[发明专利]矿渣集料制备的防辐射混凝土及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及混凝土及其制备方法，属于混凝土领域。

背景技术

攀钢高钛重矿渣是攀钢高炉冶炼钒钛磁铁矿时产生的熔融矿渣在空气中自然冷却或水冷形成的一种由钛辉石、钙钛矿等矿物为主的石质材料。攀钢高钛重矿渣的化学成分主要为CaO、SiO₂、TiO₂、MgO、Al₂O₃，占总量95%以上，TiO₂含量大于20%，使得其在性能上与普通矿渣有很大的差别，不适合作为生产水泥的外掺料以及混凝土的矿物掺合料，在混凝土和建筑砂浆中的应用较少，很大程度上限制了高钛重矿渣的资源化利用，目前攀钢公司已有5500万吨的高钛重矿渣未得到有效利用，已成为制约攀钢生产的“瓶颈”，迫切需要研究开发攀钢高钛重矿渣规模化、资源化的高效利用技术。

在防辐射混凝土设计中，一些表观密度较大的天然矿石：重晶石、蛇纹石、赤铁矿、磁铁矿等，凭借其优良的射线屏蔽性能，被国内外学者普遍用来作为混凝土的粗细骨料。这些天然矿石依靠其具有较大的原子序数以及较高的表观密度，能够有效的阻挡射线在混凝土中的穿透。上述天然矿石属于不可再生资源，从可持续发展的角度上来说，应该寻求其替代品以制备防辐射混凝土。

而且上述天然矿石集料的表观密度（3.0～5.0×10³kg/m³）都较基相水泥砂浆的表观密度（2.6～3.0×10³kg/m³）偏大。由于这两种组分表观密度的差异，表观密度较高的集料则存在较强的下沉趋势。在混凝土浇筑振捣过程中，如果水泥浆体的黏度控制不好，将导致水泥浆体和集料严重分层，这也是普遍存在于防辐射混凝土配合比设计和施工中的一个技术难题。防辐射混凝土的匀质性不良,将出现如下的问题：第一，防辐射混凝土承担着屏蔽射线的重要责任，若混凝土匀质性不良，集料分层较为严重，使混凝土开裂倾向增大，并且骨料分布不均将导致混凝土出现较多气穴、微孔、界面裂缝等缺陷，从而使防辐射混凝土的防辐射性能不能达到预期的屏蔽效果；第二，混凝土的匀质性不良将导致混凝土硬化后其结构呈现出微观和宏观上的不均匀，不仅降低混凝土的力学性能，也给混凝土的耐久性能带来不良影响。

攀钢高钛重矿渣中含有较高的重金属矿物TiO₂成分，也与上述天然矿石一样具有较高的原子序数及表观密度，因此利用攀钢高钛重矿渣制备的防辐射混凝土也会具有较为优良的射线屏蔽性能，利用攀钢高钛重矿渣制备防辐射混凝土可以有效节约天然矿石。攀钢高钛重矿渣的表观密度（2.5～3.2×10³kg/m³）与基相水泥砂浆的表观密度（2.6～3.0×10³kg/m³）相近，利用其制备防辐射混凝土可以有效解决上述匀质性不良的问题。

核能作为一种成熟、清洁、安全和有竞争力的技术，在21世纪及未来将对人类可持续发展做出重大贡献。在核能源利用的快速发展中，用于屏蔽核反应堆带来的X，γ等射线的防辐射混凝土也需要进一步研究其发展，优化其性能。本发明使用以高钛重矿渣为原材料制备防辐射混凝土，为解决攀钢高钛重矿渣难以处理的问题提出了有效的资源化利用途径。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种矿渣集料制备的防辐射混凝土及其生产方法，以有效消纳利用矿物废渣，提高混凝土的防辐射性能和耐久性能。

本发明矿渣集料制备的防辐射混凝土，由以下重量份的原料组成：

水        140～190重量份，

凝胶材料  350～630重量份，

细集料    750～850重量份，

粗集料    1000～1500重量份，

增粘剂    0.35～1.9重量份，

减水剂    2.1～7.5重量份，

纤维      30～70重量份；

其中，所述的胶凝材料由水泥和矿物掺合料组成，所述矿物掺合料由硅灰和粉煤灰组成，凝胶材料的组成为：300～500重量份的水泥、20～60重量份的硅灰和30～70重量份的粉煤灰；所述的粗集料为高钛重矿渣粗集料；所述的细集料由高钛重矿渣砂和铅粉按质量比1：0.2～3.0组成；所述的增粘剂为甲基纤维素醚；所述纤维为聚丙烯纤维、钢纤维和铅纤维的一种或多种。