[发明专利]一种硅质核电牺牲材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种新型硅质核电牺牲材料及其制备方法，该新型牺牲材料的主要组成为：PII·52.5级硅酸盐水泥325‑335份、粉煤灰175‑190份、硅粉15‑25份、石英砂1650‑1750份、水145‑155份、减水剂7‑10份、聚丙烯纤维1‑1.5份、磺化石墨烯0.5‑1.5份。本发明制备工艺简单，采用常规的强制式单卧轴混凝土搅拌机即可制备出流动性、强度、抗熔蚀性能优良的核电牺牲材料。本发明制备的新型硅铁质核电牺牲材料具有工作性能好、强度高、耐熔蚀性好等优点，主要用于目前第三代核电站堆芯捕集器中，具有广泛的工程应用价值。

技术领域

本发明涉及核电材料领域，特别涉及一种新型硅质核电牺牲材料及该材料的制备方法。

背景技术

在当前第三代核电技术中，为了缓解严重核电事故，通常在第三代核电站反应堆下方设置堆芯捕集器。堆芯捕集器主要用来收集、冷却和固化堆芯熔融物。牺牲材料是核电站中堆芯捕集器的重要组成部分，该材料在堆芯熔融物的冷却和固化过程中发挥了至关重要的作用。首先，牺牲材料可以氧化堆芯熔融物里的高放射性物质；其次，牺牲材料可以降低堆芯熔融物的温度；最后，牺牲材料还可以减少安全壳内部压力的增大。虽然国内外都有关于核电牺牲材料的报道，但是整体而言，目前制备出的牺牲材料存在工作性能差、抗压强度低、抗熔蚀性能差等问题。作为一种新型二维纳米材料，石墨烯具有优良的光学、电学、力学和热学特性，用石墨烯及其衍生物来改善材料的性能，是目前科学界和工程界研究的热点。向牺牲材料中掺入石墨烯或者其衍生物可以提高牺牲材料的分解焓变，从而可以降低其熔蚀速率，进而可以提高核电站的安全性。然而，当前尚未看到采用石墨烯或者其衍生物来制备牺牲材料的报道。

发明内容

发明目的：为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种新型硅质核电牺牲材料及其制备方法。

技术方案：为了实现上述目的，本发明公开一种新型硅质核电牺牲材料及其制备方法，该材料的主要由以下重量份比例的原材料制备而成：

PII·52.5级硅酸盐水泥325-335份、粉煤灰175-190份、硅粉15-25份、石英砂1650-1750份、水145-155份、减水剂7-10份、聚丙烯纤维1-1.5份、磺化石墨烯0.5-1.5份。

所述的粉煤灰为I级粉煤灰，其中SiO₂含量为45-50％，Al₂O₃含量为27-35％，Fe₂O₃含量为4-6％， CaO含量为8-10％。

所述的硅粉呈实心球状，其中SiO₂含量大于等于95％，火山灰活性指数大于95％，比表面积大于等于2000m²/kg。

所述的石英砂为高品质石英粉，它的SiO₂含量大于等于99％。石英砂中0mm-5mm粒径占56％，5 mm-8mm粒径占44％。

所述的水为自来水或饮用水，符合《混凝土用水标准》(JGJ63-2006)的要求。

所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂，外观呈无色至浅黄色，密度为1.05-1.15g/ml，固含量大于等于 40％(质量含量)，pH值为4±2，减水率大于等于33.9％。

所述的聚丙烯纤维为束状单丝，其长度5-7mm，直17-20μm，密度0.9-0.95g/cm³，熔点 165-175℃，弹性模量大于等于3500MPa。

所述的磺化石墨烯呈片状，其直径为50-100μm，厚度为1-2nm。

所述的新型硅质核电牺牲材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)取PII·52.5级硅酸盐水泥、粉煤灰、硅粉、石英砂，混合干拌均匀得到混合材料M1；