废弃阴极射线管玻璃对混凝土屏蔽性能的影响.pdf

2 0 1 6年第 2期 2月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA C0NC RE T E AND C E MENT P RODUC T S 2 0 1 6 No 2 F e b r u a r y 废弃阴极射线管玻璃对混凝土屏蔽性能的影响 陈熠瑶， 石建军， 宋 雪， 刘华良， 张志恒 ( 南华大学城市建设学院 ， 衡 阳 4 2 1 0 0 1 ) 摘要 ： 用 占细骨料 总量 0 、 2 0 、 4 0 、 6 0 的废 弃 阴极射 线管( C RT) 玻璃分别和 1 0 0 、 8 0 、 6 0 、 4 0 的普 通河 砂 、 磁铁矿砂 配制 出两种 不同细骨料 混凝土试件 ， 进行 了坍 落度 、 抗 压强度、 射线屏蔽性能的测试 。结果表明 ， 随着 细骨料 中 C RT废玻璃 比例 的提 高， 新拌 混凝土坍落度随之 变大 ， 2 8 d立方体试块 抗压强度有所 降低 ， 混凝土对 射 线的屏 蔽效 果逐渐增 强； 当 C RT在普通河砂混凝土 中掺量达到 6 0 时 ， 配帝 】 出的混凝土屏蔽 能力接近 1 0 0 磁 铁矿 砂 混凝 土， 说明 C RT玻璃 可以作为一种新型 防辐射材料 ， 为防辐射混凝土的研 究提供 一定参考。 关键词 ： 废 弃阴极射 线管； 混凝土骨料 ； 射线； 屏蔽性能 Ab s t r a c t ： U s i n g w a s t e c a t h o d e r a y t u b e( C R T ) g l a s s w h i c h i s a c c o u n t i n g f o r 0 ， 2 0 ， 4 0 ， 6 0 o f t o t a l fi n e a g g r e - g a t e s ，r e s p e c t i v e l y ，wi t h 1 0 0 ，8 0 ，6 0 ，4 0 o f t h e o r d i n a r y fi v e r s a n d ，ma g n e t i c i r o n o r e ，t wo d i ff e r e n t fi n e a g g r e - g a t e c o n c r e t e s p e c i me n s a r e p r e p a r e d F o r a b o v e c o n c r e t e ，t h e s p e c i me n s s l u mp ，c o mp r e s s i v e s t r e n g t h ， 一 r a y s h i e l d i n g p e r f o r ma n c e t e s t s a r e c a r r i e d o u t T h e r e s u l t s s h o w t h a t w i t h f i n e a g g r e g a t e i n a h i g h e r p r o p o r t i o n o f C RT f res h c o n c r e t e s l u mp b e c o me s l a r g e r ， 2 8 d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h b e c o me s s ma l l e r ， s h i e l d i n g p e r f o r ma n c e o f c o n c r e t e i n c r e a s e s Wh e n t h e CRT c o n t e n t r e a c h e s 6 0 o f o r d i n a r y fi v e r s a n d c o n c r e t e t h e c o n c r e t e s h i e l d i n g c a p a c i t y i s do s