[发明专利]一种高性能辐射屏蔽混凝土

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，涉及到高性能辐射屏蔽混凝土材料，以及中低放射性核废料的固化处理。

背景技术

为防止射线对人体的伤害，在建造有辐射源的建筑时，必须设置屏蔽体（防护体）。水泥混凝土是目前使用最为广泛的射线防护材料，主要用于制作核反应堆的内外壳以及核废料的固化处理。

防辐射混凝土一般要防止的是α、β、γ、X射线和中子流。由于α、β射线穿透能力低，易被吸收。在防辐射混凝土设计中最重要的是考虑对γ射线和中子射线的屏蔽。γ射线穿透能力强，通常通过高密度建筑材料时，其能量能被减弱，达到一定密度和厚度时，可完全被吸收。中子射线是由不带电核的微粒组成，具有高度的穿透能力，对于中子射线的防护只考虑材料的密度大还达不到目的。防止中子射线屏蔽不仅含重元素，而且必须含充分数量的轻元素。目前国内外防辐射混凝土技术主要分为两个方面：

（1）采用磁铁矿石、褐铁矿石或重晶石作粗细集料，同时引入充分数量的结晶水和含硼、锂等轻元素的化合物及其掺和料。该方法是目前使用最为广泛的一种，其特点是密度高的粗细集料可以屏蔽γ射线，含轻元素的化合物它能有效捕捉中子且不形成二次γ射线，射线屏蔽作用较好。但是由于采用密度大的材料做集料，易离析，混凝土施工性能差，水泥水化热大，混凝土易开裂，耐久性差，核废料的固化安全效果差。

（2）应用高性能混凝土技术，掺加矿物掺合料，降低混凝土水灰比，减少混凝土收缩率，提高混凝土的密实性和混凝土抗开裂能力。如法国的西瓦克斯核电站反应堆内外壳混凝土就是采用的这种技术。但是由于该方法没有采用密度大的防辐射集料，因而必须通过增加混凝土厚度才能达到屏蔽射线的目的，而且混凝土防止中子射线的能力较差。

随着核电技术的发展和在电力能源的比例加大，在提倡环保和高度重视人类健康的今天，防护材料显得尤为重要。从经济发展和战略意义上讲防辐射混凝土理应成为人们研究的重点和热点。但是，随着科学技术进步和混凝土技术的发展，使用环境的恶化以及防护建筑结构的复杂化，防辐射混凝土还有许多问题尚未有人进行过研究或者系统的研究，而这些问题直接关系到核技术的进一步发展和核能的广泛应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高性能的辐射屏蔽混凝土，采用富含结晶水的橄榄岩石材料，配制出不同密度的混凝土，来达到屏蔽γ射线、中子射线的屏蔽混凝土的要求。本发明利用富含结晶水的橄榄岩石材料作为混凝土的粗、细骨料，提高了混凝土中结晶水的含量，增强了该混凝土的中子屏蔽性能。

本发明采用的技术方案是：

利用富含结晶水的橄榄岩石作为粗、细骨料，其结晶水的含量范围为6%—14%；主要原材料包括：

水泥：采用镁水泥，P·Ⅱ42.5R级；

水：自来水

细骨料：橄榄岩砂，细度模数2.7，Ⅱ区级配，含泥量为0.1%；

粗骨料：橄榄岩石，最大粒径20mm，连续级配，针片状含量3.6%，压碎指标5.6% ；

粉煤灰：Ⅰ级；

杜拉纤维：长度3cm。

实际使用时，还可以填加外加剂，如MY-150高效减水剂等。

根据不同用途，可以配制不同的屏蔽混凝土：

（1）用于屏蔽γ射线的屏蔽混凝土：其密度为3300kg/m³，其配比如下，

水泥：水：细骨料：粗骨料= 1:0.699:4.541:5.101；

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

水泥：水：细骨料：粗骨料= 1:0.5:2.26:0.76；

（3）用于既可屏蔽中子射线同时又能屏蔽γ射线的屏蔽混凝土：其密度为2450kg/m³，其配比如下，

水泥：水：细骨料：粗骨料=1:0.53:2.26:3.53。

本发明在施工时需先投入细骨料、水泥、粗骨料、细粉掺合料搅拌均匀，l5秒左右，再投入水和外加剂搅拌不小于90秒；搅拌时间控制在90至120秒。

本发明与普通混凝土相比，其防射线能力显著增强，对于同一γ源，要使其辐射强度衰减一半，对于普通混凝土4.24cm厚，而对与该高性能辐射屏蔽混凝土则只需4.9cm厚即可。根据中子射线屏蔽试验计算结果，如果把初始的中子射线当量降低到1/10，则两种混凝土的厚度分别为：普通混凝土：32cm；高性能辐射屏蔽混凝土：21cm。