本发明属建筑材料技术领域，具体涉及一种中放废物处置容器混凝土专用复合增强材料及其制备方法，即一种中等水平放射性废物混凝土处置容器高性能混凝土专用复合增强材料的配制方法。
背景技术：
随着我国核电事业大力发展，低、中水平放射性废物产生量不断增加，各拟建、在建、在役核电厂均会面临大量中低放废物厂内中间贮存后送处置的需求与压力。根据GB11928-89《低、中水平放射性固体废物暂时贮存规定》的要求，废物厂内暂时贮存期至多为5年，5年后放射性废物面临运输和最终处置的问题。目前国内外低中水平放射性固体废弃物大多采用近地表处置的方式，接收的处置容器包括聚乙烯容器、混凝土容器和钢制(球磨铸铁)容器等，然而从经济性、实用性、耐久性等因素综合考虑，宜选用混凝土材料制备低中放废物的处置容器。
然而低中放废物处置容器对混凝土材料的性能要求较为严格。一方面，为了使废物处置容器能承受运输过程的跌落高度，确保其放射性内容物不向环境释放，所设计的混凝土处置容器应具有较高的物理力学性能和抗裂性能；另一方面，由于近地表处置的放射性废物经过300年后放射性才能降低到安全水平，处置容器用混凝土材料须满足300年耐久性使用寿命要求。这不仅需要通过配合比设计来提高混凝土的强度，更需要通过纤维增强技术提高混凝土的抗裂性能以及通过掺合料技术提高混凝土的耐久性能。
掺合料技术是现代混凝土配合比设计过程中常用的一项技术，包括掺合料的单掺与复掺以及掺合料的复合改性等。单一掺入矿粉、粉煤灰、硅灰等矿物掺合料对混凝土性能的改善作用或多或少都存在局限性，如早期强度偏低、工作性下降、耐久性能提升效果不足等问题。掺合料的复合化有助于利用矿物掺合料之间良好的技术耦合性，充分发挥几种掺合料的协同作用功能。
然而单独的掺合料复合技术无法解决高性能混凝土的脆性问题以及早期塑性开裂问题，应综合采用纤维增强技术。由于目前研究中常用的钢纤维无法论证其长期耐久性、合成纤维存在耐辐照问题、玻璃纤维和玄武岩纤维存在耐碱性问题，宜选用理论上在混凝土体系中不存在耐久性问题的碳纤维作为纤维增强材料。
技术实现要素：
本发明的目的是为了提高中等水平放射性废物混凝土处置容器的抗裂性能、耐久性能和使用寿命，提供方便工厂生产使用的专用复合增强材料产品及其配制方法。
本发明的目的通过如下技术方案实现。
一种中放废物处置容器混凝土专用复合增强材料，其特征在于，包括以下重量百分比的组分：
a％的矿渣微粉，b％的粉煤灰，c％的硅灰，d％的碳纤维；
其中40≤a≤60，10≤b≤40，15≤c≤30，1≤d≤2.5。
所述专用复合增强材料分为Ⅰ型专用复合增强材料和Ⅱ型专用复合增强材料，对Ⅰ型专用复合增强材料来说：40≤a＜50、25＜b≤40、15≤c＜22.5、1≤d≤2.5；对Ⅰ型专用复合增强材料来说：50≤a≤60、10≤b≤25、22.5≤c≤30、1≤d≤2.5。
优选地，所述Ⅰ型专用复合增强材料中a＝48.8、b＝32.6，c＝16.3，d＝2.3。
优选地，所述Ⅱ型专用复合增强材料中a＝55.4、b＝16.3，c＝26.0，d＝2.3。
上述专用复合增强材料的制备方法，包含以下步骤：
(1)将S95矿渣粉、Ⅱ级粉煤灰和比表面积大于18000m2/kg的硅灰烘干后，按上述比例充分混合，Ⅰ型专用复合增强材料混合10～15min，Ⅱ型专用复合增强材料混合15～20min；
(2)将充分混合的复合掺合料置于强制式搅拌机中，用加料斗匀速加入长20mm的短切碳纤维，搅拌10～20min至碳纤维无明显团聚现象，且均匀分布于复合掺合料中。将充分混合后的复合体系以25kg一袋打包，形成专用复合增强材料产品。
上述复合增强材料开袋后可直接与水泥、砂、石、外加剂、拌合水等混合，按常规混凝土生产方法拌制中等水平放射性废物处置容器用高性能混凝土，无特殊工艺要求。
本发明有效发挥了专用复合增强材料不同组分之间的“组合效应”，包括不同掺合料对高强混凝土工作性能、力学性能和耐久性能的优化作用，以及短切碳纤维对高强混凝土开裂现象的改善作用，通过将复合掺合料技术和纤维增强技术结合，选用优质原料，开发出了中等水平放射性废物处置容器高性能混凝土专用复合增强材料产品，满足了处置容器混凝土材料高抗裂性和高耐久性的要求，同时，在实际生产过程中，可以为混凝土容器的制作提供专用复合增强材料产品，便于计量控制，降低生产成本并提高生产效率。
具体实施方式
下面结合本发明较佳实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1
