技术领域
[0001] 本
发明涉及一种核泄漏防护墙体及其应用，属于
建筑材料领域。
背景技术
[0002]
能源是国家社会发展和经济增长的重要推动
力。随着低
碳经济和可持续发展的推进，核电成为唯一可大规模替代化石
燃料的能源。但核电站若发生严重事故也会对社会和环境造成巨大影响。目前，已提出了将
堆芯熔融物与牺牲
混凝土反应来降低熔融物
温度和
辐射性的第三代核电站熔融物稳定技术。该技术考虑了牺牲混凝土作为
安全壳衬底保护层，以足够的牺牲混凝土厚度来保证堆芯熔融物不发生泄漏，而没有考虑堆坑区周围
支撑结构在高温环境下所受到的热荷载及其高温承载性能。因而需要针对堆坑区支撑结构所处的高温环境提出相应的防护措施，防止由于堆芯捕集器结构失效导致的核泄漏问题，这对于核电站的安全运行及灾后稳定响应具有重要的意义。
发明内容
[0003] 发明目的：为了解决上述技术问题，本发明提供了一种核泄漏防护墙体及其应用。
[0004] 技术方案：为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0005] 一种核泄漏防护墙体，包括牺牲层和包裹于牺牲层外表面的防护层，所述的牺牲层为
硅铁质牺牲混凝土材料制成，所述的防护层为超高性能混凝土材料制成，所述的超高性能混凝土材料主要由以下重量份比例的原料制成：
[0006] 普通
硅酸盐
水泥550-600份、精细沉珠250-300份、硅灰85-100份、河砂750-800份、赤铁
矿石900-980份、聚乙烯醇
纤维0.5-3份、
钢纤维180-240份、
减水剂18-30份、水150-190份。
[0007] 所述的硅铁质牺牲混凝土材料主要由普通硅酸盐
水泥、
粉煤灰、硅灰、硅石、赤铁矿石、聚乙烯醇纤维、聚
羧酸减水剂和水制成。
[0008] 作为优选：
[0009] 所述的普通
硅酸盐水泥为PII·52.5级普通硅酸盐水泥。
[0010] 所述的精细沉珠呈全球状、连续粒径分布、超细、实心，其中SiO2含量为50％-54％，Al2O3含量为20-25％，Fe2O3含量为4-5％，CaO含量为12-14％。
[0011] 所述的硅灰中SiO2含量大于等于95％，
比表面积不小于20000m2/kg。
[0012] 所述的河砂细度模数为1.8，粒径为0-5mm，
密度为2.55-2.70g/cm3。
[0013] 所述的赤铁矿石，粒径范围为0.125mm-4mm，Fe2O3含量大于等于90％。
[0014] 所述的聚乙烯醇纤维为束状单丝，长径比大于100，密度为0.91g/cm3，熔点为160-170℃。
[0015] 所述的钢纤维为平直钢纤维，长径比大于60，
抗拉强度大于等于3000MPa。
[0017] 所述的超高性能混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
[0018] (1)取普通硅酸盐水泥、精细沉珠、硅灰、河砂和赤铁矿石，搅拌均匀得到混合胶凝材料；
[0019] (2)向上述混合胶凝材料中加入减水剂及水搅拌均匀得到混合浆体；
[0020] (3)向上述混合浆体中加入聚乙烯醇纤维和钢纤维，混合均匀，即得。
[0021] 所述的核泄漏防护墙体，可以通过常规方法浇注，比如先浇注防护层再浇注牺牲层。
[0022] 所述的核泄漏防护墙体在防止核泄漏中的应用，利用其能够制成新型核泄漏防护装置，有效防止核泄漏。
[0023] 技术效果：相对于
现有技术，本发明所公开的核泄漏防护墙体，通过掺入纤维能够有效抵抗堆芯熔融物与堆坑区硅铁质牺牲混凝土反应后产生的不可凝气体的
