【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及處理放射性核廢物的固定材料，具體涉及一種用于固定中子活化材料的水泥基材料及其用途。
技術介紹
1、中子是一種具有很強穿透能力的中性粒子，在與原子核發生碰撞的過程中將能量傳遞給原子核產生次級帶電粒子從而引起間接的電離輻射。對于中子的輻射防護，需要先進行中子慢化，再采用中子吸收截面較大的元素對慢化后的中子進行吸收。目前隨著核技術及應用研究的迅速發展，在輻射防護領域中，人們對典型屏蔽材料中子屏蔽特性的研究愈發深入。屏蔽中子時，通常先用富含氫或低原子序數材料使中子減速慢化，再用中子吸收截面大的材料吸收中子。目前前者通常選用一些含有大量結晶水的晶體，同時需要晶體在長期高溫環境與長期高輻射環境下保持結晶水穩定性；后者通常選用一些中子吸收截面大的核素，其中中子吸收截面較大的核素中硼元素資源豐富價格便宜。屏蔽水泥混凝土的結晶水占比、硼元素摻量將影響屏蔽混凝土對中子射線屏蔽的能力。目前應用于核能防護的混凝土雖然富含結晶水，但缺乏對中子吸收能力較強的元素存在，致使其對中子射線的能力還需加強。
2、而提高水泥漿體中硼含量的方法，目前仍處于研究探索階段。硼酸是水泥的強緩凝劑。現有的水泥基材料在與高硼溶液拌合時，具有硼含量低、漿體強度無法滿足gb14569.1-2011《低、中水平放射性廢物固化體性能要求-混凝土》的要求等問題。其關鍵原因在于高硼溶液中含有質量分數超過21.2%的硼酸，而高濃度硼酸溶液能夠在水泥水化過程中在水泥顆粒表面形成硼酸鈣或硼鈉鈣石的致密包裹層，阻斷了水與水泥顆粒的接觸，強烈抑制了水泥顆粒的進一步水化反應，
技術實現思路
1、鑒于
技術介紹
中存在的技術問題，本申請提供了一種用于固定中子活化材料的水泥基材料及其用途，旨在解決中子屏蔽水泥固化體中的水泥基材料在與高硼溶液拌和時，強烈抑制水泥顆粒的水化反應，使水泥固化體強度大幅降低的技術問題。
2、第一方面，本申請實施例提供了一種用于固定中子活化材料的水泥基材料，按質量份數計，包括氮化硼5~10份、凝膠材料80~120份、硼酸溶液50~80份、外加劑8~20份、晶核劑0.2~3份、減水劑0.5~2份和發泡劑0.5~3份，硼酸溶液濃度為3~6mol/l，外加劑包括氫氧化鈉和鋁酸鈉，晶核劑包括合成水化硅酸鈣凝膠、層狀雙氫氧化物、納米碳材料中的一種或多種。
3、在一些實施例中，外加劑中還包括碳酸鈉，氫氧化鈉、鋁酸鈉和碳酸鈉的質量比為（0.4~0.7）:（0.2~0.7）:（0~0.5）。
4、在一些實施例中，晶核劑中合成水化硅酸鈣凝膠、層狀雙氫氧化物、納米碳材料的質量比為（0.3~1）:（0~0.7）:（0~0.7），所述納米碳材料包括氧化石墨烯、碳納米管中的一種或兩種。
5、在一些實施例中，氮化硼粒徑為0.1~0.5mm。
6、在一些實施例中，減水劑為高效萘系減水劑或高效聚羧酸系減水劑。
7、在一些實施例中，發泡劑為30wt%過氧化氫溶液或鋁粉。
8、在一些實施例中，凝膠材料包括水泥、粉煤灰、礦粉和硅灰，質量比為（70~100）:（0~15）:（0~15）:（0~15）；水泥為p.o?52.5型號水泥；粉煤灰為一級粉煤灰；礦粉型號為s95；硅灰為一級硅灰，硅灰sio2純度≥90%。
9、第二方面，本申請實施例提供了一種用于固定中子活化材料的水泥基材料的用途，采用水泥基材料對中子活化材料進行固定處置。
