核電硅石混凝土以及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種建筑材料，尤其涉及一種核電硅石混凝土以及該混凝土的制備方法。本發(fā)明的核電硅石混凝土，各組分的重量含量為：玄武巖纖維3-6份、膠凝材料400-500份、級(jí)配石英石1600-1700份、水160-175份、外加劑4-6份。發(fā)明考慮核電硅石混凝土在新拌過程中易離析、成型后易開裂；高溫溶蝕深度大、易爆裂等問題，充分利用玄武巖纖維的高熔點(diǎn)和無機(jī)纖維特點(diǎn)，利用礦粉價(jià)格低、粘性和低水化熱特點(diǎn)，通過配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提高核電硅石混凝土的耐高溫性能、抗裂性能和經(jīng)濟(jì)性。
【專利說明】核電硅石混凝土以及制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種建筑材料，尤其涉及一種核電硅石混凝土以及該混凝土的制備方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國(guó)低碳經(jīng)濟(jì)及可持續(xù)發(fā)展，降低火電比例，大力發(fā)展核電，滿足電力需求、 優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、保障能源安全，已成為政府和社會(huì)各界的共識(shí)。當(dāng)前，世界上第三代核電 站一EPR型核電站已有兩座在建，但尚未有在役運(yùn)行的。而核電站硅石混凝土作為第三代 核電站（EPR)的重要組成材料，可以降低核棒熔融物的溫度、通過玻璃態(tài)物質(zhì)產(chǎn)生包裹熔 融物、減輕氧化物的密度、降低核泄露輻射值。因此，核電硅石混凝土作為第三代核電站反 應(yīng)堆腔的重要組成材料，關(guān)系到核電站的安全運(yùn)營(yíng)。
[0003] 國(guó)外的相關(guān)技術(shù)要求采用0-8_連續(xù)級(jí)配硅卵石和水泥、粉煤灰以及硅粉按一定 比例制備而成。但硅粉價(jià)格高、混凝土工作性損失大，連續(xù)級(jí)配硅卵石難以加工和控制。且 報(bào)道的硅石混凝土中膠凝材料超過530kg/m 3,混凝土開裂嚴(yán)重。
[0004] 目前核電混凝土有部分工程采用PP纖維以提高混凝土的抗裂性能，但是PP纖維 增強(qiáng)的核電混凝土高溫性能較差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的技術(shù)效果能夠克服上述缺陷，提供一種利用玄武巖纖維、級(jí)配石英石和 礦粉制備的核電硅石混凝土，其制備的高抗裂、耐高溫的核電硅石混凝土，充分提高硅石混 凝土的性能，相比目前報(bào)道成本大幅度降低，從而增強(qiáng)核電站的安全性和經(jīng)濟(jì)性。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：其各組分的重量含量為：玄武巖纖 維3-6份、膠凝材料400-500份、級(jí)配石英石1600-1700份、水160-175份、外加劑4-6份。
[0007] 優(yōu)選地材，所述的玄武巖纖維的單絲直徑為7-15um、長(zhǎng)度為2-4cm、纖維工作溫度 小于700°C、粘結(jié)溫度為1000-1100°C。
[0008] 所述的膠凝材料優(yōu)選包括水泥和礦物摻合料。
[0009] 所述的膠凝材料組份的重量配比為：水泥50-75%、礦物摻合料25-50%。
[0010] 所述的水泥采用強(qiáng)度為P. I . 42. 5或P. II . 42. 5或P. I. 52. 5或P. II . 52. 5的 水泥。
[0011] 所述的礦物摻合料采用單摻S95級(jí)礦粉，或者復(fù)摻S95級(jí)礦粉和I級(jí)粉煤灰或兩 種。
[0012] 優(yōu)選地材料，所述的級(jí)配石英石中Si02含量大于95%，含泥及泥塊含量不大于 1%，級(jí)配石英石顆粒粒徑為0-0.51111]1、0.6-11111]1、1-21111]1、2-41111]1、4-81111]1，按照級(jí)配曲線要求確 定各顆粒徑的具體摻量。
[0013] 所述外加劑優(yōu)選為聚羧酸減水劑，其減水率大于40%。
[0014] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種制備上述核電硅石混凝土的方法，其包括如下步 驟：
[0015] (1)原材料選?。?br> [0016] (2)按照規(guī)定的配料比例，將膠凝材料、級(jí)配石英石硅混合攪拌l-2min ;
[0017] (3)加入玄武巖纖維攪拌0· 5-lmin ;
[0018] ⑷加外加劑和水，攪拌2_3min，即可制成核電娃石混凝土。
