本發(fā)明屬于建筑材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種防輻射混凝土及其制備方法。

背景技術(shù)：

核技術(shù)自誕生以來便得到迅速的發(fā)展，目前已在核電、教育、科研、醫(yī)療等眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，然而其安全性一直是困擾其進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵。眾所周知，原子核反應(yīng)產(chǎn)生的大量如α、β、γ射線和中子射線能夠誘發(fā)癌癥、白血病、多發(fā)性骨髓癌、大胸惡性腫瘤、甲狀腺技能紊亂等多種人類絕癥以及誘發(fā)植物的基因變異，危害農(nóng)作物的生長(zhǎng)，而且其潛伏期長(zhǎng)，短時(shí)間內(nèi)無法得知。因此，為防止射線對(duì)人體的傷害，在建造有輻射源的建筑時(shí)，必須設(shè)置防護(hù)體。

由于α射線、β射線穿透力弱，容易被吸收，一般厚度的防護(hù)材料就能阻隔，因此，防輻射材料主要屏蔽的是γ射線、中子射線。目前，對(duì)于輻射屏蔽最有效的措施是采用高表觀密度和高原子序數(shù)材料，比如貴重金屬鉛、鎢和混凝土等材料，其中混凝土是目前使用最為廣泛的射線防護(hù)材料。防輻射混凝土又稱為防射線混凝土、原子能防護(hù)混凝土、屏蔽混凝土、核反應(yīng)堆混凝土。目前，利用磁鐵礦石、褐鐵礦石或重晶石作粗細(xì)集料，引入充分?jǐn)?shù)量結(jié)晶水和含硼、鋰等輕元素化合物是制備防輻射混凝土最為廣泛的一種方法，采用此方法制備防輻射混凝土其粗細(xì)集料可屏蔽γ射線，輕元素化合物能有效捕捉中子且不形成二次γ射線，射線屏蔽作用較好，但由于現(xiàn)有防輻射混凝土抗離析性能較差，導(dǎo)致混凝土施工性變差，還會(huì)影響其抗輻射性能。

隨著核電、軍事、環(huán)境、醫(yī)療等的迅猛發(fā)展，核工業(yè)對(duì)于防輻射混凝土建筑材料的需求量也大大增加，因此，尋求一種防輻射效果好、抗離析性能優(yōu)異、施工性能良好的防輻射混凝土，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題：針對(duì)現(xiàn)有防輻射混凝土抗離析性能較差，導(dǎo)致混凝土施工性變差，影響其抗輻射性能的缺陷，提供了一種防輻射混凝土及其制備方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種防輻射混凝土，包括以下重量份數(shù)的原料：

50～60份水泥、200～300份改性填料、8～12份200目膨潤(rùn)土、25～30份200目獨(dú)居石、3～5份納米二氧化硅、0.3～0.5份抗離析劑、1～3份纖維、3～5份減水劑和30～40份水。

所述的水泥為高鋁水泥、硅酸鹽水泥中的一種或兩種。

所述的改性填料是由以下步驟得到的：將100～200g石墨、300～400g重晶石、200～300g赤鐵礦和80～120g蛇紋石粉碎，得到混合粉末，將混合粉末和沼液按質(zhì)量比1:5混合后，在35～40℃下密封發(fā)酵5～8天，得到發(fā)酵產(chǎn)物，將發(fā)酵產(chǎn)物離心、滅菌，得到改性填料。

所述的抗離析劑是由以下步驟得到的：

（1）將15～20g甲基烯丙醇、8～12g硼酸和100～200ml無水乙醚在130～140℃下混合后，再加入3～5ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為96%硫酸溶液，攪拌反應(yīng)2～3h后，得到產(chǎn)物，將產(chǎn)物在35～40℃下蒸餾，回收無水乙醚，得到甲基丙烯硼酸酯混合物；

