本发明属于轻质低碳水硬性混凝土领域，公开了一种含有硫酸钡重晶石的水硬性低碳混凝土及其制备方法和应用。
背景技术：
1、在核能利用、放射性物质处理、核医学以及涉及淡水环境的工程领域，对于建筑材料的要求极为严苛。这些领域不仅要求材料具备常规的结构强度性能，还需拥有良好的中子屏蔽、γ射线衰减、抗氯离子渗透等特性，以保障人员安全、环境稳定以及工程设施的耐久性。
2、现有的混凝土材料在应对这些特殊需求时存在明显不足。在辐射防护方面，普通混凝土的中子屏蔽和γ射线衰减能力较弱，难以满足核设施、核医学防护场所等对辐射防护的高要求，无法为人员和设备提供可靠的辐射屏蔽。而在淡水环境中，虽然氯离子浓度相对较低，但长期的水侵蚀以及可能存在的其他腐蚀性物质，仍会对混凝土结构造成损害。传统混凝土在抗渗透和耐久性方面存在一定局限，难以保证在淡水环境下长期使用的性能稳定。
3、此外，随着环保意识的增强和可持续发展理念的深入人心，低碳环保成为建筑材料发展的重要方向。现有的一些高性能混凝土，无论是用于辐射防护还是淡水环境工程，往往需要使用大量的高能耗材料和复杂的制备工艺，不符合低碳发展的要求。
4、海工水泥虽可用于淡水环境，但在兼具辐射防护性能与低碳环保方面仍存在局限。因此，开发一种既具有优异辐射防护性能、良好抗渗透和耐久性，又符合低碳环保要求，且主要用于淡水核防护等工程的新型混凝土材料具有重要的现实意义。
技术实现思路
1、针对上述问题，本发明提供了一种含有硫酸钡重晶石的水硬性低碳混凝土及其在核防护工程中应用。
2、本发明包括以下技术方案：
3、一种含有硫酸钡重晶石的水硬性低碳混凝土，由以下重量份原料组成：
4、42.5级硅酸盐水泥200-300份、硫酸钡重晶石粉体150-250份、改性聚丙烯纤维3-8份、工业废渣轻骨料80-120份、碳化硼粉末10-20份、纳米二氧化硅5-15份、聚羧酸减水剂2-5份、复合激发剂1-3份、水80-120份；
5、所述改性聚丙烯纤维经等离子体表面处理和硅烷偶联剂改性处理。
6、进一步的，上述一种含有硫酸钡重晶石的水硬性低碳混凝土，所述硫酸钡重晶石粉体采用分级配比组合：粒径≤10μm的超细粉占30％-40％，10-30μm细粉占40％-50％，30-50μm中细粉占20％-30％，且经600-800℃煅烧活化处理。
7、进一步的，上述一种含有硫酸钡重晶石的水硬性低碳混凝土，所述改性聚丙烯纤维的改性处理步骤包括：
8、(1)低温等离子处理：在氧气气氛下，采用50-100w射频功率处理5-10分钟；
9、(2)硅烷偶联剂处理：将经等离子处理的纤维浸入1％-3％ kh-550乙醇溶液中，60℃超声处理30-60分钟；
10、(3)热处理：120-150℃烘干固化1-2小时。
11、进一步的，上述一种含有硫酸钡重晶石的水硬性低碳混凝土，所述工业废渣轻骨料为粉煤灰陶粒与钢渣微珠的复合骨料，二者质量比为2:1-3:1，陶粒粒径3-8mm，堆积密度600-800kg/m3，钢渣微珠粒径0.5-2mm。
12、进一步的，上述一种含有硫酸钡重晶石的水硬性低碳混凝土，所述复合激发剂由硫铝酸盐熟料、石膏和氢氧化锂按质量比5:3:1组成，比表面积≥450m2/kg。
13、进一步的，上述一种含有硫酸钡重晶石的水硬性低碳混凝土，所述纳米二氧化硅为介孔结构，孔径2-5nm，比表面积300-500m2/g，且表面经氨基硅烷改性处理。
14、进一步的，上述一种含有硫酸钡重晶石的水硬性低碳混凝土，抗压强度≥60mpa，干密度≤2200kg/m3，中子屏蔽率≥85％，137cs源情况下的γ射线衰减系数≥0.35cm-1，氯离子扩散系数≤2.5×10-12m2/s。
15、本发明还公开了上述水硬性低碳混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