e d t o 1 0 0 ma g n e t i c i r o n o r e c o n c r e t e ， wh i c h i n d i c a t e t h a t CR T c a n b e d e s c r i b e d a s a n e w r a d i a t i o n s h i e l d i n g ma t e ri a l for t h e s t u d y o f r a d i a - t i o n c o nc r e t e Ke y wo r ：Wa s t e c a t h o d e r a y t u b e s ； C o n c r e t e a g g r e g a t e s ； 一 r 丑 y ； S h i e l d i n g p e rf o r ma n c e 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 6 ) 0 2 1 8 一 O 3 0前 言 阴极射线管 ( C a t h o d e r a y t u b e ， C R T) 是一种含 铅玻璃 ， 由于 C R T废玻璃 中含有铅 、 钡等重金属元 素 ， 需要谨慎处理 ， 以免对环境造成污染 。如何将 C R T废玻璃这种危险电子废弃物无害化处理 ， 潘智 生I 1 l等人认为使用磨细废 C R T玻璃代替现在广泛使 用 的重骨料制备 防辐射混凝土技术上具有可行性 ， 但是需要进一步研究 C R T骨料混凝土的工作性能 、 力学性能 、 屏蔽性能来验证这种可行性 。 T u n g C h a i L i n g 、 C h i S u n P o o n t2 1 分别用正常含铅 C R T和移除铅 后的 C R T废玻璃替代 2 5 、 5 0 、 7 5 、 1 0 0 的磨细 碎石搭配粗骨料重 晶石配制混凝土 ，从其耐 久性 能 、 力学性能 、 铅浸出值 的变化规律等方面说明了 C R T可以作为细骨料制作 防辐射混凝土。程鹏亮 3 1 等人基于 MC N P 5程序对不 同比例的 C R T废玻璃重 晶石混凝土进行 了屏蔽性能模拟研究 ， 从模拟的角 度反映出一定 比例 C R T骨料制备 的防辐射混凝土 具有防辐射效果 ， 但是缺少实际 的屏蔽试验来补充 说明。 T u n g C h a i L i n g 4 等人在试验中将 C R T废玻璃 基金 项 目： 湖南省 自然科学基金 ( 1 4 J J 2 0 8 3 ) 。 一 1 8一 和普通玻璃分别替换 2 5 、 5 0 、 7 5 、 1 0 0 普通砂 制成水泥砂浆 ， 发现随着砂浆 中 C R T玻璃掺量 的增 加 对 X射线的屏蔽效果也会 相应增强 而普通玻 璃并没有类似明显的屏蔽效果。 目前 。 关于用 C R T作为细骨料配制混凝土的屏 蔽性能研究还 比较少 有些 C R T混凝土的研究选用 的粗骨料为重 晶石等防辐射材料 ， 无法突出 C R T作 为细骨料对混凝土屏蔽性的影响 。 而且屏蔽性能不 仅只针对 X射线 ，还应考虑对 y 射线 的屏蔽效果 ， 因此 ， 本试验选用防辐射性能 比较弱 的普通卵石作 为粗骨料 ， 磨细 C R T废玻璃分别取代 0 、 2 O 、 4 0 、 6 0 普通河砂 、 磁铁矿砂作 为细骨料配制混凝土 。 对 混凝土进行坍落度 、 抗压强度、 射线屏蔽性能试验 研究 。 1 试验原材料、 配合 比与试验方法 1 1 试验原材料 试验所用 水泥为湖南某公 司生产 的 P C 4 2 5 级水泥 ， 粉煤灰为某电厂 级低钙粉煤灰 。粗 骨料 为湖南衡 阳湘江中的卵石 。 表观密度 2 6 1 0 k g m 。细 骨料为衡 阳本地河砂 ， 表观密度 2 6 3 0 k g m 。 。