震等破坏
)
会造成巨大的国民财产损失和环境安全损害
。
防辐射混凝土作为核工程建筑的主要结构材料，既承担着屏蔽射线的任务，又是核设施的重要安全保障，其力学性能事关整个核工程的安危
。
然而，当前已有防辐射混凝土的设计强度普遍不高，多数不超过
C60
，难以抵抗爆炸冲击荷载或重大地质灾害引发的高强度动载，为核工程留下安全隐患
。
另一方面，随着医疗放射科室建筑的老化，部分早期兴建的射线屏蔽墙体需进行维修加固，若采用已有防辐射混凝土
(
力学性能不高
)
，为了达到补强效果只能增加屏蔽墙体厚度，导致加固墙体占用室内使用面积大
。
因此，迫切需要研发具有高强度
、
优异抗冲击的防辐射混凝土，以满足我国国防和民用核工程安全防护的重大战略需求
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种防辐射超高性能混凝土及其制备方法，所述超高性能混凝土具有良好的工作性能
、
力学性能以及抗渗
、
耐久性能，在保证高强度和高韧性的同时可有效提升
UHPC
防辐射性能，具有重要的实际推广价值
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种防辐射超高性能混凝土，所述混凝土包括以下原料：水泥
650
～
800kg/m3(
例如
680kg/m3、700kg/m3、730kg/m3、750kg/m3、780kg/m3)
，粉煤灰微珠
100
～
150kg/m3(
例如
120kg/m3、130kg/m3、140kg/m3)
，硅灰
130
～
200kg/m3(
例如
150kg/m3、170kg/m3、190kg/m3)
，重晶石粉
40
‑
60kg/m3(
例如
45kg/m3、50kg/m3、55kg/m3)
，矿砂
1100
～
1700kg/m3(
例如
1200kg/m3、1300kg/m3、1400kg/m3、1500kg/m3、1600kg/m3)
，纤维
100
～
200kg/m3(
例如
120kg/m3、140kg/m3、160kg/m3、180kg/m3)
，减缩降粘型减水剂
20
～
30kg/m3(
例如
22kg/m3、24kg/m3、26kg/m3、28kg/m3)
，膨胀剂
50
～
80kg/m3(
例如
60kg/m3、70kg/m3)
和水
170
～
200kg/m3(
例如
175kg/m3、180kg/m3、185kg/m3、190kg/m3、195kg/m3)。
[0007]在上述防辐射超高性能混凝土中，作为一种优选实施方式，所述矿砂为重晶石砂
、
或者为重晶石砂和高钛重矿渣砂；优选地，当所述矿砂为重晶石砂和高钛重矿渣砂时，在所述混凝土中，高钛重矿渣砂的用量为0‑
600kg/m3(
例如
100kg/m3、200kg/m3、300kg/m3、400kg/m3、500kg/m3)
，重晶石砂的用量为
700
‑
1700kg/m3(
例如
900kg/m3、1100kg/m3、1300kg/m3、1500kg/m3)。
[0008]在上述防辐射超高性能混凝土中，作为一种优选实施方式，所述重晶石砂和重晶石粉中
BaSO4的含量均
≥95wt
％
。
[0009]在上述防辐射超高性能混凝土中，作为一种优选实施方式，所述水泥为
P
·
O52.5
或
P
·
II52.5
硅酸盐水泥
。
[0010]在上述防辐射超高性能混凝土中，作为一种优选实施方式，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
％
。
[0011]在上述防辐射超高性能混凝土中，作为一种优选实施方式，所述硅灰的
SiO2质量含量
≥95
％，比表面积
≥15500m2/kg
，
28d
活性指数
≥100
％
。
[0012]在上述防辐射超高性能混凝土中，作为一种优选实施方式，所述高钛重矿渣砂表观密度为
3100kg/m3，细度模数为
3.0
，饱和面干吸水率
7.0
％～
12.0
％；优选地，所述高钛重矿渣砂中，
TiO2的质量分数
≥20
％，优选为
22.3
％
。
[0013]在上述防辐射超高性能混凝土中，作为一种优选实施方式，所述纤维为镀铜钢纤维和
/
或聚丙烯纤维；更优选地，所述镀铜钢纤维的公称长度为
10
～
16mm本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种防辐射超高性能混凝土，其特征在于，所述混凝土包括以下原料：水泥
650
～
800kg/m3，粉煤灰微珠
100
～
150kg/m3，硅灰
130
～
200kg/m3，重晶石粉
40
‑
60kg/m3，矿砂
1100
～
1700kg/m3，纤维
100
～
200kg/m3，减缩降粘型减水剂
20
～
30kg/m3，膨胀剂
50
～
80kg/m3和水
170
～
200kg/m3。2.
