本发明涉及放射性废物固化处理
技术领域：
，具体涉及一种用于制备放射性废物处理用包装容器的混凝土及应用。
背景技术：
：基于军用及民用领域的强大需求，核工业正经历新的发展高潮。但核工业的发展中不可避免会产生各类放射性废物，如何实现对其安全高效的处理和处置，成为制约核行业科研生产发展的瓶颈问题。在核设施运行及退役过程中产生的废物，大部分为低、中放射性废物，例如检修替换的废金属管件、废弃的检修工具、试验剩余的废水泥渣及被沾污的碎石块等，对其进行去污处理，成本较高且无实际意义，应单独进行处理及处置。目前，利用混凝土容器包容填埋是处理此类废物较为有效的方法：将低、中放废物整备装箱后，用水泥砂浆对其浇注，形成整体的水泥废物包，再进行后续处理处置。废物包容效果的品质完全取决于混凝土容器的品质，国际上对包容低、中放废物所用的混凝土容器性能要求极为严格：坍落度、抗压强度、最大水灰比、最小水泥含量、最大水泥含量、混凝土最小干密度、骨料/胶凝材料比及添加剂使用量均有明确地要求。此外，在满足这些性能指标的基础上，还要兼顾工程上的可操作性。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种用于制备放射性废物处理用包装容器的混凝土，该混凝土具有辐射屏蔽性好、强度高的优点。此外，本发明还提供一种上述混凝土的应用。本发明通过下述技术方案实现：一种用于制备放射性废物处理用包装容器的混凝土，所述混凝土包括以下组分：骨料、胶凝材料、水和减水剂，所述骨料的配方如下：由磁铁矿砂与磁铁矿碎石组成，其中，磁铁矿砂所占骨料的质量百分比为30％-40％。本发明所述骨料、胶凝材料、水和减水剂均为现有技术材料。所述减水剂为液态聚羧酸型减水剂，减水率为30％。本发明通过将骨料的配方如下：由磁铁矿砂与磁铁矿碎石组成，其中，磁铁矿砂所占骨料的质量百分比为30％-40％，以上材料添加量在保证混凝土密度(≥4000kg/m3)及强度(≥60mpa)的情况下，仍具备较好地流动性，方便施工操作。常规混凝土包装容器试样(100mm×100mm×100mm)养护28d抗压强度约为45mpa；本方法制备的混凝土试样(100mm×100mm×100mm)养护28d后抗压强度为66.4mpa，明显优于当前水平。机械强度的提高有利于废物固化体的转运和储存。混凝土密度直接影响包装容器对放射性物质屏蔽的效果，按照本发明所述配方浇筑的混凝土最小干密度≥4000kg/m3，通常密度可达到4195.2kg/m3，而普通的混凝土的小干密度≥3750kg/m3。因此，本发明提高了混凝土对放射性物质的屏蔽效果。同时，现有技术中，铅和钢材料的使用也能够提高屏蔽效果，但是价格昂贵成本高，本发明所述混凝土在增强固化体密度，保证辐射屏蔽性能的基础上，减少了铅和钢材料的使用，大大降低了产品成本。且通过本发明所述配方制备的混凝土浆液初始坍落度为85mm，经过1h后坍落度为55mm；初凝时间为2.3h，终凝时间为4.3h，以上结果有利于工程上施工作业，研究中通过工程规模实验进行了验证，结果显示该配方具备工程可操作性，进一步提升了配方的可靠性。进一步地，胶凝材料的配方如下：由水泥和粉煤灰组成，其中，水泥所占胶凝材料的质量百分比为60％-80％，粉煤灰所占胶凝材料的质量百分比为20％-40％。粉煤灰的适当添加，减少了反应过程中热量的释放，降低了混凝土裂纹出现的可能性。同时，有效地改善了混凝土浆料的坍落度，添加粉煤灰后混凝土浆料坍落度达到100mm，较未添加粉煤灰的80mm有明显改善，若粉煤灰添加过多，会导致抗压强度下降以及坍落度过大。进一步地，水泥所占胶凝材料的质量百分比为70％，粉煤灰所占胶凝材料的质量百分比为30％。进一步地，水和胶凝材料的质量比为0.43。合适的水胶比保证了坍落度，同时避免了水添加过多导致的泌水。进一步地，每立方米混凝土含骨料3399-3599kg，胶凝材料250-400kg，水108-172kg，所述减水剂的掺量为混凝土总量的0.2％-0.5％。以上材料添加量在保证混凝土密度(≥4000kg/m3)及强度(≥60mpa)的情况下，仍具备较好的坍落度(100mm)，方便施工操作。进一步地，每立方米混凝土含骨料3499kg，胶凝材料350kg，水151kg，所述减水剂的掺量为混凝土总量的0.3％。进一步地，混凝土还包括缓凝剂。