蒸汽压力及对堆坑区周围支撑结构产生的瞬时热荷载。另外采用赤铁矿石作为
骨料，使得超高性能混凝土能作为第二道防护屏障，
预防硅铁质牺牲混凝土厚度不足导致堆芯熔融物泄漏。此外，本发明核泄漏防护墙体在应用时，能够简化堆芯捕集器结构，同时能有效防护核泄漏。
附图说明
[0024] 图1为本发明
实施例的新型核泄漏防护装置的截面图，其中，1：
压力容器；2：牺牲层；3：防护层。
具体实施方式
[0025] 下面结合具体实例，进一步阐明本发明。
[0026] 以下实施例中所用原料均为以下要求：
[0027] 普通硅酸盐水泥为PII·52.5级普通硅酸盐水泥。
[0028] 精细沉珠呈全球状、连续粒径分布、超细、实心，其中SiO2含量为50％-54％，Al2O3含量为20-25％，Fe2O3含量为4-5％，CaO含量为12-14％。
[0029] 硅灰中SiO2含量大于等于95％，比表面积不小于20000m2/kg。
[0030] 河砂细度模数为1.8，粒径为0-5mm，密度为2.55-2.70g/cm3。
[0031] 赤铁矿石的粒径范围为0.125mm-4mm，Fe2O3含量大于等于90％。
[0032] 聚乙烯醇纤维为束状单丝，长径比大于100，密度为0.91g/cm3，熔点为160-170℃。
[0033] 钢纤维为平直钢纤维，长径比大于60，抗拉强度大于等于3000MPa。
[0034] 减水剂为聚羧酸高效减水剂。
[0035] 水为
自来水或
饮用水，符合《混凝土用水标准》(JGJ63-2006)的要求。
[0036] 各实施例中的牺牲层为硅铁质牺牲混凝土材料制成，按重量份数计，所选择的原料配合比包括以下组分：普通硅酸盐水泥390份、粉煤灰130.0份、硅灰20.0份、硅石1060份、赤铁矿石990份、聚乙烯醇纤维2.3份、聚羧酸减水剂5.6份、水187份。并按照牺牲混凝土材料生产工艺进行制备与养护。
[0037] 实施例1
[0038] 一种核泄漏防护墙体，包括牺牲层和包裹于牺牲层外表面的防护层，本实施例中的防护层为超高性能混凝土，按重量份数计，包括以下组分：
[0039] 普通硅酸盐水泥585份、精细沉珠270份、硅灰90份、河砂778份、赤铁矿石946份、聚乙烯醇纤维2.2份、钢纤维225份、减水剂27份、水178份。
[0040] 制备方法：
[0041] (1)取普通硅酸盐水泥、精细沉珠、硅灰、河砂和赤铁矿石，搅拌均匀得到混合胶凝材料；
[0042] (2)向上述混合胶凝材料中加入减水剂及水搅拌均匀得到混合浆体；
[0043] (3)向上述混合浆体中加入聚乙烯醇纤维和钢纤维，混合均匀，即得。
[0044] (4)浇注防护层，并养护完成后再浇注牺牲层，养护。
[0045] 实施例2
[0046] 一种核泄漏防护墙体，包括牺牲层和包裹于牺牲层外表面的防护层，本实施例中的防护层为超高性能混凝土，按重量份数计，包括以下组分：
[0047] 普通硅酸盐水泥550份、精细沉珠250份、硅灰85份、河砂750份、赤铁矿石900份、聚乙烯醇纤维0.5份、钢纤维180份、减水剂17份、水150份。
[0048] 制备方法：
[0049] (1)取普通硅酸盐水泥、精细沉珠、硅灰、河砂和赤铁矿石，搅拌均匀得到混合胶凝材料；
[0050] (2)向上述混合胶凝材料中加入减水剂及水搅拌均匀得到混合浆体；
[0051] (3)向上述混合浆体中加入聚乙烯醇纤维和钢纤维，混合均匀，即得。
[0052] (4)浇注防护层，并养护完成后再浇注牺牲层，养护。
[0053] 实施例3