（2）將25～35gn-羥甲基丙烯酰胺、20～30g甲基丙烯酸甲酯和150～200ml甲苯在75～85℃下混合后，再加入15～20g甲基丙烯硼酸酯混合物和0.3～0.5g催化劑，攪拌反應(yīng)3～4h后，在110～120℃下蒸餾，回收甲苯，得到抗離析劑。

所述的纖維為聚丙烯纖維、水鎂石纖維中的一種或兩種。

所述的減水劑為木質(zhì)素磺酸鈉、木質(zhì)素磺酸鈣中的一種或兩種。

所述的催化劑為過硫酸鉀、過氧化月桂酰、叔丁基過氧化氫中的一種或幾種。

一種防輻射混凝土的制備方法，具體制備步驟為：

（1）按重量份數(shù)配比，進(jìn)行取原料；

（2）將水泥、改性填料、200目膨潤(rùn)土、200目獨(dú)居石、納米二氧化硅和纖維加入到攪拌機(jī)中，攪拌后，得到混合料，再向混合料中加入抗離析劑、減水劑和水，繼續(xù)攪拌混合后，得到漿料，將漿料注入模具中振搗成型后，脫模、養(yǎng)護(hù)，即可得到防輻射混凝土。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明以石墨、重晶石、赤鐵礦、蛇紋石和獨(dú)居石為防輻射填料，其中，石墨具有防輻射的特性，重晶石和赤鐵礦具有較大的表觀密度，同時(shí)對(duì)γ射線具有較強(qiáng)的屏蔽作用，而蛇紋石和獨(dú)居石中含有的結(jié)晶水和稀土元素能夠吸收中子，達(dá)到對(duì)中子射線屏蔽的作用，將防輻射填料用沼液進(jìn)行處理，微生物分泌的氧化性物質(zhì)，可使防輻射填料表面產(chǎn)生羥基、羧基等基團(tuán)，再以自制的甲基丙烯硼酸酯混合物、n-羥甲基丙烯酰胺和甲基丙烯酸甲酯為單體聚合得到抗離析劑，抗離析劑中含有的酰胺基和羥甲基可與填料、混凝土表面的基團(tuán)以氫鍵的形式形成橋接，同時(shí)抗離析劑中的酯基還具有微量的引氣性能，其引入的微小氣泡具有極佳的“潤(rùn)滑和滾珠效應(yīng)”，能夠明顯降低水泥漿的剪切應(yīng)力，降低其塑性粘度，同時(shí)抗離析劑與填料、水泥等形成的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，改變了水泥基膠凝體系的流變性能，微量氣泡的引入可降低骨料的密度，進(jìn)而有效提高了混凝土的抗離析性能，并且抗離析劑中含有的硼元素具有能夠吸收熱中子、減少俘獲輻射的屏蔽層發(fā)熱、結(jié)合水中輕元素慢化快中子的作用，能夠進(jìn)一步提高混凝土的防輻射性能。

