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《湖北大学》 2017年
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防辐射水泥的制备及其水化性能研究

黄红旗  
【摘要】:防辐射材料是人体健康、自然界及环境安全的重要保障,是核技术广泛应用的先决条件之一,也是国内外学者和专家研究的重点功能材料之一。针对目前防辐射混凝土因容重大存在着易离析、开裂等问题以及钡、锶、硼水泥存在着防辐射效果单一化、稳定性及胶凝性差、煅烧温度高等问题,开发新型防辐射水泥显得尤为重要。本文通过在工业级水泥生料里掺入一定量屏蔽性能良好的含硼化合物,经高温煅烧使其形成多元体系熟料,制备一种具有防辐射功能的水泥。结合XRD、SEM(EDS)、水化热测定仪,~(252)Cf中子测量仪等测量设备对防辐射水泥矿物组成及形貌、用水量、凝结时间、水化热、胶砂强度等性能和水化产物构成及形貌进行研究,探讨防辐射水泥矿物相组成、形貌、结构与辐射性能的关系,确定屏蔽辐射适宜的化合物及掺量。实验结果表明:在1400℃制备的防辐射水泥熟料与化合物的种类和掺量有关。随着Y1、Y3化合物掺量的增加,防辐射矿物X含量逐步增加;Y2化合物随掺量的变化不明显。化合物的掺入不同程度地影响了熟料中C_3S和C_2S矿物的相对含量。能谱取点分析表明:熟料中含有部分屏蔽元素形成的矿物相X。防辐射水泥的标准稠度用水量、凝结时间及安定性与化合物种类和掺量密切相关。就标准稠度用水量而言,掺入Y1制备的防辐射水泥用水量随掺量的增加而急剧下降,当掺量3%时,达到最小值,为24.9%;掺入Y2制备的防辐射水泥用水量随掺量的增加而缓慢增加;掺入Y3制备的防辐射水泥用水量先下降后逐步上升,保持在26%以上。不论掺入何种化合物,均会明显延长水泥的凝结时间。就初凝时间来看,掺入Y2制备的水泥延长时间较掺入Y1和Y3的短,掺入Y1和Y3的初凝时间相差较小。掺入Y1、Y2、Y3制备的水泥终凝时间随化合物掺量的变化趋势基本一致,都随掺量增加而增加。掺入Y2的终凝时间较Y1、Y3的短。这可能是Y2的掺入对C_3A、C_3S的形成有较小的影响。不论掺入何种化合物所制备的防辐射水泥安定性均合格。掺入化合物制备的防辐射水泥的强度均比空白样R的低,但程度各不相同。随着掺量的增加,掺入Y1制备的防辐射水泥的3d、7d、28d抗压、抗折强度呈降低趋势,早期强度较低,后期增幅较大;掺入Y2制备的防辐射水泥的3d、7d、28d抗压强度较低,抗折强度变化不明显;掺入Y3制备的防辐射水泥的3d、7d、28d抗压、抗折强度趋于平稳,早期强度较高,后期增幅较小。掺入不同化合物制备的防辐射水泥水化放热总量随着水化时间的延长呈现增加趋势,但是放热总量有所不同。同为2%掺量的防辐射水泥,掺入Y2的7d放热总量与空白样R比较接近,掺入Y1和Y3的7d放热总量差别较大。水化速率最大值,都集中在0.5d以内。防辐射水泥水化产物主要有C-S-H、CH、AFt、水化铝酸盐和含硼化合物。随着龄期的延长,铝酸盐水化矿物衍射峰缓慢减弱,C-S-H衍射峰变化不明显,CH、AFt、水化硼酸盐衍射峰逐渐增强,可能与晶体逐步发育完好和晶粒尺寸增大有关。在SEM观察下,纤维状的AFt、六角板状的CH轮廓明显清晰,C_3BH_(12)呈片状,CBH_5呈纤维状。防辐射水泥的中子屏蔽性能随化合物的种类和掺量而不同。掺入Y1和Y3形成的防辐射水泥中子屏蔽性能较好,在掺量为3%时,屏蔽率分别为88.4%、93.3%。这可能与具有较大吸收截面的含硼化合物有关。
【学位授予单位】:湖北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TQ172.1

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