所述缓凝剂为葡萄糖酸钠。进一步地，磁铁矿碎石的粒径为5mm-10mm和10mm-20mm，磁铁矿砂的细度模数为2.6。具体地，所述磁铁矿碎石的粒径分为两种规格，一种是粒径为5mm-10mm，另一种是粒径为10mm-20mm，磁铁矿碎石在使用过程将2种规格混合使用。单使用粗规格的磁铁矿碎石，存在坍落度过大的情况。单使用细规格的磁铁矿碎石，存在坍落度过小的情况，因此需要混合使用。进一步地，水泥采用硅酸盐水泥，强度标号42.5。一种混凝土的应用，将混凝土的浇筑成厚度为240-260mm，总体尺寸为2438mm×2210mm×2200mm，有效容积为6m3的放射性废物处理用的包装容器。本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1、混凝土密度直接影响包装容器对放射性物质屏蔽的效果，按照本发明所述配方浇筑的混凝土最小干密度≥4000kg/m3，通常密度可达到4195.2kg/m3，而普通的混凝土的小干密度≥3750kg/m3。因此，本发明提高了混凝土对放射性物质的屏蔽效果。2、本发明还具有强度高，成本低，易操作的优点。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。实施例1：一种用于制备放射性废物处理用包装容器的混凝土，每立方米混凝土含磁铁矿碎石2039kg、磁铁矿中砂1360kg(40％)、水泥320kg(80％)、粉煤灰80kg(20％)、水172kg，减水剂2.4kg，其中，所述磁铁矿碎石的粒径为5mm-10mm和10mm-20mm，最大粒径不超过20mm，磁铁矿砂的细度模数为2.6，泥采用强度标号42.5硅酸盐水泥；粉煤灰为一级粉煤灰；水为普通自来水；减水剂采用液态聚羧酸型减水剂，减水率为30％，所述磁铁矿碎石和磁铁矿中砂的含水率在0.05％以下。在本实施例中，骨料总量为3399kg，胶凝材料总量为400kg。实施例2：一种用于制备放射性废物处理用包装容器的混凝土，每立方米混凝土含磁铁矿碎石2519kg、磁铁矿中砂1080kg(30％)、水泥175kg(70％)、粉煤灰75kg(30％)、水108kg，减水剂2.4kg，其中，所述磁铁矿碎石的粒径为5mm-10mm和10mm-20mm，最大粒径不超过20mm，磁铁矿砂的细度模数为2.6，泥采用强度标号42.5硅酸盐水泥；粉煤灰为一级粉煤灰；水为普通自来水；减水剂采用液态聚羧酸型减水剂，减水率为30％，所述磁铁矿碎石和磁铁矿中砂的含水率在0.05％以下。在本实施例中，骨料总量为3599kg，胶凝材料总量为250kg。实施例3：一种用于制备放射性废物处理用包装容器的混凝土，每立方米混凝土含磁铁矿碎石2099kg、磁铁矿中砂1400kg(40％)、水泥210kg(60％)、粉煤灰140kg(40％)、水151kg，减水剂2.4kg，其中，所述磁铁矿碎石的粒径为5mm-10mm和10mm-20mm，最大粒径不超过20mm，磁铁矿砂的细度模数为2.6，泥采用强度标号42.5硅酸盐水泥；粉煤灰为一级粉煤灰；水为普通自来水；减水剂采用液态聚羧酸型减水剂，减水率为30％，所述磁铁矿碎石和磁铁矿中砂的含水率在0.05％以下。在本实施例中，骨料总量为3499kg，胶凝材料总量为350kg。实施例4：一种用于制备放射性废物处理用包装容器的混凝土，每立方米混凝土含磁铁矿碎石2099kg、磁铁矿中砂1400kg(40％)、水泥210kg(60％)、粉煤灰140kg(40％)、水151kg，减水剂2.4kg，缓凝剂10kg，其中，所述磁铁矿碎石的粒径为5mm-10mm和10mm-20mm，最大粒径不超过20mm，磁铁矿砂的细度模数为2.6，泥采用强度标号42.5硅酸盐水泥；粉煤灰为一级粉煤灰；水为普通自来水；减水剂采用液态聚羧酸型减水剂，减水率为30％，所述磁铁矿碎石和磁铁矿中砂的含水率在0.05％以下，缓凝剂采用葡萄糖酸钠。在本实施例中，骨料总量为3499kg，胶凝材料总量为350kg。对比例1：一种用于制备放射性废物处理用包装容器的混凝土，每立方米混凝土碎石2039kg、中砂1360kg(40％)、水泥320kg(80％)、粉煤灰80kg(20％)、水172kg，减水剂2.4kg，其中，所述碎石的粒径为5mm-10mm和10mm-20mm，最大粒径不超过20mm，矿砂的细度模数为2.6，泥采用强度标号42.5硅酸盐水泥；粉煤灰为一级粉煤灰；水为普通自来水；减水剂采用液态聚羧酸型减水剂，减水率为30％，所述碎石和中砂的含水率在0.05％以下。