摘要
在“碳达峰”和“碳中和”提出的背景下，清洁、低排放、高效的核科技得到快速发展。然而，核科技的发展伴随着核辐射泄漏的发生，人体摄入一定量的核辐射后会有致癌、致畸的风险，还会影响几代人的健康。为应对核泄漏的风险，切实保护广大人民群众的生命健康，重质混凝土常用作屏蔽物质，能够有效地屏蔽有害辐射。 重质混凝土是指利用重质骨料（表观密度大于 3000kg/m3）制备而成的，表观密度大于2600kg/m3混凝土。重质混凝土具有优秀的辐射屏蔽性能，常用于核电站、核医疗设施存放场所等作为辐射屏蔽物质，防止辐射的泄漏。铁砂、钢渣石是新型的重质骨料，在本研究中分别用作细骨料、粗骨料制备具有优异辐射屏蔽性能的重质混凝土。然而，由于水泥浆体没有足够的粘性与高密度骨料紧密地结合在一起，重质骨料的掺入会对一系列混凝土的性能产生不利影响，特别是抗离析性能会显著下降，进而造成间隙通过性的降低，混凝土的施工性能较差，使其在实际工程建造的应用中受到制约。为了克服这一问题，硅粉、粉煤灰等外加胶凝掺和料在本研究中被采用以优化重质混凝土的性能，已有的研究中表明这些胶凝掺和料通过提高混凝土的湿法堆积密度，释放混凝土中的填余水以润滑骨料颗粒，从而提升混凝土的和易性。另一方面，外加胶凝掺和料的掺入可以通过提高混凝土浆体内细微颗粒的含量以增强浆体的粘性，从而使混凝土的抗离析性能得以增强。 基于上述研究思路，本文分成两部分，共计制备了103组试件对重质混凝土性能进行研究：第一部分为普通重质混凝土的性能优化研究，该部分利用铁砂作为重质骨料，以铁砂替代率、硅粉替代率、粉煤灰替代率、减水剂剂量为变量，设计了75组试件；第二部分为极重质混凝土的性能优化研究，该部分利用铁砂及钢渣石对天然骨料进行完全替代，以硅粉替代率、减水剂剂量为变量，设计了28组试件。对上述共计103组试件进行流动性、抗离析性能、间隙通过性、抗压强度、表观密度、湿法堆积密度测试。试验结果表明，铁砂的掺入能有效地提升重质混凝土的流动性、抗压强度、表观密度，钢渣石的掺入有利于提高重质混凝土的抗离析性能及表观密度，在重质混凝土中掺入硅粉，能够同时提升湿法堆积密度、优化间隙通过性、提高抗压强度，而掺入粉煤灰则仅能略微地提升间隙通过性。最后，在湿法堆积密度理论的指导下，通过103组试件的性能优化试验，得到了最佳的铁砂、钢渣石、外加掺和料替代率及减水剂剂量，进而得出了综合性能最优化的配合比，最终制备出了具备高湿堆积密度、高和易性、高强度、高表观密度与辐射屏蔽能力等性能的重质混凝土。
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