[0019] 本發(fā)明考慮核電硅石混凝土在新拌過程中易離析、成型后易開裂；高溫溶蝕深度 大、易爆裂等問題，充分利用玄武巖纖維的高熔點(diǎn)和無機(jī)纖維特點(diǎn)，利用礦粉價(jià)格低、粘性 和低水化熱特點(diǎn)，通過配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提高核電硅石混凝土的耐高溫性能、抗裂性能和 經(jīng)濟(jì)性。
[0020] 利用本發(fā)明生產(chǎn)產(chǎn)品可達(dá)到如下技術(shù)指標(biāo)：
[0021] 1、力學(xué)性能：28d抗壓強(qiáng)度為40-48MPa，滿足C30/37要求；
[0022] 2、混凝土耐高溫性能：犧牲混凝土在1000度下恒溫2h保持整體穩(wěn)定性，剩余強(qiáng)度 為8-15MPa，2500°C下熔蝕最大深度小于10mm。
[0023] 3、混凝土含水率：混凝土初始含水率為6-6. 5%，經(jīng)過30d自然干燥或60°C烘干1 周，其含水率小于5% ;
[0024] 4、混凝土化學(xué)組成疋6203 為1-2%，5102為85-88%41203為1-3%，0&0為8-12%， MgO為0. 3-0. 5%，C02為0-2%，S03為0. 5-1 %。滿足核電硅石混凝土化學(xué)組成要求。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 實(shí)施例1
[0026] 本發(fā)明的核電混凝土各組分的重量含量為：玄武巖纖維5份、水泥400份、級(jí)配石 英石1700份、水165份、外加劑6份。
[0027] 所述的玄武巖纖維的單絲直徑為7um、長(zhǎng)度為2cm、纖維工作溫度為690°C、粘結(jié)溫 度為 1000°C。
[0028] 所述的膠凝材料包括水泥和礦物摻合料，其組份的重量配比為：水泥75%、礦粉 25%。
[0029] 所述的水泥采用強(qiáng)度為P. I . 52. 5或P. II . 52. 5的水泥。
[0030] 所述的級(jí)配碎石中Si02含量為95 %，含泥及泥塊含量為1 %，其顆粒粒徑級(jí)配重 量比如下：〇-〇· 5mm(26% )、0· 6-lmm(16% )、l-2mm(15% )、2-4mm(19% )、4-8mm(24% )。
[0031] 所述外加劑為聚羧酸減水劑，其減水率為41%。
[0032] 上述混凝土的制備方法，如下步驟：
[0033] (1)原材料選取；原材料化學(xué)全分析：針對(duì)水泥、石英石、礦物摻合料進(jìn)行化學(xué)全 分析，石英石的顆粒級(jí)配：依據(jù)級(jí)配曲線要求確定不同顆粒徑石英石的比例；
[0034] (2)按照規(guī)定的配料比例，將膠凝材料、石英石混合攪拌lmin ;
[0035] (3)加入玄武巖纖維攪拌0· 5min ;
[0036] (4)加外加劑和水，攪拌2min，即可制成核電硅石混凝土。如試配過程中出現(xiàn)混凝 土流動(dòng)度過大或過小，可通過單方用水量和外加劑摻量進(jìn)行調(diào)整。
[0037] 高抗裂耐高溫核電硅石混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆注振搗，混凝土帶模養(yǎng)護(hù)24h后拆模，混凝 土養(yǎng)護(hù)28d后其抗壓強(qiáng)度為45MPa，大板開裂法試驗(yàn)混凝土未見開裂，100(TC后混凝土抗壓 強(qiáng)度為1L 5MPa，2500°C平均溶蝕深度為6. 8mm，1200度混凝土出現(xiàn)液相。
[0038] 實(shí)施例2
[0039] 本發(fā)明的混凝土各組分的重量含量為：玄武巖纖維3份、膠凝材料480份、石英石 1600份、水160份、外加劑6份。
[0040] 所述的玄武巖纖維的單絲直徑為7um、長(zhǎng)度為3cm、纖維工作溫度為650°C、粘結(jié)溫 度為 1050°C。
[0041] 所述的膠凝材料包括水泥和礦物摻合料，其組份的重量配比為：水泥50%、礦物 摻合料50%。
[0042] 所述的水泥采用強(qiáng)度為Ρ· I. 42. 5的水泥。
[0043] 所述的礦物摻合料采用S95級(jí)礦粉。
[0044] 所述的硅質(zhì)卵石中Si02含量為95%，含泥及泥塊含量為1. 5%。其顆粒粒徑級(jí)配 重量比如下：〇-〇· 5mm(27% )、0· 6-lmm(12% )、l-2mm(16% )、2-4mm(20% )、4-8mm(25% )。
[0045] 所述外加劑為聚羧酸減水劑，其減水率為45%。
[0046] 上述混凝土的制備方法，如下步驟：
[0047] (1)原材料選?。会槍?duì)水泥、石英石、礦物摻合料進(jìn)行化學(xué)全分析，石英石的顆粒 級(jí)配：顆粒粒徑應(yīng)在〇-8mm的連續(xù)級(jí)配，并采用篩分法，按照《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢 驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ52-2006)獲得；
[0048] (2)按照規(guī)定的配料比例，將膠凝材料、赤鐵礦、石英石混合攪拌1. 5min ;
