【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及混凝土的，提供了一种防辐射的高强度混凝土及其制备方法。
技术介绍
1、随着民用核设施的日益广泛，比如核电站、无线电设备、医用设备等，原子核辐射对人们健康安全的威胁不容忽视，因而防辐射材料的研究和应用具有重要意义。其中，防辐射混凝土不仅兼具辐射屏蔽功能和结构力学性能，而且价格低廉、易于成型为不同的尺寸和形状，有着广泛的应用。
2、原子核辐射包括α、β、γ、x射线及中子流，相关研究主要集中在对γ射线和中子射线的防护方面。γ射线是一种高频、高能量电磁波，当它通过高密度材料时，由于康普顿散射效应而损失大部分能量。中子流不带电，具有很强的穿透力，硼、锂、氢等轻元素对中子的吸收截面较大，吸收中子射线效果明显。
3、在高密度材料中，重晶石(砂)不仅自身密度高，可增大混凝土的表观密度，而且化学性质稳定、价格低，常用作混凝土的粗骨料或细骨料，以提高混凝土对γ射线的屏蔽能力，但是，由于重晶石(砂)的硬度较低，会导致混凝土强度的降低。
4、在中子吸收剂中，硼钙石粉是一种含水硼酸钙盐矿物，可提高混凝土对中子射线的屏蔽能力，并且也具有成本低的优点。但是，硼钙石粉可与水泥浆体溶出的ca2+反应生成致密的cab2o4包裹在水泥颗粒表面，影响水泥水化进程，造成混凝土的强度降低。
5、可见，在混凝土中添加重晶石(砂)和硼钙石粉时，屏蔽性能的提高伴随着力学强度的损失，而混凝土强度的降低，使其面临较大冲击或自然灾害等情况时容易破坏，不利于防辐射混凝土的发展应用。
技术实现思路<
1、针对上述情况，本专利技术提出一种防辐射的高强度混凝土及其制备方法，以获得屏蔽性能好、力学强度高的混凝土材料。
2、为实现上述目的，本专利技术涉及的具体技术方案如下：
3、本专利技术提供了一种防辐射的高强度混凝土，按重量份计，包括水泥300-340份、水150-160份、重晶石砂1000-1100份、碎石1400-1600份、硼钙石粉60-80份、聚羧酸减水剂8-10份、改性剂60-80份。
4、其中，所述重晶石砂的粒径优选为0.5-3mm，所述碎石的粒径优选为5-10mm，所述硼钙石粉的粒径优选为20-100μm。
5、所述改性剂的制备步骤为：
6、a1.采用带搅拌器、温度计、分水器、冷凝管的反应容器，加入硼酸、n-甲基二乙醇胺、甲苯，通氮气保护，加热至110-120℃反应4-6h，加入过量乙醇胺，继续反应7-9h，减压蒸馏，得到硼酸酯化合物；
7、a2.采用带搅拌器、温度计、冷凝管的反应容器，加入1,3-金刚烷二甲酸、十二硅钨酸、甲苯，通氮气保护，加热至90-100℃，加入硼酸酯化合物反应20-25min，升温至180-190℃反应3-4h，减压蒸馏，乙醇洗涤，干燥，得到改性剂。
8、步骤a1采用n-甲基二乙醇胺、乙醇胺与硼酸进行酯化反应，制得的硼酸酯化合物的结构式如图1所示，可见该化合物结构中含有可反应-nh2。a1中，硼酸、n-甲基二乙醇胺、乙醇胺、甲苯的摩尔比为1：1：1.2-1.3：15-20。步骤a2采用1,3-金刚烷二甲酸与硼酸酯化合物按摩尔比1：1进行酯化反应，使1,3-金刚烷二甲酸的一个羧基参与酯化反应，制得的改性剂的结构式如图2所示，可见该改性剂结构中含有金刚烷结构、硼酸酯结构及羧基。a2中，1,3-金刚烷二甲酸、硼酸酯化合物、十二硅钨酸、甲苯的摩尔比为1：1：0.01-0.02：30-35。
9、本专利技术的混凝土以重晶石砂代替传统细骨料，可提高混凝土对γ射线的屏蔽能力，并且加入了硼钙石粉，可提高混凝土对中子射线的屏蔽能力。本专利技术创造性地在混凝土中添加了含金刚烷结构、硼酸酯结构及羧基的改性剂，可提高混凝土的力学强度及屏蔽能力，原因在于：
10、其一，公知的，金刚烷是一种环状四面体烃，具有高度结构对称性和非常稳定的化学性质，其碳架结构相当于金刚石晶格网络中的一个晶胞，因而具有非常高的硬度。本专利技术的改性剂中含有金刚烷结构，将其加入混凝土中，可弥补因重晶石砂的硬度低造成的混凝土强度降低。
11、其二，本专利技术的改性剂中含有硼酸酯结构，一方面，该改性剂的加入可增加混凝土中的硼元素含量，提高对中子射线的屏蔽效果，另一方面，与硼钙石中的硼元素不同，该改性剂中的硼元素以有机硼酸酯的形式存在，不会与ca2+反应形成cab2o4，不会因影响水泥水化进程而造成混凝土的强度降低。
