一種防核輻射的自愈合混凝土安全殼的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種防核輻射的自愈合混凝土安全殼，安全殼的殼體從里到外依次由第一鋼板層、第一結(jié)構(gòu)膠層、第一復(fù)合織物層、鉛鋼膠囊混凝土層、第二復(fù)合織物層、第二結(jié)構(gòu)膠層、第二鋼板層構(gòu)成；鉛鋼膠囊混凝土層由混凝土和鉛鋼膠囊混合而成。辦法忙能有效的吸收射線，提高安全殼的抗輻射性能，且能防止放射性物質(zhì)的泄露，而且還增大了其強(qiáng)度和韌性，進(jìn)而提高了抗震性能。
【專利說明】
-種防核福射的自愈合混凝±安全亮
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于防核福射技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種防核福射的自愈合混凝±安全殼。
【背景技術(shù)】
[0002] 安全殼是核反應(yīng)堆的最后一道屏障，它的安全性能十分的重要。目前根據(jù)組成材 料的不同，安全殼可分為鋼安全殼、鋼筋混凝±安全殼和預(yù)應(yīng)力安全殼Ξ種。
[0003] 最早應(yīng)用的安全殼是鋼安全殼。但是鋼結(jié)構(gòu)安全殼需要用很厚的鋼板，焊接要在 現(xiàn)場進(jìn)行，在工期和施工技術(shù)上都有一定難度，并且防核福射效果也不好，應(yīng)用受到了制 約。
[0004] 另一種為鋼筋混凝±安全殼，其做法為：主體采用鋼筋混凝±，但在內(nèi)部使用鋼 板。適當(dāng)加大鋼筋混凝±層的厚度，就可W減小鋼板的厚度。混凝±的粗細(xì)骨料采用褐鐵礦 石或重晶石等，同時(shí)引入適量的結(jié)晶水和含棚、裡等輕元素的化合物。其中密度高的粗細(xì)集 料可W屏蔽γ射線，含輕元素的化合物能有效捕捉中子，射線屏蔽效果較好。但是由于其采 用密度大的材料做集料，混凝±易離析，施工性能差，且水泥水化熱大，從而導(dǎo)致混凝±易 開裂，耐久性差，核廢料的固化安全效果差。
[0005] 另一種為預(yù)應(yīng)力安全殼，其做法是采用預(yù)應(yīng)力混凝±，其他結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝±安 全殼類似。預(yù)應(yīng)力混凝±的采用可W改善混凝±的性能，但是預(yù)應(yīng)力施工工藝復(fù)雜，施工質(zhì) 量要求高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種防核福射的自愈合混凝±安全殼。
[0007] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種防核福射的自愈合混凝±安全殼，其特征在于： 所述安全殼的殼體從里到外依次由第一鋼板層、第一結(jié)構(gòu)膠層、第一復(fù)合織物層、鉛鋼膠囊 混凝±層、第二復(fù)合織物層、第二結(jié)構(gòu)膠層、第二鋼板層構(gòu)成;所述鉛鋼膠囊混凝±層由混 凝±和鉛鋼膠囊混合而成。
[000引作為優(yōu)選，所述第一鋼板層、第二鋼板層均由低溫高初性高強(qiáng)度鋼制作而成，厚度 均為3~5mm。
[0009] 作為優(yōu)選，所述第一復(fù)合織物層、第二復(fù)合織物層均由聚丙締纖維絲與鉛絲混編 而成，首先將聚丙締與碳化棚混合，然后加工成改進(jìn)的聚丙締纖維絲;接著將聚丙締纖維絲 與鉛絲沿著經(jīng)、締兩個(gè)方向交替編織成一種復(fù)合織物，其厚度為2~5mm。
[0010] 作為優(yōu)選，所述鉛鋼膠囊由鉛鋼膠囊壁、結(jié)構(gòu)膠、環(huán)狀陶瓷組成;所述鉛鋼膠囊壁 內(nèi)部充填有結(jié)構(gòu)膠，所述環(huán)狀陶瓷設(shè)置在所述鉛鋼膠囊的中部，設(shè)置在所述鉛鋼膠囊中部 凹槽內(nèi)。
[0011] 作為優(yōu)選，所述鉛鋼膠囊壁由外向內(nèi)依次由鋼制的凹凸立體花紋、第一鋼材料層、 鉛材料層、第二鋼材料層壓合而成。
[001^ 作為優(yōu)選，所述環(huán)狀陶瓷的壁厚為0.2~0.3mm，高度為2~2.5mm，內(nèi)徑與鉛鋼膠囊 壁的內(nèi)徑大小一樣。
