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一种核电工程用水泥 混凝土

阅读：1发布：2021-01-04

专利汇可以提供一种核电工程用水泥混凝土专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种核电工程用水泥混凝土，每立方混凝土中各材料用量如下：水泥熟料350‑400kg、石膏 11‑20kg、掺合料130‑170kg、硼砂0.1‑0.25kg、骨料 1950‑2100kg、尿素1.5‑2.5kg、石墨烯1‑2kg、纤维 10‑15kg、水190‑230kg。该水泥混凝土密实性较好、孔隙率较低，其孔隙率为3.5‑8%，表观密度为2700‑2850Kg/m3。此外，该混凝土表观密度较高，重元素和轻元素含量高，热稳定性好、热导率高、热膨胀和收缩小。，下面是一种核电工程用水泥混凝土专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种核电工程用水泥混凝土，其特征在于，每立方混凝土中各材料用量如下：水泥熟料350-400kg、石膏11-20kg、掺合料130-170kg、硼砂0.1-0.25kg、骨料1950-2100kg、尿素
1.5-2.5kg、石墨烯1-2kg、纤维10-15kg、水190-230kg；所述的水泥熟料是由以下重量份的原料组成的：海工硅酸盐水泥熟料50-65份、硫铝酸盐水泥熟料20-35份和贝利特-硫铝酸钡钙水泥熟料10-20份；所述的掺合料是由以下重量份的原料组成：粉煤灰20-35份、钢渣50-
65份和钡渣15-30份。
2.根据权利要求1所述水泥混凝土，其特征在于，每立方混凝土中各材料用量如下：水泥熟料380kg、石膏15kg、掺合料150kg、硼砂0.15kg、骨料2000kg、尿素1.8kg、石墨烯1.5kg、纤维13kg、水200kg；所述的水泥熟料是由以下重量份的原料组成的：海工硅酸盐水泥熟料
55份、硫铝酸盐水泥熟料30份和贝利特-硫铝酸钡钙水泥熟料15份；所述的掺合料是由以下重量份的原料组成：粉煤灰20份、钢渣55份和钡渣25份。
3.根据权利要求1所述的水泥混凝土，其特征在于，所述的海工硅酸盐水泥熟料硅酸三钙含量为45-50%，铁相含量为10-13%，3天抗压强度为14.5-16.0MPa。
4.根据权利要求1所述的水泥混凝土，其特征在于，所述的硫铝酸盐水泥熟料无水硫铝酸钙含量为48-55%，铁相含量为6-9%，1天抗压强度为24-28MPa。
5.根据权利要求1所述的水泥混凝土，其特征在于，所述的贝利特-硫铝酸钡钙水泥熟料硅酸二钙含量为40-50%，硫铝酸钡钙含量为6-10%，3天抗压强度为12-15MPa。
6.根据权利要求1所述的水泥混凝土，其特征在于，所述的石膏为天然硬石膏和脱硫石膏的其中一种或二者复合，但要求其SO3含量≥35%。
7.根据权利要求1所述的水泥混凝土，其特征在于，所述的钡渣主要成分为BaSO4、BaCO3和SiO2，其BaSO4含量为30-40%，BaCO3含量为20-30%，SiO2含量为25-40%。
8.根据权利要求1所述的水泥混凝土，其特征在于，所述的骨料由以下重量份的原料组成：河沙32-37份、碎石45-60份和钢渣10-25份；所述的河沙细度模数为2.8-3.5，含泥量为
1.0-2.5%；所述的碎石为石灰石碎石，针片状含量为4-8%；所述的钢渣颗粒尺寸为9-12mm。
9.根据权利要求1所述的水泥混凝土，其特征在于，所述的石墨烯为氧化还原石墨烯，横向尺寸为10-25μm，纵向尺寸为3-15nm，电导率为5000-9000Ω-1cm-1。
10.根据权利要求1所述的水泥混凝土，其特征在于，所述的纤维为钢纤维，长度为50-
90mm，直径为0.3-0.75mm。

说明书全文

一种核电工程用水泥 混凝土

技术领域

[0001] 本发明属于特种建筑材料领域，特别涉及一种核电工程用水泥混凝土。

背景技术

[0002] 随着社会发展和核电技术的进步，核能发电已成为低碳发电的一种重要方式。核能发电是利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电，但原子核裂变释放热能的同时会产生的大量射线，如α射线、β射线、γ射线、x射线和中子射线，会诱发多种疾病和基因变异，对环境和人类健康构成极大的威胁。因此，在核电工程建设中必须设置防护体。目前，水泥混凝土主要用于建设核反应堆的内外壳和核废料的固化处理设施，是使用最为广泛的射线防护材料。