具體實(shí)施方式

取100～200g石墨、300～400g重晶石、200～300g赤鐵礦和80～120g蛇紋石加入到粉碎機(jī)中粉碎40～50min，得到混合粉末，將混合粉末、沼液按質(zhì)量比1:5加入到發(fā)酵罐中，在35～40℃下密封發(fā)酵5～8天，待發(fā)酵結(jié)束后，得到發(fā)酵產(chǎn)物，將發(fā)酵產(chǎn)物移入離心機(jī)中，以4000～5000r/min的轉(zhuǎn)速離心分離5～10min，得到沉淀物，再將沉淀物放入高壓滅菌箱中，在120～130℃下滅菌15～20min，得到滅菌物料，即改性填料，隨后取15～20g甲基烯丙醇、8～12g硼酸和100～200ml無水乙醚加入到帶有溫度計(jì)和回流裝置的三口燒瓶中，將三口燒瓶移入油浴鍋中，控制油浴溫度為130～140℃，攪拌混合5～10min后，向三口燒瓶中加入3～5ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為96%硫酸溶液，攪拌反應(yīng)2～3h，反應(yīng)結(jié)束后，得到產(chǎn)物，將產(chǎn)物倒入蒸餾釜中，在35～40℃下蒸餾，回收無水乙醚，得到甲基丙烯硼酸酯混合物，再取25～35gn-羥甲基丙烯酰胺、20～30g甲基丙烯酸甲酯和150～200ml甲苯加入到帶有溫度計(jì)和回流裝置的三口燒瓶中，并將三口燒瓶移入水浴鍋中，控制水浴溫度為75～85℃，攪拌混合5～10min后，再向三口燒瓶中加入15～20g甲基丙烯硼酸酯混合物和0.3～0.5g催化劑，攪拌反應(yīng)3～4h后轉(zhuǎn)移至蒸餾釜中，在110～120℃下蒸餾，回收甲苯，得到抗離析劑，最后，按重量份數(shù)計(jì)，取50～60份水泥、200～300份改性填料、8～12份200目膨潤(rùn)土、25～30份200目獨(dú)居石、3～5份納米二氧化硅、0.3～0.5份抗離析劑、1～3份纖維、3～5份減水劑和30～40份水，先將水泥、改性填料、200目膨潤(rùn)土、200目獨(dú)居石、納米二氧化硅、纖維加入到攪拌機(jī)中，攪拌混合3～5min，得到混合料，再向混合料中加入抗離析劑、減水劑和水，繼續(xù)攪拌混合1～3min，得到漿料，將漿料注入模具中振搗成型后，脫模，得到混凝土坯料，將混凝土坯料常溫養(yǎng)護(hù)8～10天，即可得到防輻射混凝土。所述的催化劑為過硫酸鉀、過氧化月桂酰、叔丁基過氧化氫中的一種或幾種。所述的水泥為高鋁水泥、硅酸鹽水泥中的一種或兩種。所述的纖維為聚丙烯纖維、水鎂石纖維中的一種或兩種。所述的減水劑為木質(zhì)素磺酸鈉、木質(zhì)素磺酸鈣中的一種或兩種。

實(shí)例1

取100g石墨、300g重晶石、200g赤鐵礦和80g蛇紋石加入到粉碎機(jī)中粉碎40min，得到混合粉末，將混合粉末、沼液按質(zhì)量比1:5加入到發(fā)酵罐中，在35℃下密封發(fā)酵5天，待發(fā)酵結(jié)束后，得到發(fā)酵產(chǎn)物，將發(fā)酵產(chǎn)物移入離心機(jī)中，以4000r/min的轉(zhuǎn)速離心分離5min，得到沉淀物，再將沉淀物放入高壓滅菌箱中，在120℃下滅菌15min，得到滅菌物料，即改性填料，隨后取15g甲基烯丙醇、8g硼酸和100ml無水乙醚加入到帶有溫度計(jì)和回流裝置的三口燒瓶中，將三口燒瓶移入油浴鍋中，控制油浴溫度為130℃，攪拌混合5min后，向三口燒瓶中加入3ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為96%硫酸溶液，攪拌反應(yīng)2h，反應(yīng)結(jié)束后，得到產(chǎn)物，將產(chǎn)物倒入蒸餾釜中，在35℃下蒸餾，回收無水乙醚，得到甲基丙烯硼酸酯混合物，再取25gn-羥甲基丙烯酰胺、20g甲基丙烯酸甲酯和150ml甲苯加入到帶有溫度計(jì)和回流裝置的三口燒瓶中，并將三口燒瓶移入水浴鍋中，控制水浴溫度為75℃，攪拌混合5min后，再向三口燒瓶中加入15g甲基丙烯硼酸酯混合物和0.3g催化劑，攪拌反應(yīng)3h后轉(zhuǎn)移至蒸餾釜中，在110℃下蒸餾，回收甲苯，得到抗離析劑，最后，按重量份數(shù)計(jì)，取50份水泥、200份改性填料、8份200目膨潤(rùn)土、25份200目獨(dú)居石、3份納米二氧化硅、0.3份抗離析劑、1份纖維、3份減水劑和30份水，先將水泥、改性填料、200目膨潤(rùn)土、200目獨(dú)居石、納米二氧化硅、纖維加入到攪拌機(jī)中，攪拌混合3min，得到混合料，再向混合料中加入抗離析劑、減水劑和水，繼續(xù)攪拌混合1min，得到漿料，將漿料注入模具中振搗成型后，脫模，得到混凝土坯料，將混凝土坯料常溫養(yǎng)護(hù)8天，即可得到防輻射混凝土。所述的催化劑為過硫酸鉀。所述的水泥為高鋁水泥。所述的纖維為聚丙烯纖維。所述的減水劑為木質(zhì)素磺酸鈉。