C R T锥 玻璃从河北某玻璃厂购 回并进行清洗 ， 然后机械破 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 陈熠踽 ， 石建军 ， 宋雪 ， 等 废弃阴极射线管玻璃对混凝土屏蔽性能的影响 碎 、研 磨 至 1 6 3 m m， 0 8一 1 6 m m， 0 6 0 8 mm ， 0 3 0 6 ram四种砂状( 见 图 1 ) ， 以上粒径按 1 ： 2 ： 4 ： 3混合 ， 根据 J G J 5 2 -2 0 0 6 普通混凝土用砂 、 石质量及检 验方法标 准 筛分计算得 细度模数 x = 2 9 9 ， 属 于中 砂， 表观密度 2 9 8 0 k g m 。磁铁矿砂为某核电站防辐 射混凝土原材料 ，有 0 - 0 2 5 ram， 0 2 5 0 5 m m， 0 5 l mm三种粒径 ，以上粒径按 5 ： 3 ： 2的比例混合 ， ： 2 7 6 ， 表观密度 4 2 8 0 7 k g m 。 图 1不 同 粒径 的 C R T玻 璃 1 2 试 验 配合 比 试验混凝土设计强度为 C 3 0 ， 水灰 比为 0 4 5 ， 粉 煤灰掺量为 2 0 。 以 C R T废玻璃 占细骨料总量 比例 0 、 2 0 、 4 0 、 6 0 分别搭 配普通河砂 ( H S ) 、 磁铁矿 砂( C T ) 配制成两大组试件 ， 每大组根据 C R T取代量 的不同分为 4小组 ， 最终配合比见表 1 。 表 1 试验配合比 k g m 1 3 试验 方法 每组试件含有 3个 1 5 0 m mx l 5 0 m mx 1 5 0 m m立 方 体试 块 2个 3 0 0 ra mx 2 5 0 mmx 1 0 0 m m 长方 体 试 块 。对新拌混凝土的坍落度 、 密度进行测量 ， 作为反 映混凝土流动性 、 表观密度的指标 ； 将立方体试块 在标准条件下养护至 2 8 d后进行 立方 体抗压强度 试验 。 射线屏蔽性能测试是根据 射线在物质 中 的衰减原理 5 1 进行试验的。其衰减规律为： = ( 1 ) 式 中 ： 0 为起始 射线的照射量率 ； 为放置 试验试块后透过厚度 为 X( g m) 试块 的 射线照射 量率 为线吸收系数。 试验模型如图 2所示 ，其中 L 1 = 5 c m、 L = 6 5 c m。 将每组试件 中长方体混凝土试块作 为 射线吸收 物质 ，当一束平行的 射线垂直通过混凝土试块 时， 射线与吸收物质发生相互作用 ，产生了衰减。 试 验放射 源采用 卯 C S源 ，活度 2 0 m C i f 1 C i = 3 7 1 0 B q ) ， 检测仪表为 4 5 1 P电离室巡测仪。先测定放 置试块之前 y 射线剂量率 0 ， 再测定穿过混凝土试 块后的 射线剂量率 ， 根据公式 ( 1 ) 推算出线吸收 系数 。物质对 射线的吸收能力还可以用半衰减 层厚度 ( A1 2 ) 、 1 0倍衰减层厚度 ( A1 1 0 ) 来表示 ， 其 中 ： a1 2 = L n 2 t ， a 1 1 0 = L n l 0 x t6 1 。 被 ) 测 混 L 凝 L L2 土 试 块 图 2 射 线 屏 蔽 试 验 不 意 图 2 试 验结 果与 分析 2 1 坍落度 、 抗压强度试验结果 从表 2中可以看出 随着细骨料中 C R T玻璃含 量的增加 ， 混凝土 的坍落度也随之变大 ， 这主要是 由于 C R T玻璃本身的吸水率不高 。 相对普通河砂和 磁铁矿砂表面光滑，能减小混凝土 内部的内摩擦 ， 使混凝土流动性能得到改善 ； 在 H S组中， 随着 C R T 含量从 0增大到 6 0 ，混凝土表观密度逐渐增大 ： 在 C T组中随着 C R T含量增大而减小。其主要原因 是在饱和面干状态下 C R T玻璃骨料 的密度介于河 砂与磁铁矿砂之间。 掺 C R T废玻璃作为细骨料的混 凝土在 2 8 d时抗压强度均略小于对照组试块 。 且随 着 C R T废玻璃在混凝土细骨料中的比例增大 ， 混凝 土的抗压强度也随之相应降低 ， 但是将 C R T掺量控 制 在 4 0 以下 时 对强 度 的影 响 不是很 明显 。 2 2 射线屏蔽测试试验结果 半衰减层厚度 、 l 0倍衰减层厚度分别是指使同 一 放射源辐射强度衰减一半和十分之一时需要 屏蔽物的厚度 线 吸收系数是评定材料吸收辐射性 能好坏的指标 。 