12、其三，本专利技术的改性剂结构中含有羧基，可与水泥浆体中的ca2+络合，使ca2+吸附到改性剂表面，减少ca2+与硼钙石粉的反应，减少生成致密cab2o4包裹在水泥颗粒表面，减小硼钙石粉对水泥水化进程的影响，从而提高混凝土的强度。
13、本专利技术还提供了如上所述的一种防辐射的高强度混凝土的制备方法，具体制备步骤为：
14、b1.将水泥、重晶石砂、碎石、硼钙石粉、改性剂加入搅拌桶，低速搅拌3-5min；
15、b2.将减水剂加入一部分水中混合均匀，加入搅拌桶，低速搅拌6-8min；
16、b3.将另一部分水加入搅拌桶，先低速搅拌1-2min，再高速搅拌2-3min，得到混合浆料；
17、b4.将混合浆料倒入模具，振捣密实，成型，养护，得到防辐射的高强度混凝土。
18、优选的，步骤b2和步骤b3中的水的重量比为2-4：1。
19、优选的，低速搅拌的转速为6-8r/min，高速搅拌的转速为12-15r/min。
20、本专利技术采用分步和变速搅拌相结合的方式拌制防辐射混凝土。具体的，本专利技术先将水泥、重晶石砂、碎石、硼钙石粉、改性剂低速搅拌混合，使得水泥、硼钙石粉、改性剂与骨料(重晶石砂和碎石)充分接触，骨料间相互摩擦、碰撞，水泥被打散并包裹在骨料表面、填充骨料孔隙，硼钙石粉、改性剂也随之分散，整个过程在无水状况下进行，避免骨料表面形成水膜，增加了界面致密性，改善了功能性填料在混凝土中的均匀性。然后将减水剂和部分水加入搅拌，水泥与部分水先混合形成水泥浆，低速搅拌一段时间后，硼钙石粉、改性剂在水泥浆的带动下与重晶石砂、碎石均匀分散，同时还能在骨料表面形成浆壳，避免自由水分向骨料界面集中。再加入剩余部分水并低速搅拌，在混凝土内部形成浆体的水灰比梯度，形成更加优异的界面结构。最后进行高速搅拌，使砂浆充分活化。可见，本专利技术的拌合方式，可以有效避免水泥、硼钙石粉、改性剂的团聚，改善功能性填料的分散性，使之充分发挥屏蔽射线的作用，并能改善混凝土骨料界面，提高混凝土的综合性能。
21、综上所述，本专利技术提供了一种防辐射的高强度混凝土及其制备方法，其有益效果在于：本专利技术通过在混凝土中添加含金刚烷结构、硼酸酯结构及羧基的改性剂，制得的混凝土具有良好的γ射线和中子射线屏蔽能力，而且，利用金刚烷结构的高硬度和羧基对ca2+的络合能力，可提高防辐射混凝土的力学强度。
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1.一种防辐射的高强度混凝土，按重量份计，包括水泥300-340份、水150-160份、重晶石砂1000-1100份、碎石1400-1600份、硼钙石粉60-80份、聚羧酸减水剂8-10份、改性剂60-80份；其特征在于，所述改性剂的制备步骤为：
2.根据权利要求1所述一种防辐射的高强度混凝土，其特征在于：重晶石砂的粒径为0.5-3mm。
3.根据权利要求1所述一种防辐射的高强度混凝土，其特征在于：碎石的粒径为5-10mm。
4.根据权利要求1所述一种防辐射的高强度混凝土，其特征在于：硼钙石粉的粒径为20-100μm。
5.根据权利要求1-4任一项所述一种防辐射的高强度混凝土的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：
6.根据权利要求5所述一种防辐射的高强度混凝土的制备方法，其特征在于：步骤B2和步骤B3中的水的重量比为2-4：1。
7.根据权利要求5所述一种防辐射的高强度混凝土的制备方法，其特征在于：低速搅拌的转速为6-8r/min，高速搅拌的转速为12-15r/min。
【技术特征摘要】
1.一种防辐射的高强度混凝土，按重量份计，包括水泥300-340份、水150-160份、重晶石砂1000-1100份、碎石1400-1600份、硼钙石粉60-80份、聚羧酸减水剂8-10份、改性剂60-80份；其特征在于，所述改性剂的制备步骤为：
2.根据权利要求1所述一种防辐射的高强度混凝土，其特征在于：重晶石砂的粒径为0.5-3mm。
3.根据权利要求1所述一种防辐射的高强度混凝土，其特征在于：碎石的粒径为5-10mm。
4.根据权利...
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