實(shí)例2

取150g石墨、350g重晶石、250g赤鐵礦和100g蛇紋石加入到粉碎機(jī)中粉碎45min，得到混合粉末，將混合粉末、沼液按質(zhì)量比1:5加入到發(fā)酵罐中，在38℃下密封發(fā)酵7天，待發(fā)酵結(jié)束后，得到發(fā)酵產(chǎn)物，將發(fā)酵產(chǎn)物移入離心機(jī)中，以4500r/min的轉(zhuǎn)速離心分離8min，得到沉淀物，再將沉淀物放入高壓滅菌箱中，在125℃下滅菌18min，得到滅菌物料，即改性填料，隨后取18g甲基烯丙醇、10g硼酸和150ml無水乙醚加入到帶有溫度計(jì)和回流裝置的三口燒瓶中，將三口燒瓶移入油浴鍋中，控制油浴溫度為135℃，攪拌混合8min后，向三口燒瓶中加入4ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為96%硫酸溶液，攪拌反應(yīng)2h，反應(yīng)結(jié)束后，得到產(chǎn)物，將產(chǎn)物倒入蒸餾釜中，在38℃下蒸餾，回收無水乙醚，得到甲基丙烯硼酸酯混合物，再取30gn-羥甲基丙烯酰胺、25g甲基丙烯酸甲酯和175ml甲苯加入到帶有溫度計(jì)和回流裝置的三口燒瓶中，并將三口燒瓶移入水浴鍋中，控制水浴溫度為80℃，攪拌混合8min后，再向三口燒瓶中加入18g甲基丙烯硼酸酯混合物和0.4g催化劑，攪拌反應(yīng)3h后轉(zhuǎn)移至蒸餾釜中，在115℃下蒸餾，回收甲苯，得到抗離析劑，最后，按重量份數(shù)計(jì)，取55份水泥、250份改性填料、10份200目膨潤(rùn)土、28份200目獨(dú)居石、4份納米二氧化硅、0.4份抗離析劑、2份纖維、4份減水劑和35份水，先將水泥、改性填料、200目膨潤(rùn)土、200目獨(dú)居石、納米二氧化硅、纖維加入到攪拌機(jī)中，攪拌混合4min，得到混合料，再向混合料中加入抗離析劑、減水劑和水，繼續(xù)攪拌混合2min，得到漿料，將漿料注入模具中振搗成型后，脫模，得到混凝土坯料，將混凝土坯料常溫養(yǎng)護(hù)9天，即可得到防輻射混凝土。所述的催化劑為過氧化月桂酰。所述的水泥為高鋁水泥。所述的纖維為聚丙烯纖維。所述的減水劑為木質(zhì)素磺酸鈉。