[0049] (3)加入玄武巖纖維攪拌0· 8min ;
[0050] (4)加外加劑和水，攪拌2. 5min，即可制成核電硅石混凝土。如試配過程中出現(xiàn)混 凝土流動(dòng)度過大或過小，可通過單方用水量和外加劑摻量進(jìn)行調(diào)整。
[0051] 高抗裂耐高溫核電硅石混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆注振搗，混凝土帶模養(yǎng)護(hù)24h后拆模，混凝 土養(yǎng)護(hù)28d后其抗壓強(qiáng)度為50MPa，大板開裂法試驗(yàn)混凝土未見開裂，100(TC后混凝土抗壓 強(qiáng)度為13. lMPa，2500°C平均溶蝕深度為7. 5mm，1180°C混凝土出現(xiàn)液相。
[0052] 實(shí)施例3
[0053] 本發(fā)明的混凝土各組分的重量含量為：玄武巖纖維6份、膠凝材料450份、石英石 1650份、水175份、外加劑6份。
[0054] 所述的玄武巖纖維的單絲直徑為15um、長(zhǎng)度為4cm、纖維工作溫度為600°C、粘結(jié) 溫度為1100 °c。
[0055] 所述的膠凝材料包括水泥和礦物摻合料，其組份的重量配比為：水泥60%、礦物 摻合料40%。
[0056] 所述的水泥采用強(qiáng)度為Ρ· I. 42. 5或R II · 42. 5的水泥。
[0057] 所述的礦物摻合料采用I級(jí)粉煤灰和S95級(jí)礦粉。
[0058] 所述的石英石中Si02含量為95%，含泥及泥塊含量為1%。其顆粒粒徑級(jí)配重量 比如下：〇-〇· 5mm(27% )、0· 6-lmm(12% )、l-2mm(16% )、2-4mm(20% )、4-8mm(25% )。
[0059] 所述外加劑為聚羧酸減水劑，其減水率為50%。
[0060] 上述混凝土的制備方法，如下步驟：
[0061] (1)原材料選取；針對(duì)水泥、石英石、礦物摻合料進(jìn)行化學(xué)全分析，石英石的顆粒 級(jí)配：上述兩種材料的顆粒粒徑應(yīng)在0-8_的連續(xù)級(jí)配，并采用篩分法，按照《普通混凝土
【權(quán)利要求】
1. 一種核電硅石混凝土，其特征在于，各組分的重量含量為：玄武巖纖維3-6份、膠凝 材料400-500份、級(jí)配石英石1600-1700份、水160-175份、外加劑4-6份。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的核電硅石混凝土，其特征在于，所述的玄武巖纖維的單絲直 徑為7-15um、長(zhǎng)度為2-4cm、纖維工作溫度小于700°C、粘結(jié)溫度為1000-1100°C。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的核電硅石混凝土，其特征在于，所述的膠凝材料包括水泥和 礦物摻合料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的核電硅石混凝土，其特征在于，所述的膠凝材料組份的重量 配比為：水泥50-75%、礦物摻合料25-50%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的硅石混凝土，其特征在于，所述的水泥采用強(qiáng)度為 Ρ· I · 42. 5 或 Ρ· II · 42. 5 或 Ρ· I. 52. 5 或 Ρ· II · 52. 5 的水泥。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的硅石混凝土，其特征在于，所述的礦物摻合料采用單摻S95級(jí) 礦粉，或I級(jí)粉煤灰和S95級(jí)礦粉。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅石混凝土，其特征在于，所述的級(jí)配石英石中Si02含量 大于95%，含泥及泥塊含量不大于1%，級(jí)配石英石顆粒粒徑為0-0. 5mm、0. 6-lmm、l-2mm、 2-4mm、4-8_，按照級(jí)配曲線要求確定各顆粒徑的具體摻量。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅石混凝土，其特征在于，所述外加劑為聚羧酸減水劑，其減 水率大于40%。
9. 一種用于權(quán)利要求1-8任一權(quán)利要求所述的混凝土的制備方法，其特征在于，包括 如下步驟： (1) 原材料選?。? (2) 按照規(guī)定的配料比例，將膠凝材料、級(jí)配石英石混合攪拌l_2min ; (3) 加入玄武巖纖維攪拌0· 5-lmin ; (4) 加外加劑和水，攪拌2-3min，即可制成核電娃石混凝土。
【文檔編號(hào)】C04B14/38GK104086145SQ201410345758
【公開日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月18日
【發(fā)明者】金祖權(quán), 張巧芬, 蔣金洋, 李政 申請(qǐng)人:青島理工大學(xué)