10、在一些實施例中，中子活化材料包括核反應堆包層結構材料、核反應堆內襯材料、面向等離子體材料、反應堆用結構材料中的一種或多種；反應堆用結構材料包括奧氏體不銹鋼、馬氏體鋼、釩合金、sicf/sic復合材料、氧化物彌散強化鋼、碳材料、鈹材料、鎢材料、非晶材料、高熵合金中的一種或多種。
11、在一些實施例中，水泥基材料對中子活化材料進行固定處置包括如下步驟：將氮化硼、凝膠材料、晶核劑、減水劑和發泡劑混合攪拌后，加入硼酸溶液、外加劑攪拌混合，再加入發泡劑混合均勻后得到水泥基漿料，采用水泥基漿料灌漿，將中子活化材料進行包覆形成水泥固化體，實現其固定處置；水泥固化體中水泥基材料的體積不少于40%。
12、區別于現有技術方案，本申請的有益效果包括：
13、1.本申請采用外加劑與硼酸共同加入到凝膠材料中，外加劑中的氫氧化鈉可以調整硼酸根的賦存狀態，通過將低ph值下復雜而龐大的硼酸根調整為高ph值下的四羥基硼酸根；同時鋁酸鈉、碳酸鈉的存在也可以促進例如鈣礬石等水化產物的形成并且進一步提高ph值，使其在以水泥為主的水化反應中，誘導生成硼固化鈣礬石、四水硼酸鈣、偏硼酸鈣等高結晶水含量的水化產物，使得硼、氫元素在漿體內部均勻分布，從而有效提高水泥固化體中硼元素和氫元素含量，增加水泥固化體的中子吸收截面，增強基體對中子射線的屏蔽能力。
14、2.經外加劑改性后的硼酸溶液呈強堿性，通過堿激發機理提升水泥固化體的力學性能，并且外加劑中的鋁酸鈉、碳酸鈉溶解后生成水化產物的前驅體，使游離硼酸鹽被固化生成硼固化鈣礬石、四水硼酸鈣、偏硼酸鈣等高含硼物相，因此其不會對水泥的水化反應產生阻礙作用。強堿性的改性硼酸溶液與生成的硼固化鈣礬石等含硼物相聯合作用，在使硼固化鈣礬石、四水硼酸鈣、偏硼酸鈣更穩定的同時，實現硼元素與氫元素在中子屏蔽水泥固化體中更均勻分布，同時實現快中子慢化與熱中子吸收效果同步提升。
15、3.晶核劑可以促進含硼礦物的快速形成，同時促進水泥漿體水化過程，提高水泥漿體強度及耐久性，降低固化體孔隙率。晶核劑和外加劑協同作用可提供一種含氫量達到漿體質量的2~4%、含硼量達到漿體質量的2~3%的具有高強度、中子屏蔽能力強、熱穩定性良好、施工和易性好、原材料易得的水泥固化體，適于廣泛推廣應用。
16、上述說明僅是本申請技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本申請的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本申請的上述和其它目的、特征和優點能夠更明顯易懂，以下特舉本申請的具體實施方式。
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1.一種用于固定中子活化材料的水泥基材料，其特征在于，按質量份數計，包括氮化硼5~10份、凝膠材料80~120份、硼酸溶液50~80份、外加劑8~20份、晶核劑0.2~3份、減水劑0.5~2份和發泡劑0.5~3份，所述硼酸溶液濃度為3~6mol/L，所述外加劑包括氫氧化鈉和鋁酸鈉，所述晶核劑包括合成水化硅酸鈣凝膠、層狀雙氫氧化物、納米碳材料中的一種或多種。
2.根據權利要求1所述的用于固定中子活化材料的水泥基材料，其特征在于，所述外加劑中還包括碳酸鈉，所述氫氧化鈉、鋁酸鈉和碳酸鈉的質量比為（0.4~0.7）:（0.2~0.7）:（0~0.5）。