實(shí)例3

取200g石墨、400g重晶石、300g赤鐵礦和120g蛇紋石加入到粉碎機(jī)中粉碎50min，得到混合粉末，將混合粉末、沼液按質(zhì)量比1:5加入到發(fā)酵罐中，在40℃下密封發(fā)酵8天，待發(fā)酵結(jié)束后，得到發(fā)酵產(chǎn)物，將發(fā)酵產(chǎn)物移入離心機(jī)中，以5000r/min的轉(zhuǎn)速離心分離10min，得到沉淀物，再將沉淀物放入高壓滅菌箱中，在130℃下滅菌20min，得到滅菌物料，即改性填料，隨后取20g甲基烯丙醇、12g硼酸和200ml無水乙醚加入到帶有溫度計(jì)和回流裝置的三口燒瓶中，將三口燒瓶移入油浴鍋中，控制油浴溫度為140℃，攪拌混合10min后，向三口燒瓶中加入5ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為96%硫酸溶液，攪拌反應(yīng)3h，反應(yīng)結(jié)束后，得到產(chǎn)物，將產(chǎn)物倒入蒸餾釜中，在40℃下蒸餾，回收無水乙醚，得到甲基丙烯硼酸酯混合物，再取35gn-羥甲基丙烯酰胺、30g甲基丙烯酸甲酯和200ml甲苯加入到帶有溫度計(jì)和回流裝置的三口燒瓶中，并將三口燒瓶移入水浴鍋中，控制水浴溫度為85℃，攪拌混合10min后，再向三口燒瓶中加入20g甲基丙烯硼酸酯混合物和0.5g催化劑，攪拌反應(yīng)4h后轉(zhuǎn)移至蒸餾釜中，在120℃下蒸餾，回收甲苯，得到抗離析劑，最后，按重量份數(shù)計(jì)，取60份水泥、300份改性填料、12份200目膨潤(rùn)土、30份200目獨(dú)居石、5份納米二氧化硅、0.5份抗離析劑、3份纖維、5份減水劑和40份水，先將水泥、改性填料、200目膨潤(rùn)土、200目獨(dú)居石、納米二氧化硅、纖維加入到攪拌機(jī)中，攪拌混合5min，得到混合料，再向混合料中加入抗離析劑、減水劑和水，繼續(xù)攪拌混合3min，得到漿料，將漿料注入模具中振搗成型后，脫模，得到混凝土坯料，將混凝土坯料常溫養(yǎng)護(hù)10天，即可得到防輻射混凝土。所述的催化劑為叔丁基過氧化氫。所述的水泥為硅酸鹽水泥。所述的纖維為水鎂石纖維。所述的減水劑為木質(zhì)素磺酸鈣。

對(duì)比例：北京某新材料有限公司生產(chǎn)的防輻射混凝土。

將本發(fā)明實(shí)例1～3制得的防輻射混凝土和對(duì)比例的防輻射混凝土分別切割成100cm×100cm×100cm的混凝土試塊，并對(duì)混凝土試塊進(jìn)行性能檢測(cè)，其檢測(cè)結(jié)果如表1所示：

表1

密度：使用多功能混凝土密度測(cè)試儀對(duì)混凝土試塊進(jìn)行表觀密度測(cè)定。

抗壓強(qiáng)度：按照gb/t50107標(biāo)準(zhǔn)，分別對(duì)養(yǎng)護(hù)3天、28天后混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定。

防輻射性能：分別對(duì)本發(fā)明實(shí)例1～3制得的防輻射混凝土和對(duì)比例的防輻射混凝土制成的混凝土試塊進(jìn)行照射試驗(yàn)，用電子加速器釋放的高能粒子束對(duì)混凝土試塊進(jìn)行照射，照射能量為4mev，測(cè)定其線性衰減系數(shù)。

綜上所述，本發(fā)明所得防輻射混凝土通過添加抗離析劑，有效提高了混凝土抗離析性能，同時(shí)制得的混凝土表觀密度較大，其中骨料用量小，因此，具有較好的抗離析和防輻射性能，改善了混凝土施工性能，且混凝土機(jī)械強(qiáng)度較高，有效延長(zhǎng)了混凝土建筑物使用壽命。