[0013] 作為優(yōu)選，所述第一鋼材料層和第二鋼材料層的厚度均為0.2~0.4mm，鋼材料選 用低溫高初性高強(qiáng)度鋼，鉛材料層的厚度為0.4~0.5mm。
[0014] 作為優(yōu)選，所述鉛鋼膠囊混凝±層的厚度為500~550mm，混凝±采用自密實(shí)混凝 ±。
[001引作為優(yōu)選，所述鉛鋼膠囊長度為20~23mm，直徑為8~10mm，體積滲量為20~25%。
[0016] 作為優(yōu)選，所述鉛鋼膠囊的體積滲量Pf的計(jì)算公式為：
[0017]
[0018] 式中，fft為鉛鋼膠囊混凝±的配制抗拉強(qiáng)度;ft為基體混凝±抗拉強(qiáng)度、lf/df為鉛 鋼膠囊的長徑比;at為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。
[0019] 本發(fā)明的其優(yōu)點(diǎn)在于：
[0020] 1.由于改進(jìn)的聚丙締纖維絲強(qiáng)度高、彈性好和初性好，安全殼的抗震性能將得到 很大提高。由于復(fù)合織物與鋼板內(nèi)壁用結(jié)構(gòu)膠緊密的粘在一起，在內(nèi)部混凝±收縮應(yīng)力的 作用下可W產(chǎn)生彈性變形，從而避免了混凝±與鋼板之間的剝離損傷，增強(qiáng)混凝±與鋼板 的抗震適應(yīng)性。由于在復(fù)合織物中含有鉛絲和碳化棚，所W它可W有效的吸收射線，提高安 全殼的抗福射性能。
[0021] 2.雙層低溫高初性高強(qiáng)度鋼板的使用不僅可W增強(qiáng)安全殼的密閉性，防止放射性 物質(zhì)的泄露，而且還增大了其強(qiáng)度和初性，進(jìn)而提高了抗震性能。
[0022] 3.由于混凝±中含有鉛制膠囊和礦石滲合料，安全殼的防核福射性能將顯著提 高，防止或減少放射性物質(zhì)向環(huán)境釋放。由于構(gòu)件中的混凝±采用自密實(shí)混凝±，可W避免 混凝±中的鉛鋼膠囊在振搗過程中破裂。
[0023] 4.鉛鋼膠囊壁的材料為鉛和低溫高初性高強(qiáng)度鋼。由于其表面設(shè)置有鋼制凹凸立 體花紋，滲入混凝±后能增強(qiáng)膠囊自身與混凝±的結(jié)合能力。由于鉛鋼膠囊壁有兩層低溫 高初性高強(qiáng)度鋼，不僅能提高其強(qiáng)度，而且將大大增強(qiáng)混凝±的斷裂初性和抗沖擊性能，進(jìn) 而提高了安全殼的抗震性能。因?yàn)殂U鋼膠囊壁的材料中有鉛，故其抗福射性能較好。由于鉛 鋼膠囊中部的陶瓷是脆性材料，厚度適當(dāng)，能及時(shí)破損，內(nèi)部結(jié)構(gòu)膠體即時(shí)流出修補(bǔ)裂紋。 陶瓷材料自身性能穩(wěn)定，對溫度適應(yīng)性好，不會因混凝±中水泥的水化熱而提前烙融失效。 由于鉛鋼膠囊的位置和取向在混凝±中隨機(jī)分布，則各個(gè)方向的裂縫都有鉛鋼膠囊破裂對 其進(jìn)行修復(fù)愈合。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的剖視圖，其中(a)為外形圖，（b)為剖視圖；
[0025] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例的鉛鋼膠囊的結(jié)構(gòu)圖；
[0026] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例的復(fù)合織物層的結(jié)構(gòu)圖；
[0027] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例的鉛鋼膠囊壁沿a-a的橫剖面；
[0028] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例的環(huán)狀陶瓷與鉛鋼膠囊壁的相對位置圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā) 明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實(shí)施示例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0030] 請見圖1和圖2,本發(fā)明提供的一種防核福射的自愈合混凝±安全殼，安全殼的殼 體從里到外依次由第一鋼板層1、第一結(jié)構(gòu)膠層2、第一復(fù)合織物層3、鉛鋼膠囊混凝±層4、 第二復(fù)合織物層6、第二結(jié)構(gòu)膠層7、第二鋼板層8構(gòu)成;鉛鋼膠囊混凝±層4由混凝±和鉛鋼 膠囊5混合而成;第一鋼板層1、第二鋼板層8均由低溫高初性高強(qiáng)度鋼制作而成，厚度均為3 ~5mm。鉛鋼膠囊混凝±層4的厚度為500~550mm，混凝±采用自密實(shí)混凝±。鉛鋼膠囊5長 度為20~23mm，直徑為8~10mm，體積滲量為20~25%。
