一种含人造包水骨料的中子屏蔽混凝土及其制备方法与流程

本发明属于防辐射混凝土制备，特别涉及一种含人造包水骨料的中子屏蔽混凝土及其制备方法。

背景技术：

1、在核电厂等设施建设中，混凝土结构是辐射屏蔽层的重要组成部分。对于核反应产生的快中子，水是最好的慢化剂。在混凝土材料中使用蛇纹石作为混凝土骨料，可以起到良好的中子屏蔽作用，目前已经在少数核设施中得到应用。

2、蛇纹石是一种含有约13％重量比的结合水的矿物。然而，作为一种天然矿石，蛇纹石骨料杂质多、生产成本高，制得的蛇纹石混凝土工作性差、含水率难以进一步提高，无法满足核设施规模化应用的需要。

3、因此，如何提供一种能够规模化生产的含人造包水骨料的中子屏蔽混凝土及其制备方法，解决核设施规模化应用的需求，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种含人造包水骨料的中子屏蔽混凝土及其制备方法，能够实现规模化生产，解决了核设施规模化应用的需求问题。

2、为解决以上技术问题，本发明包括如下技术方案：

3、一种含人造包水骨料的中子屏蔽混凝土，所述混凝土的各组分按质量比为(kg/m3)：

4、混合粗骨料900～1200，蛇纹石细骨料600～800，水泥200～260，矿粉80～120，粉煤灰80～40，水180～220，减水剂3～6；其中，所述混合粗骨料由人造包水骨料和蛇纹石粗骨料混合而成，混合比例可以为任意值，粒径范围为3mm～40mm；所述蛇纹石细骨料的粒径范围为0.25mm～3mm。

5、进一步地，所述人造包水骨料包括金属外壳、多孔结构以及水基液体，所述金属外壳为密封结构，用于容纳多孔结构；所述多孔结构为陶粒原料与1％～10％重量比的粉末状b4c或gd2o3进行混合，其中，b4c的重量占粉末状总重量的20％～80％，粉末的粒径10微米，成形为规定形状，使得到的成形体干燥后烧制而成；以及水基液体，所述水基液体为容纳于所述多孔结构孔隙中的天然水、自来水或硼酸溶液。

6、进一步地，所述多孔结构的孔隙率>30％，筒压强度>10mpa。

7、进一步地，所述陶粒是从氧化铝粒子、氧化硅粒子、碳化硅粒子及氮化硅粒子中选择的至少一种。

8、进一步地，所述金属外壳为金属球壳或其他中空异形封闭结构，金属为不锈钢材质。

9、进一步地，所述金属球壳的外半径为r，厚度为t，其中r的取值范围为1.5mm～20mm，则式中，α为安全系数，取值为1.5～2.0；p＝1.55mpa为水在200℃温度下的沸腾临界压力；σy＝360mpa为所述金属材质的屈服应力。该条件系根据理论力学中球壳受内压产生薄膜应力公式、且薄膜应力须小于金属球壳材质的屈服应力转换而得。

10、本发明还提供了含人造包水骨料的中子屏蔽混凝土制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

11、步骤s1、将碳纳米管、减水剂、水混合搅拌，同时使用超声波促进碳纳米管的分散，制备得到均匀的悬浊液；

12、步骤s2、提供人造包水骨料、普通粗骨料和蛇纹石粗骨料混合而成的混合粗骨料，向搅拌机内加入蛇纹石细骨料、水泥、矿粉、粉煤灰，并搅拌60s；

13、步骤s3、加入步骤s1的悬浊液，并搅拌120～240s。

14、进一步地，所述人造包水骨料包括金属外壳、多孔结构以及水基液体，所述金属外壳为密封结构，用于容纳多孔结构；所述多孔结构为陶粒原料与1％～10％重量比的粉末状b4c或gd2o3进行混合，其中，b4c的重量占粉末状总重量的20％～80％，粉末的粒径10微米，成形为规定形状，使得到的成形体干燥后烧制而成；所述多孔结构的孔隙率>30％，筒压强度>15mpa；所述水为容纳于所述多孔结构孔隙中的天然水或自来水多孔结构以及水基液体。

