[发明专利]一种水泥基中子屏蔽材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种水泥基中子屏蔽材料，包括基体材料和功能骨料，所述基体材料和所述功能骨料的重量比为1：0.45～0.55；所述基体材料包括如下重量份的组分：复合水泥100份、聚合物5～15份、聚羧酸减水剂0.8份，以及碳纤维且所述碳纤维的重量为所述基体材料重量的3％；所述功能骨料包括如下重量份的组分：级配石墨颗粒46～58份和屏蔽吸收粉体13.6～14.3份。该水泥基中子屏蔽材料改善了传统水泥基中子屏蔽材料的中子屏蔽性能，力学性能以及相容性。本发明还公开了一种水泥基中子屏蔽材料的制备方法。

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，涉及对核电站屏蔽层设计以及放射性乏燃料的屏蔽处理，具体涉及一种水泥基中子屏蔽材料及其制备方法。

背景技术

中子射线通常出自反应堆中核裂变或者核聚变所产生的一种高能粒子流，它虽然呈电中性，但穿透力很强，传播路程更远，辐射伤害更高。随着核能的快速发展，核废料的产量日益增多，对核电安全屏蔽层的质量控制和核废料的储存处理方面就显得尤为重要。

传统水泥基材料价格低廉，对中子和伽马射线有一定的屏蔽效果，但是屏蔽效率不高。目前主要是向水泥基材料中直接加入含硼类中子吸收剂和高密度重骨料来提高材料的中子屏蔽效果，因材料组分密度的差异大以及含硼类掺料的缓凝作用，往往造成水泥基中子屏蔽材料的分层度大，工作性能很差，力学强度低。此外，中子与水泥基屏蔽材料相互作用时，与材料内部的原子碰撞使水泥基体内部会产生热能，温度过高一方面会直接使水泥基体内的自由水蒸发，从而影响中子屏蔽性能；另一方面温度升高会使水泥基体内部产生膨胀，有生产裂缝的危险。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种水泥基中子屏蔽材料，该水泥基中子屏蔽材料改善了传统水泥基中子屏蔽材料的中子屏蔽性能，力学性能以及相容性；本发明另一方面的目的在于，提出一种水泥基中子屏蔽材料的制备方法，该制备方法简单，原料来源广。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种水泥基中子屏蔽材料，包括基体材料和功能骨料，所述基体材料和所述功能骨料的重量比为1：0.45～0.55；所述基体材料包括如下重量份的组分：复合水泥100份、聚合物5～15份、聚羧酸减水剂0.8份，以及碳纤维且所述碳纤维的重量为所述基体材料重量的3％；所述功能骨料包括如下重量份的组分：级配石墨颗粒46～58份和屏蔽吸收粉体13.6～14.3份。

本发明的技术方案还提供了一种水泥基中子屏蔽材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、按重量份备料；

S2、将聚合物和水混合均匀，得到乳液，向所述乳液中加入复合水泥、碳纤维和聚羧酸减水剂，混合均匀，得到凝胶状基体材料；将屏蔽吸收粉体和PVA粉体粘结剂混合均匀，再加入烘干后的级配石墨颗粒，混合均匀，得到功能骨料；

S3、将所述基体材料和所述功能骨料按照质量比为1：0.45～0.55混合均匀，得到成品。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

1、本发明提供的水泥基中子屏蔽材料通过加入复合水泥，不仅能改善单一水泥前期强度不足和后期强度倒缩，还能调节基体材料的凝结时间，另外通过在基体材料中加入聚合物、聚羧酸减水剂和碳纤维对基体材料进行改性，这几种物质的减水和成膜作用，不仅可以提高复合水泥浆体的内聚力和触变性，还能改善基体材料的粘聚性；

2、本发明提供的功能骨料中通过加入级配石墨颗粒，使级配石墨颗粒在基体材料中均匀分布，也提高了屏蔽吸收粉体在基体材料中分布的均匀性，而不至于使基体材料和功能骨料发生过大的分层情况，不仅能改善基体材料的工作性能，也提高了屏蔽吸收粉体对中子射线的均匀吸收效果；此外，石墨颗粒和碳纤维一方面有中子反射吸收作用，另一方面有良好的热导率，在水泥基中子屏蔽材料中作为骨架和热能传输通道可以有效散失水泥基材料内部的热量，从而减少水泥基材料内部水分的散失，提高了水泥基材料的使用温度范围；