[0031] 請見圖2,本實(shí)施例的鉛鋼膠囊5由鉛鋼膠囊壁9、結(jié)構(gòu)膠10、環(huán)狀陶瓷11組成;鉛鋼 膠囊壁9內(nèi)部充填有結(jié)構(gòu)膠10,環(huán)狀陶瓷11設(shè)置在鉛鋼膠囊5的中部。
[0032] 請見圖3,本實(shí)施例的第一復(fù)合織物層3、第二復(fù)合織物層6均由聚丙締纖維絲16與 鉛絲17混編而成，首先將聚丙締與碳化棚混合，然后加工成改進(jìn)的聚丙締纖維絲16;接著將 聚丙締纖維絲16與鉛絲17沿著經(jīng)、締兩個(gè)方向交替編織成一種復(fù)合織物，其厚度為2~5mm。
[0033] 請見圖4,本實(shí)施例的鉛鋼膠囊壁9由外向內(nèi)依次由鋼制的凹凸立體花紋12、第一 鋼材料層13、鉛材料層14、第二鋼材料層15壓合而成。第一鋼材料層13和第二鋼材料層15的 厚度均為0.2~0.4mm，鋼材料選用低溫高初性高強(qiáng)度鋼，鉛材料層14的厚度為0.4~0.5mm。
[0034] 請見圖5,本實(shí)施例的環(huán)狀陶瓷11的壁厚為0.2~0.3mm，高度為2~2.5mm，內(nèi)徑與 鉛鋼膠囊壁9的內(nèi)徑大小一樣，設(shè)置在鉛鋼膠囊5中部凹槽內(nèi)。
[0035] 本實(shí)施例的鉛鋼膠囊5的體積滲量Pf的計(jì)算公式為：
[0036]
[0037] 式中，fft為鉛鋼膠囊混凝±的配制抗拉強(qiáng)度;ft為基體混凝±抗拉強(qiáng)度、lf/df為鉛 鋼膠囊的長徑比;at為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。
[0038] 因鉛質(zhì)地柔軟，強(qiáng)度較低，但是可有效吸收射線，防核福射性能好;鋼的強(qiáng)度較高， 但是防核福射性能差;所W鉛鋼膠囊5的材料選擇由鉛和鋼共同構(gòu)成。鋼材同樣采用低溫高 初性高強(qiáng)度鋼。鉛鋼膠囊5的體積不能太小，否則將影響其愈合性能;但也不能太大，因?yàn)殂U 鋼膠囊太長不僅難W在混凝±中分散均勻，而且會在攬拌過程中容易破裂，影響鉛鋼膠囊 作用的發(fā)揮。鉛鋼膠囊5的長度取為20~23mm，直徑為8~10mm，體積滲量為20~25 %。鉛鋼 膠囊5用事先做好的模具將鉛鋼膠囊壓制成型，即制作成表面有凹凸立體花紋的形狀，如圖 4所示。為了讓鉛鋼膠囊5有一定剛度，并且在混凝±中產(chǎn)生裂縫后能及時(shí)破裂，鉛鋼膠囊壁 9中第一鋼材料層13和第二鋼材料層15的厚度均為0.2~0.4mm，鉛材料層14的厚度為0.4~ 0.5mm，內(nèi)部環(huán)狀陶瓷11壁厚取為0.2~0.3mm，高度為2~2.5mm，內(nèi)徑與鉛鋼膠囊壁的內(nèi)徑 大小一樣，設(shè)置在鉛鋼膠囊5中部凹槽內(nèi)。為了保證愈合后的混凝±裂縫不再開裂，鉛鋼膠 囊5內(nèi)部的修復(fù)膠黏劑必須具有較高的粘結(jié)強(qiáng)度，故修復(fù)膠黏劑采用結(jié)構(gòu)膠10。
[0039] 本實(shí)施例的混凝±采用自密實(shí)混凝±，可W避免振搗過程中鉛鋼膠囊5的破裂。并 按常規(guī)做法在混凝±的粗細(xì)骨料中滲入一定比例的礦石滲合料（例如褐鐵礦石或重晶石 等）。^抗壓強(qiáng)度與水灰比、水泥強(qiáng)度的關(guān)系確定水灰比；W抗拉強(qiáng)度與水灰比、鉛鋼膠囊體 積率的關(guān)系確定鉛鋼膠囊體積率;然后根據(jù)和易性的要求確定砂率和用水量，得到計(jì)算配 合比，最后根據(jù)施工條件進(jìn)行調(diào)整，得到施工配合比。
