一种高温环境下中子屏蔽蛇纹石混凝土的配合比设计方法与流程

专利2026-03-19  6


本发明属于建筑施工,特别涉及一种高温环境下中子屏蔽蛇纹石混凝土的配合比设计方法。


背景技术:

1、现如今核物理的应用已经涉及能源、医疗等多个方面,对于实现低碳发展和保障人民生命健康具有重要意义。但是新型涉核类设施兴起的同时也带来了建造方面的问题,如对于产生的核辐射(中子、γ)如何屏蔽等。

2、在建筑材料领域常采用含结合水的骨料来制备混凝土对中子进行防护,最常用的含结合水骨料有蛇纹石、磁铁矿石等,同时γ易引起混凝土温度升高的现象,结合水在高温下的稳定性也是着重需要考虑的问题。蛇纹石由于其自身结合水含量高(11~18%)且在600℃以内失水率保持在1%以内等独特优势而较多地应用于涉核类设施的建设。现有技术中,主要从施工性能和力学性能角度思考混凝土如何适配的问题。

3、因此,如何研究一种高温环境下中子屏蔽蛇纹石混凝土的配合比设计方法,是本领域技术人员亟需解决的技术问题。


技术实现思路

1、本发明提供一种高温环境下中子屏蔽蛇纹石混凝土的配合比设计方法,通过计算蛇纹石中的结合水、硬化净浆中水泥化学反应形成的结合水的含量,来实现对中子辐射屏蔽混凝土配合比的精准控制。

2、为解决以上技术问题,本发明包括如下技术方案:

3、一种高温环境下中子屏蔽蛇纹石混凝土的配合比设计方法,包括如下步骤:

4、步骤s1、计算蛇纹石混凝土中子屏蔽衰减系数σ:式中,σ为衰减系数,单位为cm-1,l为蛇纹石混凝土的厚度,单位为cm,m1为混凝土屏蔽前的中子通量,单位为n/cm2·s,m2为混凝土屏蔽后的中子通量,单位为n/cm2·s;

5、步骤s2、通过实验计算蛇纹石混凝土中子屏蔽衰减系数与结合水含量的关系:σ=0.038ln(w混+1)+0.018,公式(2),式中,w混为混凝土中结合水的含量,单位为wt.%,10≤w混≤20;

6、步骤s3、通过混凝土中结合水含量的计算胶凝材料与骨料的关系:w=w(t),公式(3),式中,w为净浆在t度时的失水量,单位为wt.%,50≤t≤650;净浆中结合水含量w净为:w净=w(650)-w(t),公式(4),粗细骨料与胶凝材料掺量之间的关系为:式中,x为胶凝材料的掺量,单位为kg/m3,y为粗细骨料的掺量,单位为kg/m3,z为水的含量,单位为kg/m3,a为通过x荧光光谱测得蛇纹石粗细骨料的结合水含量,单位为wt.%;

7、步骤s4、通过混凝土抗压强度需求计算胶凝材料与骨料的关系:式中,ρ胶为胶凝材料密度,ρ骨为骨料的密度,fcus,o为混凝土需要的28d抗压强度,fce为混凝土的抗压强度等级;以及

8、步骤s5、联立公式(5)和(6),得到高温环境中蛇纹石混凝土的配合比计算公式:

9、

10、进一步地,所述步骤s2包括:通过理论计算,制备结合水含量分别为11.25%、11.70%、12.15%、12.60%、13.05%、13.50%、13.95%、14.40%和14.85%的硬化净浆试块,再通过热重分析测定9个硬化净浆样品的实际结合水含量,配制出9种相应的蛇纹石混凝土,同时计算出混凝土对应的结合水含量,对9个混凝土样品进行中子辐射试验,通过大量的试验,拟合得到公式(2)。

11、进一步地,所述步骤s3包括:将养护完成的硬化净浆浸泡于酒精中48h后取出,在常温下挥发24h,通过热重分析测定混凝土净浆中的结合水含量,得到公式(3)。

12、进一步地,所述步骤s4包括:根据x、y和z三种原材料的体积之和为1m3,同时,水与胶凝材料的比例能够根据混凝土强度需求进行设计,得到公式(6)。

13、与现有技术相比,本发明具有如下优点和有益效果:

14、本发明提供一种高温环境下中子屏蔽蛇纹石混凝土的配合比设计方法,本发明通过蛇纹石混凝土在结构设计方面厚度的要求、在中子屏蔽方面的需求等,并结合相关物理参数,提出了高温环境下中子辐射屏蔽蛇纹石混凝土的配合比设计方法,对于涉核类工程的发展具有重要意义。将计算得到的蛇纹石混凝土配合比进行混凝土的配制,获得的蛇纹石混凝土进行中子辐射屏蔽试验,结果得到25cm厚度的该蛇纹石混凝土可以将中子通量屏蔽降低至原来的4.94%,符合实际应用的需求。



技术特征:

1.一种高温环境下中子屏蔽蛇纹石混凝土的配合比设计方法,其特征在于,包括如下步骤:

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤s2包括:通过理论计算,制备结合水含量分别为11.25%、11.70%、12.15%、12.60%、13.05%、13.50%、13.95%、14.40%和14.85%的硬化净浆试块,再通过热重分析测定9个硬化净浆样品的实际结合水含量,配制出9种相应的蛇纹石混凝土,同时计算出混凝土对应的结合水含量,对9个混凝土样品进行中子辐射试验,通过大量的试验,拟合得到公式(2)。

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤s3包括:将养护完成的硬化净浆浸泡于酒精中48h后取出,在常温下挥发24h,通过热重分析测定混凝土净浆中的结合水含量,得到公式(3)。

4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤s4包括:根据x、y


技术总结
本发明涉及一种高温环境下中子屏蔽蛇纹石混凝土的配合比设计方法,包括:一、计算蛇纹石混凝土中子屏蔽衰减系数;二、通过实验计算蛇纹石混凝土中子屏蔽衰减系数与结合水含量的关系;三、通过混凝土中结合水含量的计算胶凝材料与骨料掺量的关系;四、通过混凝土抗压强度需求计算胶凝材料与骨料的关系;五、得到高温环境中蛇纹石混凝土的配合比计算公式。通过蛇纹石混凝土在结构设计方面厚度的要求、在中子屏蔽方面的需求等,并结合相关物理参数,提出了高温环境下中子辐射屏蔽蛇纹石混凝土的配合比设计方法,对于涉核类工程的发展具有重要意义。

技术研发人员:陈晓明,周昱程,占羿箭,徐俊,王圣怡
受保护的技术使用者:上海建工集团股份有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/12/17
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