[发明专利]一种非晶纤维增强的中子屏蔽特种混凝土及其制备方法

说明书

本发明一种非晶合金纤维增强的中子屏蔽特种混凝土及制备方法。混凝土以砂浆为基体，将非晶合金纤维均匀的加入基体当中，基体各组分的配比为：水150‑250kg/m3，水泥400‑460kg/m3，砂660‑1400kg/m3，碎石：2000‑2500kg/m3，非晶合金成分中硼元素所占比为10‑45%（原子百分比），长10‑15mm，宽0.5‑2mm，厚度0.02‑0.045mm，掺入量0.2‑3%（体积分数，下同）。非晶合金具有优异的抗拉强度及耐腐蚀等性能，将其适量掺入混凝土可以提高混凝土的韧性及耐腐蚀性。通过将含硼非晶合金纤维掺入混凝土中，所制备的非晶纤维增强特种混凝土具有优异的中子屏蔽效果。

技术领域

本发明属于中子屏蔽技术领域，涉及一种非晶合金纤维增强的中子屏蔽特种混凝土及其制备方法，提出把含硼元素的非晶合金纤维均匀加入混凝土中制备出既具有优异的抗折强度和耐腐蚀性，又具有中子屏蔽效果的混凝土复合材料。

背景技术

世界能源需求的64％来自煤炭、石油和天然气等化石燃料。大量化石燃料所产生的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳和颗粒物等，使人类社会生活面临严重的环境压力。核能是人类最具希望的未来能源之一，然而目前世界现有的核电站均利用核裂变能发电，随之而来的核废料处置问题也日益严重，核废料及反应堆等屏蔽混凝土不仅需要优异的力学性能和耐腐蚀性，还需要对散裂中子具有很好的屏蔽效果，因此研制具有优异中子屏蔽效果且具有高力学性能和耐腐蚀的特种混凝土是当前核能发展迫切需要解决的问题之一。

混凝土等建筑材料目前仍然是最经济的屏蔽材料，由于硼10具有很好的中子微观反应截面，所以硼化合物常被加入混凝土或聚合物中以提高屏蔽效果。然而这样的复合材料力学性能及耐腐蚀性能较差，尚无法在实际工程上应用。

非晶合金又叫金属玻璃，其具有优异的力学性能和耐腐蚀性能以及磁性能而被广泛的应用于航空航天、先进交通运输、和新能源等工业领域。将获得的含硼10元素的非晶合金加工成纤维，然后掺入到混凝土后形成具有优异中子屏蔽效果的特种混凝土，对于核能领域具有重要的工程实际意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种制备工简单，又有效解决目前放射线屏蔽复合材料的力学性能以及耐腐蚀性不足等问题，还可提高其使用寿命的非晶纤维增强的中子屏蔽特种混凝土及其制备方法。

本发明的技术方案是：一种非晶合金纤维增强的中子屏蔽特种混凝土，该混凝土以砂浆为基体，再将非晶合金纤维均匀的加入基体当中，所述非晶合金纤维掺入量为0.2-3％体积。

进一步，所述基体各组分的配比分别为：水150-250kg/m3，水泥400-460kg/m3，砂660-1400kg/m3，碎石：2000-2500kg/m3。

进一步，所述非晶合金纤维的长度为10-15mm，宽为0.5-2mm，厚度0.02-0.045mm。

进一步，所述非晶合金纤维为含硼为10-45％的高硼非晶合金。

本发明的另目的是提供一种制备上述的中子屏蔽特种混凝土的制备方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤1：将高硼非晶合金熔炼，再通过快速冷却的方式得到非晶合金纤维，剪成长10-15mm的短纤维，备用；

步骤2：按照配比称取各组分质量，首先将水泥，砂，碎石依次加入搅拌机中进行干混拌，时间在1-2分钟，得到基体，然后步骤1制备得到的非晶合金纤维加入掺合均匀，最后加水，搅拌至混凝土拌合物均匀；