[0040] 按前面算得的自密實(shí)混凝±配合比和鉛鋼膠囊體積滲量為20~25%，配制鉛鋼膠 囊混凝±層4。安全殼采用兩層鋼板，鋼板材料為低溫高初性高強(qiáng)度鋼材，并且厚度均為3~ 5mm。在內(nèi)層鋼板的外表面和外層鋼板的內(nèi)表面分別用結(jié)構(gòu)膠粘上復(fù)合織物層。內(nèi)外層鋼板 分別作為混凝±誘筑的模板，然后在兩復(fù)合織物層之間誘注鉛鋼膠囊混凝±，鉛鋼膠囊混 凝±層4的厚度為500~550mm。
[0041] 本實(shí)施例的自密實(shí)混凝±配合比的設(shè)計(jì)
[0042] (1)首先按結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求選擇水泥，按水泥實(shí)際強(qiáng)度fee和統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差確定配制強(qiáng) 度ffcu。然后根據(jù)配制強(qiáng)度ffcu與水灰比W/C、水泥實(shí)際強(qiáng)度fee的關(guān)系確定水灰比。由于它們 之間的關(guān)系已有經(jīng)驗(yàn)公式為:ffcu =日lfce(C/W-&)，則水灰比的計(jì)算公式如下：
[0043]
[0044] 式中，αι和βι為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，αι = 0.43,執(zhí)= 0.09。
[0045] (2)利用鉛鋼膠囊混凝±的配制抗拉強(qiáng)度fft與基體混凝±抗拉強(qiáng)度ft、鉛鋼膠囊 的體積率Pf、長徑比If/df的關(guān)系確定鉛鋼膠囊的體積滲量。由于配制抗拉強(qiáng)度fft隨著基體 混凝±抗拉強(qiáng)度ft、鉛鋼膠囊的體積滲量Pf和長徑比If/df的增大而增大，故假定它們的關(guān) 系為：
[0046] fft = atftPflf/df
[0047] 則鉛鋼膠囊的體積滲量為：
[004引
[0049] 式中，at為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，at = 〇.81。
[0050] (3)在初步確定水灰比和鉛鋼膠囊的體積滲量后，根據(jù)和易性的要求確定砂率和 用水量，得到計(jì)算配合比。并按常規(guī)做法在混凝±的粗細(xì)骨料中滲入一定比例的礦石滲合 料(例如褐鐵礦石或重晶石等）。
[0051] (4)在計(jì)算配合比的基礎(chǔ)上，通過試驗(yàn)并結(jié)合施工現(xiàn)場的條件調(diào)整計(jì)算配合比，得 到最終的施工配合比。
[0052] 在混凝±攬拌的過程中，按照之前確定的鉛鋼膠囊體積滲量，放入鉛鋼膠囊，待攬 拌均勻后，則鉛鋼膠囊在混凝±中的位置分布均勻，鉛鋼膠囊的取向則是隨機(jī)的。
[0053] 盡管本說明書較多地使用了第一鋼板層1、第一結(jié)構(gòu)膠層2、第一復(fù)合織物層3、鉛 鋼膠囊混凝±層4、鉛鋼膠囊5、第二復(fù)合織物層6、第二結(jié)構(gòu)膠層7、第二鋼板層8、鉛鋼膠囊 壁9、結(jié)構(gòu)膠10、環(huán)狀陶瓷11、凹凸立體花紋12、第一鋼材料層13、鉛材料層14、第二鋼材料層 15、聚丙締纖維絲16和鉛絲17等術(shù)語，但并不排除使用其他術(shù)語的可能性。使用運(yùn)些術(shù)語僅 僅是為了更方便的描述本發(fā)明的本質(zhì)，把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精 神相違背的。
[0054] 應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。
[0055] 應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對較佳實(shí)施例的描述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對本 發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán) 利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可w做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā) 明的請求保護(hù)范圍應(yīng)W所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種防核福射的自愈合混凝±安全殼，其特征在于:所述安全殼的殼體從里到外依 次由第一鋼板層（1)、第一結(jié)構(gòu)膠層(2)、第一復(fù)合織物層(3)、鉛鋼膠囊混凝±層(4)、第二 復(fù)合織物層(6)、第二結(jié)構(gòu)膠層(7)、第二鋼板層(8)構(gòu)成;所述鉛鋼膠囊混凝±層(4)由混凝 ±和鉛鋼膠囊(5)混合而成。