防辐射重混凝土的性能及应用

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1、防辐射重混凝土的性能及应用摘要本文对于防辐射重混凝土做了综述介绍，对于防辐射重混凝土的制备给予了说明，包括原材料、配合比、生产工艺、产品性能、质量控制及使用中应注意的事项。对于其性能的说明包括混凝土的刚度、热稳定性、热收缩性、耐久性、防辐射性等等一系列特性。对于防辐射混凝土的应用，根据如今核技术的发展，防辐射工程面临巨大挑战，针对我国大型地下防辐射工程建设需要，采用不同密度集料，掺入含硼防辐射添加剂，通过高性能化手段制备防辐射重混凝土，同时也在本文中通过举例介绍（主要应用于医学方面）并说明了其施工工艺。这些研究和应用对于我国防辐射重混凝土的设计施工与检测具有重要价值。关键词：防辐射重混凝土，强

2、度，配合比，质量控制，应用1前言防辐射重混凝土是为有效地防御射线。由于核工业发展和放射性同位素在工业、农业、医疗及科研试验室方面地应用，都需要防辐射混凝土。施工常碰到的射线有χ、α、β、γ和中子射线等几种，其中α、β射线比χ、γ中子射线弱，一般密实混凝土均有防御能力，对于χ、γ射线要求高密度材料具有较好防御能力。对于中子射线要求含有氢原子的材料，尤其含有氢原子的水则具有较强的防御能力。防辐射混凝土所使用的胶凝材料有硅酸盐水泥、矾土水泥和钡水泥等。施工中多采用硅酸盐水泥，需水性和水化热都较小，矾土水泥可增加混凝土中结合水量，但水化热较大，施工时需采取冷却措施。对防射线要求很高的水泥，采用钡水泥，

3、用以增大混凝土的容重，但价格昂贵，一般很少用。防辐射混凝土所用的骨料有褐铁矿(2Fe2O3·3H2O)、赤铁矿(Fe2O3)、磁铁矿(Fe3O4)、重晶石(BaSO4)、废铁块、铁砂或钢砂等。石英砂常作为细骨料，碎石或卵石也是常用的粗骨料。也采用特重骨料或含水多的重骨料。[1]当前核技术的安全性问题主要包括两个方面：其一如何提高防辐射混凝土的射线屏蔽性能其二如何安全处理日益增多的核废料。目前苏联于1954年建成世界上第一座核电厂以来至今全世界已有核电厂400多座，核废料的排放量在与日俱增。我国在今后十年中每年也将产生核废物而由于目前所使用的核废料水泥固化材料的抗渗透性能差，核废液渗入地下水给人

4、类的健康造成了巨大的危害,第6页有关这类事件屡见不鲜但是由于此前这些研究并没有对材料的组成结构与性能的关系进行深入研究,进而提高材料的防辐射能力因而取得的成果甚微。[2]所以对于上述问题，研究防辐射重混凝土的制备工艺和性能、应用具有重要意义。2防辐射重混凝土的制备2.1防辐射重混凝土集料选择防辐射重混凝土材料可采用重晶石,褐铁矿、赤铁矿、硫矿、蛇纹石等。重晶石(BaSO4)比重4300kg/m³～4700kg/m³，性脆,国内防辐射混凝土多用重晶石作为防辐射用集料,该材料主要产于陕西、湖北、山东等地,由于该材料较脆,从各地取得的原材料多棱角,多针片状,不利于泵送。且该材料热膨胀系数和收缩值较大

5、对超大体积、要求控制温升的混凝土有出现裂缝的潜在风险。褐铁矿(2Fe2O3.3H2O)这是含有氢氧化铁的矿石,呈现黄色或棕色、多半是附在其他铁矿之中,密度3200kg/m³～4000kg/m³。赤铁矿(Fe2O3)一种氧化铁矿石,呈暗红色,密度一般为5000kg/m³～5300kg/m³。褐铁矿、赤铁矿等铁矿石也是防辐射混凝土的较好材料,安徽芜湖至南京一带的凹凸山有相当丰富的铁矿资源是马鞍山钢铁公司的原材料供应基地。也拥有完整的矿石加工设备,所以该工程综合各方面考虑选用了该地区的铁矿石及铁矿砂作为配制混凝土的主要的集料。考虑到不同工程对防辐射混凝土的设计要求不同,可以采用不同要求的集料来取代矿

6、石、矿砂以得到不同要求的防辐射混凝土,并用于调节防辐射混凝土的和易性及可泵性。该工程采购的铁矿砂经冲洗之后其中对混凝土和易性影响非常大的矿石粉被冲走,余下的矿砂较粗细度模数超过3.5mm且0.315mm的筛子筛余量非常少,为解决混凝土和易性及可泵性问题,根据集料相互填充理论,优选了特殊粒级的细砂作为铁矿砂的补充用砂。使细骨料总体级配更加合理。[3]2.2其他原材料选择水泥:防辐射重混凝土可选用重水泥作为胶凝材料,因为该工程要求不太高,所以选择水泥厂生产的42.5级P.O水泥就可以,该水泥质量稳定、强度高、用量少、收缩小可减少水化热、防止开裂。[4]掺和料:由于该混凝土有泵送及大体积控制水化热要

7、求,所以还同时选择S95矿粉及二级粉煤灰作为矿物掺和材料,选择合理的搭配不但可以减少用水量,还可降低大体积内部温度,以防温度梯度引起收缩缝。外加剂:为提高混凝土密度、减少用水量及泵送要求,选用了的高效缓凝减水泵送剂,这样可以延长混凝土凝结时间,调节混凝土水化热。[5]2.3防辐射重混凝土的拌合按表1第6页配合比，采用强制式搅拌机进行拌合，以装料率(1／3)，按二次投料方式，即：细集料—水泥掺和料—