一种防中子辐射碳化硼混凝土及其制备方法与流程

1.本发明涉及防中子辐射特种混凝土施工技术领域，具体涉及一种防中子辐射碳化硼混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.原子能反应堆、粒子加速器，以及工业、农业和科研部门的放射性同位素设备的防护中，用于屏蔽x射线、γ射线和中子辐射作用的混凝土通常采用重型防辐射屏蔽混凝土，其胶凝材料一般采用水化热较低的硅酸盐水泥，或高铝水泥、钡水泥、镁氧水泥等特种水泥，骨料一般采用用重晶石、磁铁矿、褐铁矿、废铁块等，。
3.此类混凝土容重较大，导致流动性、可泵性能不足，不便于进行连续施工。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是现阶段的防辐射混凝土容重较大，流动性、可泵性均不足，目的在于提供一种防中子辐射碳化硼混凝土及其制备方法，解决了如何在减小混凝土容重的情况下实现有效防辐射的问题。
5.本发明通过下述技术方案实现：
6.一种防中子辐射碳化硼混凝土，包括以下重量份的组分：
7.凝胶材料：647～757份；
8.细骨料：383份；
9.粗骨料：1142份；
10.水：175～180份；
11.减水剂，其重量为为所述凝胶材料的1％～1.2％；
12.所述凝胶材料包括以下重量份的组分：
13.水泥：295～325份；
14.粉煤灰：46份；
15.矿渣粉：86份；
16.碳化硼：220～300份。
17.优选地，所述水泥为硅酸盐水泥，强度等级为42.5，比表面积为300～360cm
2/
g,烧失量≤5.0％。
18.作为另一个优选，所述碳化硼的粒径为0～3mm，纯度≥95％，过筛率≥98％，含泥量≤3.0％，泥块含量≤1.0％，细度模数为1.9。
19.具体地，所述粉煤灰为ⅱ级f类粉煤灰，细度≤25.0％，需水量比≤105％，烧失量≤8.0％，三氧化硫含量≤3.0％。
20.优选地，所述矿渣粉为s95级以上，比表面积为：400～500m2/kg，密度≥2.8g/cm3，流动度比≥95％，烧失量≤3.0％，三氧化硫含量≤4.0％，7天活性指数≥75％，28天活性指数≥95％。
21.具体地，所述细骨料为天然ⅱ中砂，细度模数为2.3-3.0，含泥量≤3.0％，泥块含量≤1.0％，吸水率≤2％，堆积密度≥1400kg/m3，表观密度≥2500kg/m3，孔隙率≤44％；
22.所述粗骨料为碎石，其为最大粒径5～25mm的ⅱ类连续级配碎石，紧密空隙率≤45％，含泥量≤1.0％，泥块含量≤0.2％，表观密度≥2600kg/m3，压碎指标值≤20％，针片状含量≤10％。
23.优选地，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂，减水率≥25％，含气量≤6.0％，泌水率比≤50％，压力泌水率比≤90％。
24.作为一种优选，所述水的参数满足，ph值≥4.5，氯离子≤1000mg/l，硫酸盐离子≤2000mg/l，不溶物≤2000mg/l，可溶物≤5000mg/l。
25.作为一个优选实施方式，所述混凝土包括以下重量份的组分：
26.凝胶材料：700份；
27.细骨料：383份；
28.粗骨料：1142份；
29.水：175份；
30.减水剂：7.5份；
31.所述凝胶材料包括以下重量份的组分：
32.水泥：308份；
33.粉煤灰：46份；
34.矿渣粉：86份；
35.碳化硼：260份。
36.一种防中子辐射碳化硼混凝土的制备方法，包括：
37.将粗骨料、细骨料、粉煤灰和矿渣粉依次倒入搅拌罐内；
38.启动搅拌罐，搅拌第一设定时间；
39.将碳化硼、水泥依次倒入搅拌罐内；
40.启动搅拌罐，搅拌第二设定时间；
41.将水和减水剂倒入搅拌罐内；
42.启动搅拌罐，按照设定的搅拌速度和第三设定时间持续搅拌。
43.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
44.本发明通过将碳化硼作为混凝土的屏蔽和控制材料，在使用常规细骨料和粗骨料的情况下，可以达到在保障其防辐射性能的前提下，减小混凝土的容重，够保障混凝土具有较好的流动性及可泵性能，便于施工的连续性；
45.同时，碳化硼的分子式较为稳定，相对于使用某些放射线屏蔽符合材料来实现防辐射性能，采用碳化硼可以有效解决目前放射线屏蔽复合材料的力学性能以及耐腐蚀性不足等问题，具有较好的耐久性能，提高使用寿命。
附图说明