如权利要求1所述的防辐射超高性能混凝土，其特征在于，所述矿砂为重晶石砂
、
或者为重晶石砂和高钛重矿渣砂；优选地，当所述矿砂为重晶石砂和高钛重矿渣砂时，在所述混凝土中，高钛重矿渣砂的用量为0‑
600kg/m3，重晶石砂的用量为
700
‑
1700kg/m3；优选地，所述重晶石砂和重晶石粉中
BaSO4的含量均
≥95wt
％；优选地，所述水泥为
P
·
O52.5
或
P
·
II52.5
硅酸盐水泥；优选地，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
％；优选地，所述硅灰的
SiO2质量含量
≥95
％，比表面积
≥15500m2/kg
，
28d
活性指数
≥100
％；优选地，所述高钛重矿渣砂表观密度为
3100kg/m3，细度模数为
3.0
，饱和面干吸水率
7.0
～
12.0
％；优选地，所述高钛重矿渣砂中，
TiO2的质量分数
≥20
％，进一步优选为
22.3
％；优选地，所述纤维为镀铜钢纤维和
/
或聚丙烯纤维；更优选地，所述镀铜钢纤维的公称长度为
10
～
16mm
，当量直径为
0.18
～
0.35mm
，断裂强度
≥3000MPa
，弹性模量为
40
～
60GPa
；优选地，所述减缩降粘型减水剂为减缩型聚羧酸减水剂
A
和降粘型聚羧酸减水剂
B
的混合物
。3.
如权利要求1或2所述的防辐射超高性能混凝土，其特征在于，所述防辐射超高性能混凝土的表观密度为
2650
～
3200kg/m3；优选地，所述防辐射超高性能混凝土抗压强度等级大于等于
C100
；优选地，所述防辐射超高性能混凝土的坍落度为
230
～
250mm
；优选地，所述防辐射超高性能混凝土的扩展度为
545
～
610mm
；优选地，所述防辐射超高性能混凝土的表观密度为
2840
～
3130kg/m3；优选地，所述防辐射超高性能混凝土的
28d
抗压强度为
113.1
～
128.8MPa
；优选地，所述防辐射超高性能混凝土的抗弯拉强度为
16.5
～
23.2MPa
；优选地，所述防辐射超高性能混凝土的线性吸收系数为
0.194
～
0.218
μ
/cm
；优选地，所述防辐射超高性能混凝土的质量吸收系数为
0.0683
～
0.0697cm2/g
；优选地，所述防辐射超高性能混凝土的半值层厚度为
3.179
～
3.572cm
；优选地，所述防辐射超高性能混凝土的辐射屏蔽效率为
85.6
％～
88.7
％；优选地，所述防辐射超高性能混凝土的抗渗等级为
P24
～
P28
；优选地，所述防辐射超高性能混凝土的
180d
收缩率为
385
～
765
με
。4.
如权利要求3所述的防辐射超高性能混凝土，其特征在于，所述减缩降粘型减水剂的制备方法包括以下步骤：
(1)
将马来酸酐加入到反应容器中，加热升温使其完全熔化，再加入二甘醇单丁醚和对甲苯磺酸，恒温酯化，冷却后抽滤提纯，得具有减缩功能的二甘醇单丁醚马来酸酐单酯单体；
(2)
将步骤
(1)
制得的二甘醇单丁醚马来酸酐单酯单体
、
甲基丙烯酸和甲基丙烯磺酸钠加入水中，加热升温，滴加烯丙基聚乙二醇和过硫酸铵水溶液，恒温反应，冷却至室温后加入
NaOH
溶液调节
pH
值至中性，得到减缩型聚羧酸减水剂
A
；
(3)
将甲基丙烯酸
、
聚乙二醇单甲醚
、
反应催化剂
、
副反应抑制剂
、
分散带水剂加入到反应容器中，加热升温后，保温，再加热升温至反应体系共沸，保温，冷却，得到具有降粘功能的甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚单体；
(4)
将步骤
(3)
制得的甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚单体和甲基烯丙基磺酸钠加入双氧
水中，水浴加热后保温，保温的同时滴加甲基丙烯酸和维生素
C
的混合水溶液，恒温反应，冷却至室温后加入
NaOH
溶液调节
pH
值至中性，得到降粘型聚羧酸减水剂
B
；
(5)
将步骤
(2)
制得的减缩型聚羧酸减水剂
A
和步骤
(4)
制得的降粘型聚羧酸减水剂
B
混合，得所述减缩降粘型减水剂
。5.
如权利要求4所述的防辐射超高性能混凝土，其特征在于，所述减缩型聚羧酸减水剂
A
的重均分子量为
30000
～
40000
；优选地，所述降粘型聚羧酸减水剂
B
的重均分子量为
30000
～
40000
；优选地，步骤
(1)
中，加热升温至
45℃
～
60℃
使马来酸酐完全融化；优选地，步骤
(1)
中，恒温酯化的温度为
125℃
～
135℃
；优选地，恒温酯化的时间为
4h
～
5.5h
；优选地，步骤
(1)
中，马来酸酐
、
二甘醇单丁醚和对...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡利，张晓辰，王泓，王月桂，李映春，张蓓，李超峰，侯普民，陈南勋，李植，王露阳，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院国防工程研究院，
类型：发明
国别省市：