磷酸鎂水泥基快速屏蔽材料的制備及其性能研究.pdf

1、磷酸鎂水泥（ MPC）作為一種化學(xué)結(jié)合磷酸鹽膠凝材料，在常溫下即可發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，凝結(jié)硬化。它既具有陶瓷材料的質(zhì)硬、高強(qiáng)、耐高溫的特性又具有水泥材料的可塑性好、適應(yīng)性強(qiáng)、耐久性好的特性。由于其具有早強(qiáng)快硬、流動(dòng)性好、與舊混凝土之間適應(yīng)性好、粘結(jié)強(qiáng)度高、收縮小和免燒等諸多優(yōu)點(diǎn)，在快速修補(bǔ)領(lǐng)域、核廢料處理領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，在屏蔽大型受輻射的核設(shè)施方面也具有潛在應(yīng)用。而核能作為一種高效、清潔的新型能源，在發(fā)電、醫(yī)療和食品殺菌等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)

2、用。但核能的利用也存在一定風(fēng)險(xiǎn)，尤其因人為失誤或自然災(zāi)害導(dǎo)致的核泄漏而給人類和環(huán)境造成嚴(yán)重危害，在第一時(shí)間內(nèi)加強(qiáng)核材料和設(shè)施安全，防止放射性物質(zhì)泄漏以及輻射防護(hù)顯得尤其重要。
　　基于此出發(fā)點(diǎn)，本論文針對(duì)γ射線快速屏蔽材料展開(kāi)了系統(tǒng)研究，選擇具有快凝快硬特性的磷酸鎂水泥，與重晶石以及鉛粉復(fù)合，重點(diǎn)研究了重晶石摻量、鉛粉摻量對(duì)磷酸鎂快速屏蔽材料凝結(jié)時(shí)間、流動(dòng)度、抗壓強(qiáng)度、屏蔽性的影響；其次，借助 XRD、SEM、水化熱、熱分析、孔結(jié)

3、構(gòu)分析等分析手段研究對(duì)其物相組成、微觀結(jié)構(gòu)及熱力學(xué)性能影響。最后，對(duì)屏蔽性能較優(yōu)的重晶石-金屬鉛共摻快速屏蔽材料的環(huán)境適應(yīng)性、粘接強(qiáng)度、膨脹特性、浸出性及耐久性進(jìn)行了研究。通過(guò)磷酸鎂水泥快速屏蔽材料的研究，以期得到對(duì)γ射線具有良好屏蔽效能，同時(shí)具有較好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性的新型輻射防護(hù)材料。
　　研究結(jié)果表明：重晶石部分替代重?zé)趸V可顯著降低磷酸鎂快速屏蔽材料的水化放熱，隨著重晶石摻量增加，磷酸鎂快速屏蔽材料的流動(dòng)度降低，凝結(jié)時(shí)間逐漸延

4、長(zhǎng)，抗壓強(qiáng)度先增加后降低。重晶石摻量為30％時(shí)，抗壓強(qiáng)度最高，重晶石摻量達(dá)50%時(shí)，其1d抗壓強(qiáng)度可達(dá)39.4MPa。加入鉛粉后，隨著鉛粉摻量增加，流動(dòng)度逐漸增大，抗壓強(qiáng)度總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，鉛粉摻20%時(shí)，其1d抗壓強(qiáng)度為27.0MPa。
　　從屏蔽效果來(lái)看，單摻重晶石時(shí)，隨著重晶石摻量的增加，磷酸鎂水泥快速屏蔽材料對(duì)γ射線的屏蔽率增大。重晶石摻量為50%時(shí)，γ射線屏蔽率為57.7%。重晶石-金屬鉛共摻時(shí)，隨著鉛粉摻量增加，磷酸鎂

5、水泥快速屏蔽材料的γ射線屏蔽效果進(jìn)一步提高，鉛粉摻量為20%時(shí)，γ射線屏蔽率可達(dá)70%。
　　其它性能方面，磷酸鎂水泥快速屏蔽材料具有非常好的流動(dòng)性，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，與舊混凝土之間粘接強(qiáng)度高，長(zhǎng)期強(qiáng)度發(fā)展良好，鉛浸出小，化學(xué)穩(wěn)定性較好，抗凍融能力強(qiáng)。本論文制備的磷酸鎂水泥快速屏蔽材料的凝結(jié)時(shí)間≤30min，初始流動(dòng)度≥230mm，1d抗壓強(qiáng)度≥25MPa，1h粘接強(qiáng)度≥3MPa，既具有良好的輻射屏蔽性能，又可以作為快速修補(bǔ)材料，在核