[0003] 由核裂变产生的诸多射线中，α，β射线穿透能力较低，易被吸收，普通的表面防护材料就可将其吸收，不必做其它特殊防护。因此，核电工程中主要任务是对γ射线、x射线和中子射线的防护。γ射线是一种电磁波，具有频率高高、能量大的特点，当它通过高密度材料时，其能量被减弱，因此，当水泥混凝土达到一定密度和厚度时便能将γ射线完全吸收；x射线是波长为10-4～10-6cm的电磁波，穿透能力较强，防护难度较大；中子射线是由不带电核的微粒组成，具有高度的穿透能力，研究表明重元素和充分数量的轻元素，如硼、锂、镉、氢元素对中子射线的吸收效果明显，此外，水对中子射线也具有良好的屏蔽作用。

[0004] 因此，核电工程用水泥混凝土需要满足3个条件：1）密实性好、孔隙率低，较高的表观密度；2）一定含量的重元素和高含量的轻元素；3）热稳定性好、热导率高、热膨胀和收缩小。但现有的核电工程用水泥混凝土难以满足上述条件，因此核电工程用水泥混凝土的研究开发已成为核电工程领域亟待解决的问题。

发明内容

[0005] 为了解决上述核电工程用水泥混凝土存在的问题，本发明提供了一种核电工程用水泥混凝土。该水泥混凝土密实性较好、孔隙率较低，，其孔隙率为3.5-8.0%，表观密度为2700-2850Kg/m3。此外，该混凝土表观密度较高，重元素和轻元素含量高，热稳定性好、热导率高、热膨胀和收缩小。

[0006] 本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一种核电工程用水泥混凝土，其特征在于，每立方混凝土中各材料用量如下：水泥熟料
350-400kg、石膏11-20kg、掺合料130-170kg、硼砂0.1-0.25kg、骨料1950-2100kg、尿素1.5-
2.5kg、石墨烯1-2kg、纤维10-15kg、水190-230kg。所述的水泥熟料是由以下重量份的原料组成的：海工硅酸盐水泥熟料50-65份、硫铝酸盐水泥熟料20-35份和贝利特-硫铝酸钡钙水泥熟料10-20份。所述的掺合料是由以下重量份的原料组成：粉煤灰20-35份、钢渣50-65份和钡渣15-30份。

[0007] 优选的所述水泥混凝土，其特征在于，每立方混凝土中各材料用量如下：水泥熟料380kg、石膏15kg、掺合料150kg、硼砂0.15kg、骨料2000kg、尿素1.8kg、石墨烯1.5kg、纤维
13kg、水200kg。所述的水泥熟料是由以下重量份的原料组成的：海工硅酸盐水泥熟料55份、硫铝酸盐水泥熟料30份和贝利特-硫铝酸钡钙水泥熟料15份。所述的掺合料是由以下重量份的原料组成：粉煤灰20份、钢渣55份和钡渣25份。

[0008] 所述的海工硅酸盐水泥熟料硅酸三钙含量为45-50%，铁相含量为10-13%，3天抗压强度为14.5-16.0MPa。

[0009] 所述的硫铝酸盐水泥熟料无水硫铝酸钙含量为48-55%，铁相含量为6-9%，1天抗压强度为24-28MPa。

[0010] 所述的贝利特-硫铝酸钡钙水泥熟料硅酸二钙含量为40-50%，硫铝酸钡钙含量为6-10%，3天抗压强度为12-15MPa。

[0011] 所述的石膏为天然硬石膏和脱硫石膏的其中一种或二者复合，但要求其SO3含量≥35%。

[0012] 所述的粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，烧失量为2-7%，SO3含量为1.0-2.5%。

[0013] 所述的钢渣为热闷处理后的钢渣，含铁量为0.3-1.2%。

[0014] 所述的钡渣主要成分为BaSO4、BaCO3和SiO2，其BaSO4含量为30-40%，BaCO3含量为20-30%，SiO2含量为25-40%。

[0015] 所述的硼砂为工业硼砂，Na2B4O7.10H2O含量为95.5-98.0%。

[0016] 所述的骨料由以下重量份的原料组成：河沙32-37份、碎石45-60份和钢渣10-25份。所述的河沙细度模数为2.8-3.5，含泥量为1.0-2.5%；所述的碎石为石灰石碎石，针片状含量为4-8%；所述的钢渣颗粒尺寸为9-12mm。