15、与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

16、本发明提供一种含人造包水骨料的中子屏蔽混凝土，该混凝土的各组分按质量比为(kg/m3)：

17、混合粗骨料900～1200，蛇纹石细骨料600～800，水泥200～260，矿粉80～120，粉煤灰80～40，水180～220，减水剂3～6；其中，所述混合粗骨料由人造包水骨料和蛇纹石粗骨料混合而成，混合比例可以为任意值，粒径范围为3mm～40mm；所述蛇纹石细骨料的粒径范围为0.25mm～3mm。该人造包水骨料包括金属外壳、多孔结构和水基液体，金属外壳为密封结构，用于容纳多孔结构；多孔结构为陶粒原料与1％～10％重量比的粉末状b4c或gd2o3进行混合，其中，b4c的重量占粉末状总重量的20％～80％，粉末的粒径10微米，成形为规定形状，使得到的成形体干燥后烧制而成；以及水基液体，水基液体为容纳于多孔结构孔隙中的天然水、自来水或硼酸溶液。该人造包水骨料取材方便，其制备流程简单，生产流程可以高度工业化，进而可以制备得到含水率、工作性、快中子慢化能力、热中子吸收能力均优于现有混凝土的新型混凝土，满足特殊核设施中的核辐射特别是中子屏蔽结构建设的需求。

技术特征：

1.一种含人造包水骨料的中子屏蔽混凝土，其特征在于，所述混凝土的各组分按质量比为(kg/m3)：

2.根据权利要求1所述的含人造包水骨料的中子屏蔽混凝土，其特征在于，所述人造包水骨料包括金属外壳、多孔结构以及水基液体，所述金属外壳为密封结构，用于容纳多孔结构；所述多孔结构为陶粒原料与1％～10％重量比的粉末状b4c或gd2o3进行混合，其中，b4c的重量占粉末状总重量的20％～80％，粉末的粒径10微米，成形为规定形状，使得到的成形体干燥后烧制而成；以及水基液体，所述水基液体为容纳于所述多孔结构孔隙中的天然水、自来水或硼酸溶液。

3.根据权利要求1所述的含人造包水骨料的中子屏蔽混凝土，其特征在于，所述多孔结构的孔隙率>30％，筒压强度>10mpa。

4.根据权利要求1所述的含人造包水骨料的中子屏蔽混凝土，其特征在于，所述陶粒是从氧化铝粒子、氧化硅粒子、碳化硅粒子及氮化硅粒子中选择的至少一种。

5.根据权利要求1所述的含人造包水骨料的中子屏蔽混凝土，其特征在于，所述金属外壳为金属球壳或其他中空异形封闭结构，金属为不锈钢材质。

6.根据权利要求5所述的含人造包水骨料的中子屏蔽混凝土，其特征在于，所述金属球壳的外半径为r，厚度为t，其中r的取值范围为1.5mm～20mm，则

7.根据权利要求1所述的含人造包水骨料的中子屏蔽混凝土制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述人造包水骨料包括金属外壳、多孔结构以及水基液体，所述金属外壳为密封结构，用于容纳多孔结构；所述多孔结构为陶粒原料与1％～10％重量比的粉末状b4c或gd2o3进行混合，其中，b4c的重量占粉末状总重量的20％～80％，粉末的粒径10微米，成形为规定形状，使得到的成形体干燥后烧制而成；所述多孔结构的孔隙率>30％，筒压强度>15mpa；所述水为容纳于所述多孔结构孔隙中的天然水或自来水。

技术总结本发明涉及一种含人造包水骨料的中子屏蔽混凝土及其制备方法。该人造包水骨料包括金属外壳、多孔结构和水基液体基液体，金属外壳为密封结构，用于容纳多孔结构；多孔结构为陶粒原料与1％～10％重量比的粉末状B<subgt;4</subgt;C或Gd<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;进行混合，其中，B<subgt;4</subgt;C的重量占粉末状总重量的20％～80％，粉末的粒径10微米，成形为规定形状，使得到的成形体干燥后烧制而成；水基液体为容纳于多孔结构孔隙中的天然水、自来水或硼酸溶液。该人造包水骨料取材方便，其制备流程简单，生产流程高度工业化，制备得到含水率、工作性、快中子慢化能力、热中子吸收能力均优于现有混凝土的新型混凝土，满足特殊核设施中的核辐射特别是中子屏蔽结构建设的需求。技术研发人员：陈晓明,占羿箭,周昱程,徐俊,王圣怡受保护的技术使用者：上海建工集团股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/18