对比例2：一种用于制备放射性废物处理用包装容器的混凝土，每立方米混凝土含碎石2099kg、中砂1400kg(40％)、水泥210kg(60％)、粉煤灰140kg(40％)、水151kg，减水剂2.4kg，缓凝剂10kg，其中，所述碎石的粒径为5mm-10mm和10mm-20mm，最大粒径不超过20mm，矿砂的细度模数为2.6，泥采用强度标号42.5硅酸盐水泥；粉煤灰为一级粉煤灰；水为普通自来水；减水剂采用液态聚羧酸型减水剂，减水率为30％，所述碎石和中砂的含水率在0.05％以下，缓凝剂采用葡萄糖酸钠。对比例3：一种用于制备放射性废物处理用包装容器的混凝土，每立方米混凝土含磁铁矿碎石1999kg、磁铁矿中砂1400kg(40％)、水泥320kg(80％)、粉煤灰80kg(20％)、水172kg，减水剂2.4kg，其中，所述磁铁矿碎石的粒径为5mm-10mm和10mm-20mm，最大粒径不超过20mm，磁铁矿砂的细度模数为2.6，泥采用强度标号42.5硅酸盐水泥；粉煤灰为一级粉煤灰；水为普通自来水；减水剂采用液态聚羧酸型减水剂，减水率为30％，所述磁铁矿碎石和磁铁矿中砂的含水率在0.05％以下。在本对比例中，磁铁矿碎石过少。对比例4：一种用于制备放射性废物处理用包装容器的混凝土，每立方米混凝土含磁铁矿碎石2559kg、磁铁矿中砂1040kg(40％)、水泥320kg(80％)、粉煤灰80kg(20％)、水172kg，减水剂2.4kg，其中，所述磁铁矿碎石的粒径为5mm-10mm和10mm-20mm，最大粒径不超过20mm，磁铁矿砂的细度模数为2.6，泥采用强度标号42.5硅酸盐水泥；粉煤灰为一级粉煤灰；水为普通自来水；减水剂采用液态聚羧酸型减水剂，减水率为30％，所述磁铁矿碎石和磁铁矿中砂的含水率在0.05％以下。在本对比例中，磁铁矿中砂过少。一种如实施例1至实施例4所述混凝土的应用，将混凝土的浇筑成厚度为240-260mm，总体尺寸为2438mm×2210mm×2200mm，有效容积为6m3的放射性废物处理用的包装容器。将实施例1至实施例4，对比例1至对比例4制备进行一下平行实验，实验包括以下步骤：1)、利用钢模具，在混凝土容器钢笼骨外搭建出混凝土容器轮廓结构并加以固定；2)、按照配比准备混凝土原料；3)、按比例加入水泥和粉煤灰，然后加入50％的水搅拌1-2min，再添加磁铁矿碎石、磁铁矿中砂、减水剂、缓凝剂及另外50％水搅拌1min；4)、搅拌完成后立刻进行浇筑，浇筑过程中全程采用振捣棒辅助；5)、浇筑完毕后在温度25℃±5℃，相对湿度95％条件下进行养护，养护完成后获得厚度为240-260mm，总体尺寸为2438mm×2210mm×2200mm，有效容积为6m3的放射性废物处理用的包装容器，对包装容器进行性能检测，检测结果如表1、表2所示：表1测试项目实施例1实施例2实施例3实施例4坍落度/mm90120100100初凝时间/h121.22终凝时间/h35.23.54.8抗压强度/mpa726466.166.1耐γ辐照性损失≤5mpa损失≤5mpa损失≤5mpa损失≤5mpa抗冻融性损失≤5mpa损失≤5mpa损失≤5mpa损失≤5mpa密度/kg/m34209417941954195表2测试项目对比例1对比例2对比例3对比例4坍落度/mm10010880120初凝时间/h22.30.53终凝时间/h5626.2抗压强度/mpa55587269耐γ辐照性损失≤5mpa损失≤5mpa损失≤5mpa损失≤5mpa抗冻融性损失≤5mpa损失≤5mpa损失≤5mpa损失≤5mpa密度/kg/m33850382142184178由表1、表2的数据对比可知：1、通过实施例1-实施例4与对比例1、对比例2的对比可知：不使用本发明配料，主要问题是强度、密度不足，辐射屏蔽能力下降。2、通过实施例1-实施例4与对比例3、对比例4的对比可知：配料不在本发明范围内，主要问题是坍落度过大或过小，不利于施工。以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12