[0017] 所述的尿素为工业用尿素，缩二脲含量为0.5-0.9%。

[0018] 所述的石墨烯为氧化还原石墨烯，横向尺寸为10-25μm，纵向尺寸为3-15nm，电导率为5000-9000Ω-1cm-1。

[0019] 所述的纤维为钢纤维，长度为50-90mm，直径为0.3-0.75mm。

[0020] 本发明的水泥混凝土是以水泥熟料、石膏、掺合料、硼砂、骨料、尿素、石墨烯、纤维、水为原料混合制得。水泥熟料能够为混凝土提供足够的力学强度，石膏可以调节水泥熟料的凝结时间，硼砂是典型的硫铝酸盐水泥熟料缓凝剂，并且硼的引入可以有效的提高混凝土对中子射线的吸收。粉煤灰为球形颗粒，具有显著的“滚珠效应”，能够有效的改善混凝土塌落度，便于混凝土的施工作业；钢渣密度较大，能够有效提高混凝土比重，进而提高混凝土对射线的屏蔽；钡渣中含有大量的钡元素，可以有效的提高混凝土对中子射线的吸收能力。尿素可以降低水泥混凝土拌合水用量，调节水泥凝结时间，并且可以提高混凝土致密度和力学强度。石墨烯为典型二维材料，不仅可以提高混凝土致密度和力学强度，还可以有效改善混凝土热稳定性，提高其热导率，此外石墨烯还可以提高混凝土导电性。

[0021] 本发明的有益效果：本发明制备的核电工程用水泥混凝土性能优异，能够满足核电工程的需要，有利于核电工程的推广应用，具有显著的经济和社会效益。

具体实施方式

[0022]下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

[0023] 实施例1一种核电工程用水泥混凝土，每立方混凝土中各材料用量如下：水泥熟料350kg、石膏
11kg、掺合料170kg、硼砂0.1kg、骨料2100kg、尿素1.5kg、石墨烯2kg、纤维15kg、水190kg。所述的水泥熟料是由以下重量份的原料组成的：海工硅酸盐水泥熟料50份、硫铝酸盐水泥熟料30份和贝利特-硫铝酸钡钙水泥熟料20份。所述的掺合料是由以下重量份的原料组成：粉煤灰20份、钢渣50份和钡渣30份。

[0024] 所述的海工硅酸盐水泥熟料硅酸三钙含量为45%，铁相含量为13%，3天抗压强度为14.5MPa。

[0025] 所述的硫铝酸盐水泥熟料无水硫铝酸钙含量为55%，铁相含量为6%，1天抗压强度为24MPa。

[0026] 所述的贝利特-硫铝酸钡钙水泥熟料硅酸二钙含量为40%，硫铝酸钡钙含量为10%，3天抗压强度为15MPa。

[0027] 所述的石膏为天然硬石膏，SO3含量为40%。

[0028] 所述的粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，烧失量为2%，SO3含量为1.0%。

[0029] 所述的钢渣为热闷处理后的钢渣，含铁量为1.2%。

[0030] 所述的钡渣主要成分为BaSO4、BaCO3和SiO2，其BaSO4含量为30%，BaCO3含量为30%，SiO2含量为25%。

[0031] 所述的硼砂为工业硼砂，Na2B4O7.10H2O含量为95.5%。

[0032] 所述的骨料由以下重量份的原料组成：河沙35份、碎石45份和钢渣20份。所述的河沙细度模数为2.8，含泥量为1.0%；所述的碎石为石灰石碎石，针片状含量为4%；所述的钢渣颗粒尺寸为9-10mm。

[0033] 所述的尿素为工业用尿素，缩二脲含量为0.5%。

[0034] 所述的石墨烯为氧化还原石墨烯，横向尺寸为10-15μm，纵向尺寸为3-9nm，电导率为5000Ω-1cm-1。

[0035] 所述的纤维为钢纤维，长度为50-70mm，直径为0.3-0.5mm。

[0036] 上述水泥混凝土的制备步骤为：1）将水泥熟料、石膏、掺合料和石墨烯混合粉磨过200目筛备用；2）将硼砂、尿素和水加入混凝土搅拌机搅拌30s；3）将步骤1）得到的物料、骨料和纤维加入步骤2）的搅拌机搅拌8min。

