核工程抗强辐射屏蔽混凝土试验研究

论文摘要

屏蔽混凝土除了要求具有建筑结构的一般功能之外,更重要的是要具有防护γ射线和中子辐射的功能。随着核反应堆技术的发展及国家核电中长期发展规划的实施,屏蔽混凝土的应用将日益广泛。本文针对我国尚未系统地开展屏蔽射混凝土性能试验研究的现状,采用理论分析、实验室试验和计算机模拟等研究方法,对国产原材料及其性能、密度为2320kg/m3-5700kg/m3的系列屏蔽混凝土的配合比设计、性能和施工技术与工艺参数等进行了系统、深入的研究,取得了对我国屏蔽混凝土的设计、施工与检测具有重要价值的研究成果。1.对各种矿石原料的表观密度、压碎指标、结晶水等性能指标的所作的测试与分析表明,我国江苏、辽宁、吉林、山东、河南、广西和四川等产地的赤铁矿、磁铁矿、重晶石、铸铁及钢丸、褐铁矿、蛇蚊石、含硼钙石等能用作屏蔽γ射线或中子射线混凝土的粗、细骨料;若须同时屏蔽γ射线和中子射线则要须将上述两种或三种矿石进行混合才能作为骨料和掺和料。2.设计屏蔽混凝土的配合比时,应选用具有连续级配的粗骨料,细骨料的密度要接近粗骨料的密度,细骨料之间密度的差别越小越好。屏蔽中子射线的屏蔽混凝土除使用褐铁矿和硼铁矿外,还要使用含硼水泥和含硼掺合料以引入结合水和增加硼含量。高密度的屏蔽混凝土则须掺入一定量的粉煤灰、褐铁矿、铬矿粉等掺合料。3.建立了质量配合比法和体积配合比法相结合的屏蔽混凝土配合比设计方法。应用所建立的方法对密度为2320kg/m3、2800kg/m3、3000kg/m3、3300kg/m3、3500kg/m3、3600kg/m3、3900kg/m3、4600kg/m3、5700kg/m3的屏蔽混凝土的配合比进行了设计,可供工程直接使用。4.以密度为3600kg/m3的防γ射线和防中子射线的屏蔽混凝土的实验结果为依据,采用自适应神经模糊推理系统（ANFIS）,建立了屏蔽混凝土配合比设计的ANFIS方法,该方法的拟合精度达到了90%以上,预测精度达到了89%以上。这为屏蔽混凝土配合比的科学设计开辟了新的途径。5.屏蔽混凝土的密度与骨料的密度成线性关系,在固定水泥用量、砂率、减水剂掺量,控制相同的坍落度时,随着铁矿石含量的增加,混凝土密度成比例增大,屏蔽混凝土的密度随用水量的增加有所降低;屏蔽混凝土坍落度随用水量、水灰比和砂率的增加而增大,每立方米的用水量增加510kg,坍落度增大5-20mm;砂率每增加2%,坍落度也增大5-20mm;屏蔽混凝土抗压强度随水灰比的增大而减小,屏蔽混凝土抗压强度与抗折强度及劈裂抗拉强度三者之间的关系可用如下关系式表示:fcc:6.90ff,fcc=9.72fts。屏蔽γ射线的屏蔽混凝土的密度、坍落度和抗压强度的影响因素及它们随这些影响因素的变化规律,与屏蔽中子射线的屏蔽混凝土有相似之处。6.不同密度的屏蔽混凝土应采用不同的施工技术和施工工艺参数。密度小于3600kg/m3的屏蔽混凝土采用泵送浇筑法施工可比常规浇筑方法施工提高效率6-10倍;密度大于3600kg/m3的屏蔽混凝土采用常规浇筑方法施工。7.建立了测试屏蔽混凝土密度均匀性的非射线法,提出了评定屏蔽混凝土密度均匀性的判据:0.98ρc,d≤ρn≤1.04ρc,d和0.99ρc,d≤ρcu≤1.03ρc,d。8.建立了检验屏蔽混凝土密度均匀性的射线法,通过测量放射源在衰减前的剂量率值和经屏蔽混凝土衰减后的剂量率值,计算出每个测量点的屏蔽混凝土的密度,再按照上述屏蔽混凝土密度合格判据来判断其密度均匀性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.3 本文研究内容
• 1.3.1 国产屏蔽混凝土原材料及其性能试验研究
• 1.3.2 系列密度的屏蔽混凝土配制试验研究
• 1.3.3 屏蔽混凝土配合比设计方法研究
• 1.3.4 屏蔽混凝土性能影响因素及变化规律试验研究
• 1.3.5 屏蔽混凝土施工技术试验研究
• 1.3.6 屏蔽混凝土密度均匀性检验方法研究
• 第二章 屏蔽混凝土原材料选择与性能试验研究
• 2.1 概述
• 2.2 屏蔽混凝土原材料选择与评价
• 2.2.1 屏蔽材料的选择原则
• 2.2.2 矿石材料的产地
• 2.3 屏蔽混凝土用原材料性能试验研究
• 2.3.1 屏蔽混凝土用胶结材料的性能试验
• 2.3.2 屏蔽混凝土用粗骨料、细骨料的性能试验
• 2.4 不同骨料的性能特点
• 2.4.1 褐铁矿
• 2.4.2 磁铁矿和赤铁矿
• 2.4.3 重晶石
• 2.4.4 铁质骨料
• 2.4.5 蛇纹石
• 2.4.6 硼镁（铁）矿石
• 2.4.7 氢铁矿石
• 2.4.8 磷化铁
