[發明專利]一種高性能輻射屏蔽混凝土

無效

• 申請號: 201210529795.6
• 申請日: 2012-12-09
• 公開（公告）號: CN103000242A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 王進君;王志強;李國鋒;王寧會;孟德川
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G21F1/04
• 分類號: G21F1/04
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李寶元

技術領域

本發明屬于建筑材料技術領域，涉及到高性能輻射屏蔽混凝土材料，以及中低放射性核廢料的固化處理。

背景技術

為防止射線對人體的傷害，在建造有輻射源的建筑時，必須設置屏蔽體（防護體）。水泥混凝土是目前使用最為廣泛的射線防護材料，主要用于制作核反應堆的內外殼以及核廢料的固化處理。

防輻射混凝土一般要防止的是α、β、γ、X射線和中子流。由于α、β射線穿透能力低，易被吸收。在防輻射混凝土設計中最重要的是考慮對γ射線和中子射線的屏蔽。γ射線穿透能力強，通常通過高密度建筑材料時，其能量能被減弱，達到一定密度和厚度時，可完全被吸收。中子射線是由不帶電核的微粒組成，具有高度的穿透能力，對于中子射線的防護只考慮材料的密度大還達不到目的。防止中子射線屏蔽不僅含重元素，而且必須含充分數量的輕元素。目前國內外防輻射混凝土技術主要分為兩個方面：

（1）采用磁鐵礦石、褐鐵礦石或重晶石作粗細集料，同時引入充分數量的結晶水和含硼、鋰等輕元素的化合物及其摻和料。該方法是目前使用最為廣泛的一種，其特點是密度高的粗細集料可以屏蔽γ射線，含輕元素的化合物它能有效捕捉中子且不形成二次γ射線，射線屏蔽作用較好。但是由于采用密度大的材料做集料，易離析，混凝土施工性能差，水泥水化熱大，混凝土易開裂，耐久性差，核廢料的固化安全效果差。

（2）應用高性能混凝土技術，摻加礦物摻合料，降低混凝土水灰比，減少混凝土收縮率，提高混凝土的密實性和混凝土抗開裂能力。如法國的西瓦克斯核電站反應堆內外殼混凝土就是采用的這種技術。但是由于該方法沒有采用密度大的防輻射集料，因而必須通過增加混凝土厚度才能達到屏蔽射線的目的，而且混凝土防止中子射線的能力較差。

隨著核電技術的發展和在電力能源的比例加大，在提倡環保和高度重視人類健康的今天，防護材料顯得尤為重要。從經濟發展和戰略意義上講防輻射混凝土理應成為人們研究的重點和熱點。但是，隨著科學技術進步和混凝土技術的發展，使用環境的惡化以及防護建筑結構的復雜化，防輻射混凝土還有許多問題尚未有人進行過研究或者系統的研究，而這些問題直接關系到核技術的進一步發展和核能的廣泛應用。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種高性能的輻射屏蔽混凝土，采用富含結晶水的橄欖巖石材料，配制出不同密度的混凝土，來達到屏蔽γ射線、中子射線的屏蔽混凝土的要求。本發明利用富含結晶水的橄欖巖石材料作為混凝土的粗、細骨料，提高了混凝土中結晶水的含量，增強了該混凝土的中子屏蔽性能。

本發明采用的技術方案是：

利用富含結晶水的橄欖巖石作為粗、細骨料，其結晶水的含量范圍為6%—14%；主要原材料包括：

水泥：采用鎂水泥，P·Ⅱ42.5R級；

水：自來水

細骨料：橄欖巖砂，細度模數2.7，Ⅱ區級配，含泥量為0.1%；

粗骨料：橄欖巖石，最大粒徑20mm，連續級配，針片狀含量3.6%，壓碎指標5.6%?；

粉煤灰：Ⅰ級；

杜拉纖維：長度3cm。

實際使用時，還可以填加外加劑，如MY-150高效減水劑等。

根據不同用途，可以配制不同的屏蔽混凝土：

（1）用于屏蔽γ射線的屏蔽混凝土：其密度為3300kg/m³，其配比如下，

水泥：水：細骨料：粗骨料=?1:0.699:4.541:5.101；

（2）用于屏蔽中子射線的屏蔽混凝土：其密度為3000kg/m³，其配比如下，

水泥：水：細骨料：粗骨料=?1:0.5:2.26:0.76；

（3）用于既可屏蔽中子射線同時又能屏蔽γ射線的屏蔽混凝土：其密度為2450kg/m³，其配比如下，

水泥：水：細骨料：粗骨料=1:0.53:2.26:3.53。

本發明在施工時需先投入細骨料、水泥、粗骨料、細粉摻合料攪拌均勻，l5秒左右，再投入水和外加劑攪拌不小于90秒；攪拌時間控制在90至120秒。

本發明與普通混凝土相比，其防射線能力顯著增強，對于同一γ源，要使其輻射強度衰減一半，對于普通混凝土4.24cm厚，而對與該高性能輻射屏蔽混凝土則只需4.9cm厚即可。根據中子射線屏蔽試驗計算結果，如果把初始的中子射線當量降低到1/10，則兩種混凝土的厚度分別為：普通混凝土：32cm；高性能輻射屏蔽混凝土：21cm。