16、(1)预混改性：将42.5级硅酸盐水泥、纳米二氧化硅和1/4-1/2质量的硫酸钡重晶石粉体先干混5-10分钟；
17、(2)梯度搅拌：分三次加入剩余原料，每次间隔3-5分钟；
18、(3)振动密实：采用20-40hz高频振动成型；
19、(4)蒸汽养护：80-90℃恒温养护12-24小时。
20、进一步的，上述制备方法，步骤(2)中，所述梯度搅拌具体参数为：第一阶段搅拌速度60-80rpm，时间3min；第二阶段搅拌速度120-150rpm，时间5min；第三阶段搅拌速度60-80rpm，时间2min。
21、本发明还公开了上述水硬性低碳混凝土在核反应堆安全壳、放射性废物贮存库或核医学防护墙体建设中的应用。
22、相比现有技术，本发明具有如下突出的有益效果：
23、本发明通过采用分级配比煅烧活化的硫酸钡重晶石粉体(粒径≤10μm超细粉占30％-40％)、等离子与硅烷偶联剂改性的聚丙烯纤维，以及粉煤灰陶粒与钢渣微珠复合的工业废渣轻骨料，结合纳米二氧化硅和碳化硼的协同作用，实现了多重技术突破。具体表现为：抗压强度≥60mpa(实施例2达68.5mpa)，干密度≤2200kg/m3(较传统屏蔽混凝土轻14％)，中子屏蔽率≥85％(实施例2达88.3％)、137cs源的γ射线衰减系数≥0.35cm-1(实施例2达0.38cm-1)，氯离子扩散系数≤2.5×10-12m2/s(实施例2为1.8×10-12m2/s)，综合性能远超普通混凝土(如对比例1抗压强度仅42.3mpa、中子屏蔽率32.1％)。同时，利用32％的工业废渣和800℃低温煅烧工艺，碳排放降低41％(280kg/m3)，兼具高辐射屏蔽、轻质高强、抗渗耐久及低碳环保特性，适用于核反应堆安全壳、医用防护墙等场景，填补了传统材料在核防护工程中的性能空白。
1.一种含有硫酸钡重晶石的水硬性低碳混凝土，其特征在于，由以下重量份原料组成：
2.根据权利要求1所述的水硬性低碳混凝土，其特征在于，所述硫酸钡重晶石粉体采用分级配比组合：粒径≤10μm的超细粉占30％-40％，10-30μm细粉占40％-50％，30-50μm中细粉占20％-30％，且经600-800℃煅烧活化处理。
3.根据权利要求1所述的水硬性低碳混凝土，其特征在于，所述改性聚丙烯纤维的改性处理步骤包括：
4.根据权利要求1所述的水硬性低碳混凝土，其特征在于，所述工业废渣轻骨料为粉煤灰陶粒与钢渣微珠的复合骨料，二者质量比为2:1-3:1，陶粒粒径3-8mm，堆积密度600-800kg/m3，钢渣微珠粒径0.5-2mm。
5.根据权利要求1所述的水硬性低碳混凝土，其特征在于，所述复合激发剂由硫铝酸盐熟料、石膏和氢氧化锂按质量比5:3:1组成，比表面积≥450m2/kg。
6.根据权利要求1所述的水硬性低碳混凝土，其特征在于，所述纳米二氧化硅为介孔结构，孔径2-5nm，比表面积300-500m2/g，且表面经氨基硅烷改性处理。
7.根据权利要求1所述的水硬性低碳混凝土，其特征在于，,抗压强度≥60mpa，干密度≤2200kg/m3，中子屏蔽率≥85％，137cs源情况下的γ射线衰减系数≥0.35cm-1，氯离子扩散系数≤2.5×10-12m2/s。
8.如据权利要求1-7任一项所述的水硬性低碳混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述梯度搅拌具体参数为：第一阶段搅拌速度60-80rpm，时间3min；第二阶段搅拌速度120-150rpm，时间5min；第三阶段搅拌速度60-80rpm，时间2min。
10.如权利要求1-7任一项所述的水硬性低碳混凝土在核反应堆安全壳、放射性废物贮存库或核医学防护墙体建设中的应用。