• 2.4.9 铬矿粉
• 2.4.10 混合骨料
• 2.5 掺合料
• 2.6 小结
• 第三章 屏蔽混凝土配制试验研究
• 3.1 概述
• 3.2 屏蔽混凝土必须满足的性能指标要求
• 3.2.1 屏蔽γ射线的屏蔽混凝土性能指标
• 3.2.2 屏蔽中子射线的屏蔽混凝土性能指标
• 3.2.3 屏蔽γ射线及中子射线的屏蔽混凝土共性指标
• 3.3 屏蔽混凝土配制所用原材料
• 3.4 屏蔽混凝土配制
• 3蛇纹石屏蔽混凝土配合比'>3.4.1 密度2320kg/m³蛇纹石屏蔽混凝土配合比
• 3屏蔽混凝土配合比'>3.4.2 密度2800kg/m³屏蔽混凝土配合比
• 3屏蔽混凝土配合比'>3.4.3 密度3000kg/m³屏蔽混凝土配合比
• 3屏蔽混凝土配合比'>3.4.4 密度3300kg/m³屏蔽混凝土配合比
• 3屏蔽混凝土配合比'>3.4.5 密度3500kg/m³屏蔽混凝土配合比
• 3屏蔽混凝土配合比'>3.4.6 密度3600kg/m³屏蔽混凝土配合比
• 3屏蔽混凝土配合比'>3.4.7 密度3900kg/m³屏蔽混凝土配合比
• 3屏蔽混凝土配合比'>3.4.8 密度4600kg/m³屏蔽混凝土配合比
• 3屏蔽混凝土配合比'>3.4.9 密度5700kg/m³屏蔽混凝土配合比
• 3.5 小结
• 第四章 屏蔽混凝土配合比设计方法研究
• 4.1 概述
• 4.2 屏蔽混凝土配合比质量和体积法结合的设计方法研究
• 4.2.1 屏蔽混凝土配合比设计技术路线和方法
• 4.2.2 屏蔽混凝土配合比设计中的主要参数的选择
• 5.2.4 屏蔽混凝土配合比设计计算
• 4.2.5 屏蔽混凝土配合比设计计算方法步骤及计算公式的验证试验
• 4.3 屏蔽混凝土配合比设计的ANFIS方法研究
• 4.3.1 自适应神经模糊推理（ANFIS）
• 4.3.2 屏蔽混凝土配合比设计的ANFIS方法
• 4.3.3 屏蔽混凝土配合比设计的ANFIS的应用
• 4.4 小结
• 第五章 屏蔽混凝土物理力学性能试验研究
• 5.1 概述
• 5.2 屏蔽混凝土性能影响因素
• 5.3 屏蔽混凝土密度影响因素及规律
• 5.3.1 骨料密度对屏蔽混凝土密度影响及规律
• 5.3.2 用水量对屏蔽混凝土密度影响及规律
• 5.3.3 水灰比对屏蔽混凝土密度影响及规律
• 5.3.4 砂率用量对密度的影响及规律
• 5.3.5 水泥用量对密度的影响及规律
• 5.3.6 龄期对屏蔽混凝土密度的影响及规律
• 5.4 坍落度影响因素及规律
• 5.4.1 用水量对屏蔽混凝土坍落度的影响及规律
• 5.4.2 砂率对屏蔽混凝土坍落度的影响及规律
• 5.4.3 水灰比对屏蔽混凝土坍落度的影响及规律
• 5.5 屏蔽混凝土抗压强度影响因素及规律
• 5.5.1 水灰比对抗压强度的影响及规律
• 5.5.2 骨料对抗压强度的影响及规律
• 5.6 屏蔽混凝土抗压强度、抗折强度及劈裂抗拉强度相互间关系
• 5.6.1 不同密度的屏蔽混凝土抗压强度、抗折强度及劈裂抗拉强度关系
• 5.6.2 不同水灰比的屏蔽混凝土抗压强度、抗折强度及劈裂抗拉强度关系
• 5.6.3 不同龄期的屏蔽混凝土抗压强度、抗折强度及劈裂抗拉强度关系
• 5.7 屏蔽混凝土热稳定性能试验
• 5.8 小结
• 第六章 屏蔽混凝土施工技术试验研究
• 6.1 概述
• 6.2 拌和试验
• 6.2.1 屏蔽混凝土配料
• 6.2.2 屏蔽混凝土拌和
• 6.3 屏蔽混凝土浇筑试验
• 6.3.1 试验模型与模板
• 6.3.2 屏蔽混凝土运输
• 6.3.3 屏蔽混凝土浇筑方法研究
• 6.3.4 屏蔽混凝土振捣
• 6.3.5 屏蔽混凝土养护
• 6.3.6 异常气候条件下屏蔽混凝土施工
• 6.3.8 屏蔽混凝土的质量检验
• 6.4 小结
• 第七章 屏蔽混凝土密度及均匀性检验方法研究
• 7.1 概述
• 7.2 屏蔽混凝土密度均匀性非射线检验方法
• 7.2.1 定性检验屏蔽混凝土密度均匀性
• 7.2.2 定量检验屏蔽混凝土密度均匀性
• 7.3 射线法检验屏蔽混凝土密度均匀性和屏蔽效果
• 7.3.1 有关参数及测量仪器
• 7.3.2 试验布置
• 7.3.3 测量方法与测量结果
• 7.3.4 试验数据的处理
• 7.3.5 试验数据分析
• 7.4 小结
• 第八章 结论及需要进一步研究的问题
• 8.1 研究内容和结论性成果
• 8.2 需要进一步研究的问题
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 参加的科研项目、获得奖励与专利