将上海宝钢新型建材发展有限公司生产的S95矿粉，优质Ⅱ级粉煤灰以及埃肯国际贸易(上海)有限公司生产的硅灰，按Ⅰ型(矿粉50％、粉煤灰33.3％、硅灰16.7％)，Ⅱ型(矿粉56.7％、粉煤灰16.7％、硅灰26.7％)在混料机中混合15min。将充分混合后的复合掺合料，与南京纬达复合材料有限公司生产的长度为20mm的短切碳纤维置于强制式搅拌机中(复合掺合料97.7％：短切碳纤维2.3％)搅拌15min至碳纤维完全分散开，得到Ⅰ型和Ⅱ型专用复合增强材料。
实施例2
将上海宝钢新型建材发展有限公司生产的S95矿粉，优质Ⅱ级粉煤灰以及埃肯国际贸易(上海)有限公司生产的硅灰，按Ⅰ型(矿粉40.4％、粉煤灰40.4％、硅灰19.2％)，Ⅱ型(矿粉51.3％、粉煤灰26.7％、硅灰22.1％)在混料机中混合15min。将充分混合后的复合掺合料，与南京纬达复合材料有限公司生产的长度为20mm的短切碳纤维置于强制式搅拌机中(I型比例：复合掺合料99.0％、短碳纤维1.0％；Ⅱ型比例：复合掺合料97.5％、短切碳纤维2.5％)搅拌15min至碳纤维完全分散开，得到Ⅰ型和Ⅱ型专用复合增强材料。
实施例3
将上海宝钢新型建材发展有限公司生产的S95矿粉，优质Ⅱ级粉煤灰以及埃肯国际贸易(上海)有限公司生产的硅灰，按Ⅰ型(矿粉51.3％、粉煤灰25.6％、硅灰23.1％)，Ⅱ型(矿粉60.6％、粉煤灰10.1％、硅灰29.3％)在混料机中混合15min。将充分混合后的复合掺合料，与南京纬达复合材料有限公司生产的长度为20mm的短切碳纤维置于强制式搅拌机中(I型比例：复合掺合料97.5％、短碳纤维2.5％；Ⅱ型比例：复合掺合料99.0％、短切碳纤维1.0％)搅拌15min至碳纤维完全分散开，得到Ⅰ型和Ⅱ型专用复合增强材料。
各实施例所制备产品的性能比较见表1。
表1不同比例专用增强材料掺合料部分的效果比较
从表1可以看出，在权利要求范围内，专用增强材料掺合料部分的活性指数总体接近。实施例2中掺合料部分的粉煤灰含量相对较高，活性指数略低。实施例3中掺合料部分的硅灰含量相对较高，活性指数略高。实施例2和实施例3中各组分的取值为权利要求1所规定区间范围的端点部位，专用复合增强材料的整体性能与实施例1的结果更为接近。因此，这里取实施例1所制备的Ⅰ型和Ⅱ型专用复合增强材料进行混凝土试验验证。
混凝土试验1
取实施例1所制备的专用复合增强材料进行混凝土早期抗裂性能试验，混凝土的胶凝材料用量为500kg/m3，水胶比为0.30，增强材料用量为占胶凝材料总量的百分比。测试结果见表2。
表2专用复合增强材料对高强混凝土早期抗裂性能的影响
专用复合增强材料体系中由于增加了短切碳纤维，其对高强混凝土的早期开裂性能有了较大的改善作用。从表1可以看出，与单独采用粉煤灰和矿粉作为增强材料的情况相比，专用复合增强材料将高强混凝土的单位面积总开裂面积由462mm2降低至100mm2以下，早期抗裂性能等级由Ⅲ级提升至Ⅴ级。其中，Ⅱ型专用复合增强材料由于硅灰含量较高，塑性收缩相对较大，早期开裂面积略低于Ⅰ型专用复合增强材料。
混凝土试验2
将实施例1制备的专用复合增强材料掺入中等水平放射性废物混凝土处置容器用高强高性能混凝土后测试其力学性能和耐久性能。
分别将Ⅰ型专用复合增强材料以30％的比例替代水泥，Ⅱ型专用复合增强材料以20％的比例替代水泥，配制高强混凝土。高强混凝土的胶凝材料用量为500kg/m3，水胶比为0.33，表2给出了掺加专用复合增强材料的高强混凝土与不掺掺合料或只掺某一两种掺合料的高强混凝土的部分性能对比结果。
表2不同矿物掺合料高强混凝土性能试验结果
表2结果说明，掺加专用复合增强材料的高强混凝土28d抗压强度和劈裂抗拉强度总体情况比不掺矿物掺合料或单独使用粉煤灰或矿粉等矿物掺合料的效果要好，尤其是电通量和氯离子渗透系数方面，有显著的提高。表明专用复合增强材料使混凝土的密实度和耐久性能显著提高，抗裂能力也有一定幅度的提升。
混凝土试验3
将实施例1制备的Ⅰ型专用复合增强材料和Ⅱ型专用复合增强材料掺入中等水平放射性废物混凝土处置容器高强高性能混凝土材料，高强高性能混凝土的胶凝材料用量为500kg/m3，水胶比为0.30。根据GB《低中水平放射性废物高整体容器——混凝土容器》(报批稿)规定的指标要求，对掺30％Ⅰ型专用复合增强材料的高强高性能混凝土和掺20％Ⅱ型专用复合增强材料的高强高性能混凝土进行全性能检测，结果如表3所示。
表3中等水平放射性废物处置容器高性能混凝土材料全性能检测结果
全性能试验结果表明，使用Ⅰ型专用复合增强材料和Ⅱ型专用复合增强材料配制的高强高性能混凝土力学性能和耐久性能指标明显优于国家标准要求，其中Ⅱ型专用复合增强材料的使用后对耐久性能的改善效果更佳。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。