[0054] 一种核泄漏防护墙体，包括牺牲层和包裹于牺牲层外表面的防护层，本实施例中的防护层为超高性能混凝土，按重量份数计，包括以下组分：
[0055] 普通硅酸盐水泥600份、精细沉珠300份、硅灰100份、河砂800份、赤铁矿石980份、聚乙烯醇纤维3份、钢纤维240份、减水剂30份、水190份。
[0056] 制备方法：
[0057] (1)取普通硅酸盐水泥、精细沉珠、硅灰、河砂和赤铁矿石，搅拌均匀得到混合胶凝材料；
[0058] (2)向上述混合胶凝材料中加入减水剂及水搅拌均匀得到混合浆体；
[0059] (3)向上述混合浆体中加入聚乙烯醇纤维和钢纤维，混合均匀，即得。
[0060] (4)浇注防护层，并养护完成后再浇注牺牲层，养护。
[0061] 对比例1
[0062] 一种核泄漏防护墙体，包括牺牲层和包裹于牺牲层外表面的防护层，本对比例1中的防护层为超高性能混凝土，按重量份数计，包括以下组分：
[0063] 普通硅酸盐水泥585份、精细沉珠270份、硅灰90份、河砂778份、赤铁矿石946份、钢纤维225份、减水剂27份、水178份。
[0064] 制备方法：
[0065] (1)取普通硅酸盐水泥、精细沉珠、硅灰、河砂和赤铁矿石，搅拌均匀得到混合胶凝材料；
[0066] (2)向上述混合胶凝材料中加入减水剂及水搅拌均匀得到混合浆体；
[0067] (3)向上述混合浆体中加入钢纤维，混合均匀，即得。
[0068] (4)浇注防护层，并养护完成后再浇注牺牲层，养护。
[0069] 对比例2
[0070] 一种核泄漏防护墙体，包括牺牲层和包裹于牺牲层外表面的防护层，本对比例2中的防护层为超高性能混凝土，按重量份数计，包括以下组分：
[0071] 普通硅酸盐水泥585份、精细沉珠270份、硅灰90份、河砂778份、赤铁矿石946份、聚乙烯醇纤维2.2份、减水剂27份、水178份。
[0072] 制备方法：
[0073] (1)取普通硅酸盐水泥、精细沉珠、硅灰、河砂和赤铁矿石，搅拌均匀得到混合胶凝材料；
[0074] (2)向上述混合胶凝材料中加入减水剂及水搅拌均匀得到混合浆体；
[0075] (3)向上述混合浆体中加入聚乙烯醇纤维，混合均匀，即得。
[0076] (4)浇注防护层，并养护完成后再浇注牺牲层，养护。
[0077] 性能检测：
[0078] 对上述实施例1-3及对比例1-2测试其28d分别在室温、600℃、800℃环境下的抗压强度。下表一为实施例1-3及对比例1-2的测试结果。
[0079] 表一测试结果(28d抗压强度)
[0080]
[0081] 由上表一结果可得，本发明实施例1-3所得超高性能混凝土，其28d强度在室温、400℃及800℃环境下表现为小幅提高后剧烈下降。相比于室温环境下的28d抗压强度，400℃环境下的28d抗压强度略有提高；而800℃环境下的28d抗压强度为室温环境下的30％左右，但仍基本满足承载要求。从对比例1-2的测试结果分析，聚乙烯醇纤维对抗压强度的提高作用不如钢纤维明显，但在800℃环境下其28d抗压强度没有显著差异。另外，复掺聚乙烯醇纤维和钢纤维能有效提高超高性能混凝土在高温下的服役性能。
[0082] 本发明将硅铁质牺牲混凝土与所公开的超高性能混凝土相结合，制成核泄漏防护墙体，应用该墙体制出新型核泄漏防护装置，如图1所示，包括压力容器1、牺牲层2和防护层3，该装置能有效应用于压力容器下的堆坑区结构，避免出现牺牲混凝土与支撑结构之间的难熔金属层承载力不足而导致系统整体结构破坏的情况，缓解瞬时热荷载，简化堆芯捕集器，从结构上进一步防止堆芯熔融物的泄漏。