46.附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。
47.图1是根据本发明所述的一种防中子辐射碳化硼混凝土的制备方法的流程图。
具体实施方式
48.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。
49.另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。
50.在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
51.实施例一
52.本实施例提供一种防中子辐射碳化硼混凝土，包括以下重量份的组分：
53.凝胶材料：647～757份；细骨料：383份；粗骨料：1142份；水：175～180份；减水剂，其重量为为凝胶材料的1％～1.2％；
54.胶凝材料，是在物理、化学作用下，能从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其他物料，制成有一定机械强度的复合固体的物质。土木工程材料中，凡是经过一系列物理、化学变化能将散粒状或块状材料粘结成整体的材料，统称为胶凝材料。胶凝材料是指通过自身的物理化学作用，由可塑性浆体变为坚硬石状体的过程中，能将散粒或块状材料粘结成为整体的材料。
55.本实施例中的凝胶材料包括以下重量份的组分：水泥：295～325份；粉煤灰：46份；矿渣粉：86份；碳化硼：220～300份。
56.通过将含硼元素的材料添加到混凝土中，经过对混凝土进行配合比试验，制备出既具有抗压强度、外加剂兼容性、初凝时间等均满足使用要求的混凝土，又具有良好的防中子辐射效果的特种混凝土。
57.在本实施例中，水泥为p.o42.5等级普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5，比表面积为300～360cm
2/
g,烧失量≤5.0％，满足3天抗折强度不小于3.5mpa，28天抗折强度不小于6.5mpa；3天抗压强度不小于17.0mpa，28天抗压强度不小于42.5mpa的力学性质指标要求。
58.碳化硼的粒径为0～3mm，纯度≥95％，过筛率≥98％，含泥量≤3.0％，泥块含量≤1.0％，细度模数为1.9。
59.粉煤灰为ⅱ级f类粉煤灰，细度≤25.0％，需水量比≤105％，烧失量≤8.0％，三氧化硫含量≤3.0％。
60.矿渣粉为s95级以上，比表面积为：400～500m2/kg，密度≥2.8g/cm3，流动度比≥95％，烧失量≤3.0％，三氧化硫含量≤4.0％，7天活性指数≥75％，28天活性指数≥95％。
61.细骨料为天然ⅱ中砂，细度模数为2.3-3.0，含泥量≤3.0％，泥块含量≤1.0％，吸水率≤2％，堆积密度≥1400kg/m3，表观密度≥2500kg/m3，孔隙率≤44％，有机质含量浅于标准色的物理性质指标要求。
62.粗骨料为碎石，其为最大粒径5～25mm的ⅱ类连续级配碎石，紧密空隙率≤45％，含泥量≤1.0％，泥块含量≤0.2％，表观密度≥2600kg/m3，压碎指标值≤20％，针片状含量≤10％。
63.减水剂为聚羧酸高性能减水剂，减水率≥25％，含气量≤6.0％，泌水率比≤50％，
压力泌水率比≤90％，一小时经时变化量≤45mm的物理性质指标要求。
64.水为淡水，ph值≥4.5，氯离子≤1000mg/l，硫酸盐离子≤2000mg/l，不溶物≤2000mg/l，可溶物≤5000mg/l。
65.实施例二
66.本实施例是基于实施例一的一种优选，本实施例中的一种防中子辐射碳化硼混凝土，包括以下重量份的组分：
67.凝胶材料：700份；细骨料：383份；粗骨料：1142份；水：175份；减水剂：7.5份；
68.凝胶材料包括以下重量份的组分：水泥：308份；粉煤灰：46份；矿渣粉：86份；碳化硼：260份。
69.其重量组分是通过试验获得，下面列举具体的试验数据。
70.实验一
71.按重量份数计，原料配比如下所示：
72.[0073][0074]
其中，砂率是混凝土中砂的质量占砂、石总质量的百分率，砂率的变动，会使骨料的总表面积有显著改变，从而对混凝土拌合物的和易性有较大影响。
[0075]
确定砂率的原则是：在保证混凝土拌合物具有的粘聚性和流动性的前提下，水泥浆最省时的最优砂率。
[0076]