3.根據權利要求1所述的用于固定中子活化材料的水泥基材料，其特征在于，所述晶核劑中合成水化硅酸鈣凝膠、層狀雙氫氧化物、納米碳材料的質量比為（0.3~1）:（0~0.7）:（0~0.7），所述納米碳材料包括氧化石墨烯、碳納米管中的一種或兩種。
4.根據權利要求1所述的用于固定中子活化材料的水泥基材料，其特征在于，所述氮化硼粒徑為0.1~0.5mm。
5.根據權利要求1所述的用于固定中子活化材料
6.根據權利要求1所述的用于固定中子活化材料的水泥基材料，其特征在于，所述發泡劑為30wt%過氧化氫溶液或鋁粉。
7.根據權利要求1所述的用于固定中子活化材料的水泥基材料，其特征在于，所述凝膠材料包括水泥、粉煤灰、礦粉和硅灰，質量比為（70~100）:（0~15）:（0~15）:（0~15）；所述水泥為P.O?52.5型號水泥；所述粉煤灰為一級粉煤灰；所述礦粉型號為S95；所述硅灰為一級硅灰，所述硅灰SiO2純度≥90%。
8.根據權利要求1所述的一種用于固定中子活化材料的水泥基材料的用途，其特征在于，采用如權利要求1~7中任一項所述的水泥基材料對中子活化材料進行固定處置。
9.根據權利要求8所述的一種用于固定中子活化材料的水泥基材料的用途，其特征在于，所述中子活化材料包括核反應堆包層結構材料、核反應堆內襯材料、面向等離子體材料、反應堆用結構材料中的一種或多種；所述反應堆用結構材料包括奧氏體不銹鋼、馬氏體鋼、釩合金、SiCf/SiC復合材料、氧化物彌散強化鋼、碳材料、鈹材料、鎢材料、非晶材料、高熵合金中的一種或多種。
10.根據權利要求8所述的一種用于固定中子活化材料的水泥基材料的用途，其特征在于，所述水泥基材料對中子活化材料進行固定處置包括如下步驟：將氮化硼、凝膠材料、晶核劑、減水劑和發泡劑混合攪拌后，加入硼酸溶液、外加劑攪拌混合，再加入發泡劑混合均勻后得到水泥基漿料，采用水泥基漿料灌漿，將中子活化材料進行包覆形成水泥固化體，實現所述中子活化材料的固定處置；所述水泥固化體中水泥基材料的體積不少于40%。
...【技術特征摘要】
1.一種用于固定中子活化材料的水泥基材料，其特征在于，按質量份數計，包括氮化硼5~10份、凝膠材料80~120份、硼酸溶液50~80份、外加劑8~20份、晶核劑0.2~3份、減水劑0.5~2份和發泡劑0.5~3份，所述硼酸溶液濃度為3~6mol/l，所述外加劑包括氫氧化鈉和鋁酸鈉，所述晶核劑包括合成水化硅酸鈣凝膠、層狀雙氫氧化物、納米碳材料中的一種或多種。
2.根據權利要求1所述的用于固定中子活化材料的水泥基材料，其特征在于，所述外加劑中還包括碳酸鈉，所述氫氧化鈉、鋁酸鈉和碳酸鈉的質量比為（0.4~0.7）:（0.2~0.7）:（0~0.5）。
3.根據權利要求1所述的用于固定中子活化材料的水泥基材料，其特征在于，所述晶核劑中合成水化硅酸鈣凝膠、層狀雙氫氧化物、納米碳材料的質量比為（0.3~1）:（0~0.7）:（0~0.7），所述納米碳材料包括氧化石墨烯、碳納米管中的一種或兩種。
4.根據權利要求1所述的用于固定中子活化材料的水泥基材料，其特征在于，所述氮化硼粒徑為0.1~0.5mm。
5.根據權利要求1所述的用于固定中子活化材料的水泥基材料，其特征在于，所述減水劑為高效萘系減水劑或高效聚羧酸系減水劑。
6.根據權利要求1所述的用于固定中子活化材料的水泥基材料，其特征在于，所述發泡劑為30wt%過氧化氫溶液或鋁粉。
7.根據權利要求1所...
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