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的防核福射的自愈合混凝±安全殼，其特征在于:所述第一鋼板 層(1)、第二鋼板層(8)均由低溫高初性高強(qiáng)度鋼制作而成，厚度均為3~5mm。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的防核福射的自愈合混凝±安全殼，其特征在于:所述第一復(fù)合 織物層(3)、第二復(fù)合織物層(6)均由聚丙締纖維絲（16)與鉛絲（17)混編而成，首先將聚丙 締與碳化棚混合，然后加工成改進(jìn)的聚丙締纖維絲（16);接著將聚丙締纖維絲（16)與鉛絲 (17)沿著經(jīng)、締兩個(gè)方向交替編織成一種復(fù)合織物，其厚度為2~5mm。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的防核福射的自愈合混凝±安全殼，其特征在于:所述鉛鋼膠囊 (5)由鉛鋼膠囊壁(9)、結(jié)構(gòu)膠（10)、環(huán)狀陶瓷（11)組成;所述鉛鋼膠囊壁(9)內(nèi)部充填有結(jié) 構(gòu)膠(10 )，所述環(huán)狀陶瓷(11)設(shè)置在所述鉛鋼膠囊(5)的中部。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的防核福射的自愈合混凝±安全殼，其特征在于:所述鉛鋼膠囊 壁(9)由外向內(nèi)依次由鋼制的凹凸立體花紋（12)、第一鋼材料層（13)、鉛材料層（14)、第二 鋼材料層（15)壓合而成。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的防核福射的自愈合混凝±安全殼，其特征在于:所述環(huán)狀陶瓷 (11)的壁厚為0.2~0.3mm，高度為2~2.5mm，內(nèi)徑與鉛鋼膠囊壁(9)的內(nèi)徑大小一樣，設(shè)置 在所述鉛鋼膠囊(5)中部凹槽內(nèi)。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的防核福射的自愈合混凝±安全殼，其特征在于:所述第一鋼材 料層（13)和第二鋼材料層（15)的厚度均為0.2~0.4mm，鋼材料選用低溫高初性高強(qiáng)度鋼， 鉛材料層(14)的厚度為0.4~0.5mm。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的防核福射的自愈合混凝±安全殼，其特征在于:所述鉛鋼膠囊 混凝±層(4)的厚度為500~5 50mm，混凝±采用自密實(shí)混凝±。9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)所述的防核福射的自愈合混凝±安全殼，其特征在于:所 述鉛鋼膠囊(5)長度為20~23mm，直徑為8~10mm，體積滲量為20~25 %。10. 根據(jù)權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)所述的防核福射的自愈合混凝±安全殼，其特征在于： 所述鉛鋼膠囊(5)的體積滲量Pf的計(jì)算公式為：式中，f ft為鉛鋼膠囊混凝±的配制抗拉強(qiáng)度;ft為基體混凝±抗拉強(qiáng)度、If/df為鉛鋼膠 囊的長徑比;at為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。
【文檔編號】B32B27/32GK105835466SQ201610169329
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月23日
【發(fā)明人】王若林, 朱道佩, 張慧敏
【申請人】武漢大學(xué)