[0037] 实施例2优选的所述水泥混凝土，其特征在于，每立方混凝土中各材料用量如下：水泥熟料
380kg、石膏15kg、掺合料150kg、硼砂0.15kg、骨料2000kg、尿素1.8kg、石墨烯1.5kg、纤维
13kg、水200kg。所述的水泥熟料是由以下重量份的原料组成的：海工硅酸盐水泥熟料55份、硫铝酸盐水泥熟料30份和贝利特-硫铝酸钡钙水泥熟料15份。所述的掺合料是由以下重量份的原料组成：粉煤灰20份、钢渣55份和钡渣25份。

[0038] 所述的海工硅酸盐水泥熟料硅酸三钙含量为47%，铁相含量为12%，3天抗压强度为15MPa。

[0039] 所述的硫铝酸盐水泥熟料无水硫铝酸钙含量为50%，铁相含量为8%，1天抗压强度为26MPa。

[0040] 所述的贝利特-硫铝酸钡钙水泥熟料硅酸二钙含量为45%，硫铝酸钡钙含量为8%，3天抗压强度为13MPa。

[0041] 所述的石膏为天然硬石膏和脱硫石膏二者复合，其SO3含量为42%。

[0042] 所述的粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，烧失量为3.5%，SO3含量为1.5%。

[0043] 所述的钢渣为热闷处理后的钢渣，含铁量为1.0%。

[0044] 所述的钡渣主要成分为BaSO4、BaCO3和SiO2，其BaSO4含量为35%，BaCO3含量为25%，SiO2含量为40%。

[0045] 所述的硼砂为工业硼砂，Na2B4O7.10H2O含量为96%。

[0046] 所述的骨料由以下重量份的原料组成：河沙35份、碎石50份和钢渣15份。所述的河沙细度模数为3.2，含泥量为1.5%；所述的碎石为石灰石碎石，针片状含量为5%；所述的钢渣颗粒尺寸为9-11mm。

[0047] 所述的尿素为工业用尿素，缩二脲含量为0.6%。

[0048] 所述的石墨烯为氧化还原石墨烯，横向尺寸为10-20μm，纵向尺寸为3-12nm，电导-1 -1率为8000Ω cm 。

[0049] 所述的纤维为钢纤维，长度为50-75mm，直径为0.3-0.6mm。

[0050] 其余同实施例1。

[0051] 实施例3一种核电工程用水泥混凝土，每立方混凝土中各材料用量如下：水泥熟料400kg、石膏
20kg、掺合料170kg、硼砂0.25kg、骨料1950kg、尿素2.5kg、石墨烯1kg、纤维10kg、水230kg。
所述的水泥熟料是由以下重量份的原料组成的：海工硅酸盐水泥熟料65份、硫铝酸盐水泥熟料25份和贝利特-硫铝酸钡钙水泥熟料10份。所述的掺合料是由以下重量份的原料组成：
粉煤灰20-35份、钢渣50-65份和钡渣15-30份。

[0052] 所述的海工硅酸盐水泥熟料硅酸三钙含量为50%，铁相含量为10%，3天抗压强度为16.0MPa。

[0053] 所述的硫铝酸盐水泥熟料无水硫铝酸钙含量为48%，铁相含量为9%，1天抗压强度为28MPa。

[0054] 所述的贝利特-硫铝酸钡钙水泥熟料硅酸二钙含量为50%，硫铝酸钡钙含量为6%，3天抗压强度为12MPa。

[0055] 所述的石膏为脱硫石膏，其SO3含量为35%。

[0056] 所述的粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，烧失量为7%，SO3含量为2.5%。

[0057] 所述的钢渣为热闷处理后的钢渣，含铁量为0.3%。

[0058] 所述的钡渣主要成分为BaSO4、BaCO3和SiO2，其BaSO4含量为40%，BaCO3含量为20%，SiO2含量为30%。

[0059] 所述的硼砂为工业硼砂，Na2B4O7.10H2O含量为98.0%。

[0060] 所述的骨料由以下重量份的原料组成：河沙32份、碎石48份和钢渣20份。所述的河沙细度模数为2.8，含泥量为2.5%；所述的碎石为石灰石碎石，针片状含量为8%；所述的钢渣颗粒尺寸为9-12mm。

[0061] 所述的尿素为工业用尿素，缩二脲含量为0.9%。

[0062] 所述的石墨烯为氧化还原石墨烯，横向尺寸为10-25μm，纵向尺寸为3-15nm，电导率为9000Ω-1cm-1。

[0063] 所述的纤维为钢纤维，长度为50-90mm，直径为0.3-0.75mm。

[0064] 其余同实施例1。

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