砂率的变动，会影响新拌混凝土中集料的级配，使集料的空隙率和总表面积有很大变化，对新拌混凝土的和易性产生显著影响。在水泥浆数量一定时，砂率过大，集料的总表面积及空隙率都会增大，需较多水泥浆填充和包裹集料，使起润滑作用的水泥浆减少，新拌混凝土的流动性减小。砂率过小，集料的空隙率显著增加，不能保证在粗集料之间有足够的砂浆层，也会降低新拌混凝土的流动性，并会严重影响粘聚性和保水性，容易造成离析、流浆等现象。
[0077]
水胶比是指每立方米混凝土用水量与所有胶凝材料用量的比值。
[0078]
分析结果：当砂率为36％，用水量160，水胶比为0.43，随着碳化硼用量的不断增加，混凝土抗压强度逐渐增大，280时强度最高，随后随着碳化硼用量增加，混凝土抗压强度逐渐减小。
[0079]
当砂率为38％，用水量175，水胶比为0.40，外加剂掺量1.5％，随着碳化硼用量的不断增加，混凝土抗压强度逐渐增大，碳化硼用量为300左右时强度最高，然后随着碳化硼用量增加，混凝土抗压强度逐渐减小。
[0080]
实验二
[0081]
按重量份数计，原料配比如下所示：
[0082][0083][0084]
分析结果：当砂率为40％，用水量175，水胶比为0.40，外加剂掺量为1.5％，随着碳化硼用量的不断增加，混凝土坍落度逐渐减小，混凝土和易性也逐渐变差。
[0085]
实验三
[0086]
按重量份数计，原料配比如下所示：
[0087][0088]
[0089]
分析结果：当碳化硼用量在220、240、260区间范围内，砂率为38％时28天抗压强度最低。当碳化硼用量在280、300区间范围内，砂率为38％时28天抗压强度最高。
[0090]
综合实验一、实验二和实验三的数据，可以看出水泥308份、拌合水175份、粉煤灰46份、矿渣粉86份、碳化硼260份、细骨料383份、粗骨料1142份、聚羧酸减水剂7.5份的混凝土性能最好，确定为最佳混凝土配合比。
[0091]
经验证，该配方的混凝土性能最优，能够满足各方面性能，保障混凝土具有良好的流动性、抗渗、抗折、抗压、抗冻及抗收缩等性能，同时还具有较好的屏蔽中子射线的作用，其各项指标满足技术要求。
[0092]
实施例三
[0093]
本实施例是针对实施例一和实施例二中的一种防中子辐射碳化硼混凝土，因此添加了碳化硼的混凝土与普通混凝土相比，其制作工艺有所区别，因此本实施例提供一种防中子辐射碳化硼混凝土的制备方法，如图1所示，该制备方法包括：
[0094]
第一步、提前筛选参数要求符合实施例一和实施例二中描述的原材料的材料，并按照设定的比重值进行称取(本实施例以实施例二中的重量比为例)
[0095]
第二步、将1142份粗骨料、383份细骨料、46份粉煤灰和86份矿渣粉依次倒入搅拌罐内；
[0096]
第三步、启动搅拌罐，搅拌第一设定时间，使得粗骨料、细骨料、粉煤灰和矿渣粉在搅拌罐内进行初步混合。
[0097]
本实施例中第一设定时间可以为20s，也可以根据时间情况，设定第一设定时间为0，即倒入1142份粗骨料、383份细骨料、46份粉煤灰和86份矿渣粉后不进行搅拌，直接进入第四步，可以有效的节省制备时间。
[0098]
第四步、然后将将260份碳化硼、308份水泥依次倒入搅拌罐内；
[0099]
第五步、启动搅拌罐，搅拌第二设定时间，粗骨料、细骨料、粉煤灰、矿渣粉、水和减水剂进行再次混合。
[0100]
本实施例中第二设定时间的一个优选为20s，即倒入1142份粗骨料、383份细骨料、46份粉煤灰、86份矿渣粉、260份碳化硼、308份水泥后，搅拌20s后停止搅拌。
[0101]
第六步，将水和减水剂倒入搅拌罐内；
[0102]
第七步，启动搅拌罐，按照设定的搅拌速度和第三设定时间持续搅拌。
[0103]
本实施例中，因为使用了碳化硼，因此制备碳化硼混凝土所用的搅拌时间比普通混凝土要长，否则会出现局部出现一端是“干料”，一端是“稀料”的现象，因此第三设定时间的最佳搅拌时间180s，最佳搅拌速度为150-350r/min，即获得防中子辐射高性能混凝土。
[0104]
在碳化硼混凝土制备完成后，需要持续搅拌，以避免混凝土出现凝结的情况。
[0105]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
[0106]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0107]
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述发明的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。