因此 ， 半衰减层 、 l 0倍衰减层厚度越 薄 ， 线 吸收系数越高 ， 代表混凝土的防辐射性能越 好。从表 3中 H S 一 0 和 C T 一 0 两个对照组可看出， 普通河砂 混凝土的线 吸收系数要低 于普通磁铁矿 一 】 9一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 6年第 2期 混凝土与水泥制品 总第 2 3 8期 表 2 C R T掺量对混凝土坍落度 、 抗压强度、 表观密度 的影响 表 3 C R T掺量对混凝土屏蔽 1 ， 射线 效果 影响 砂 的混凝土 ，其半衰减层 、 1 O倍衰减层厚度都大于 磁铁矿砂混凝土 ， 这就验证 了磁铁矿砂作为一种 防 辐射材料 ， 用其作为骨料配制出来 的混凝土屏蔽效 果 的确优 于普通 河砂 ，因为从 材料表观 密度上来 看 ， 磁铁矿砂大于普通河砂 ， 试验结果符合 一般防 辐射混凝土 中材料表观密度越大 ， 防辐射效果越好 的解释 。而在 HS和 C T其他组 中，用 2 0 、 4 0 、 6 0 C R T玻璃替换了部分原有细骨料 ，随着替换 比 例提高 ， 线吸收系数相应提高 ， 半衰减层 、 1 O倍衰减 层厚度随之变薄 ， 这是 由于 C R T材料中所含的 P b 、 B a 等重金属元素及其化合物具有较好的吸收 射 线的特性 ， 因而可 以将 C R T废玻璃作为细骨料用来 配制防辐射混凝土 ；其 中 HS 一 6 0 组线性吸收系数 和 C T 一 0 组比较接近 ， 说明本身防辐射能力不高 的 普通河砂混凝土 ，通过替换 了 6 0 的 C R T玻璃之 后 ，屏蔽能力已经接近 1 0 0 磁铁矿砂细骨料 的混 凝土 这说明 C R T材料起到了改善普通混凝土屏蔽 性能 的作用 ： C T 一 6 0 组屏 蔽效果是所有试验组 中 最好的。而且这一组 的表观密度还 略低于 C T组 中 一 2 0一 的其他三组 ， 这说明 C R T作为细骨料相对一般防辐 射材料还具有表观密度小、 方便施工等优点。 3结 论 ( 1 )通过对 比试验 ， 验证用磨细 C R T玻璃取代 河砂 、 磁铁矿砂配制混凝土 ， 新 拌混凝 土的坍 落度 变大 ， 当掺量不超过细骨料 总量的 4 0 时 ， 混凝 土 强度不会存在 明显下 降 ； 相 比用单一 的河砂 、 磁铁 矿砂细骨料配制的混凝土 ， 掺 C R T玻璃 的混凝土线 吸收系数随着 C R T掺量增大而增大 。说 明 C R T作 为细骨料可以改善混凝土的屏蔽能力。 ( 2 ) 相 比磁铁矿砂这类防辐射材料 ， 用河砂 配 制出的普通混凝土对 射线的屏蔽能力 比较差 ， 通 过用 C R T玻璃替换部分河砂 ， 混凝土的屏蔽能力得 到了明显改善 ， 当 C R T替换量达到 6 0 时 ， 可以近 似达 到 1 0 0 磁 铁矿砂 细骨料混凝 土 的防辐射 效 果 ； C R T玻璃替换部分磁铁矿砂后 ，混凝土 的表观 密度随着 C R T取代量增大而减小 ， 线吸收系数却随 之增大了，说 明 C R T可以作为一种防辐射材料 ， 为 电子废弃物的 回收利用和防辐 射混凝 土研究 提供 一 定的参考。 参考文献 ： 1 潘智 生 ， 赵 晖 ， 寇 世聪 防辐射混凝 土研究 现状存 在问题 及发展趋势 J 武汉理工大学学报， 2 0 1 1 , 3 3 ( 1 ) ：4 5 5 1 【 2 】T u n g C h a i L i n g ， C h i - S u n P o o n F e a s i b l e u s e o f r e c y c l e d C RT f u n n e l g X a s s a s h e a v y we i g h t fi n e a g g r e g a t e i n b a r i t e C O n c r e t e J J o u rna l o f C l e a n e r P r o d u c t i o n ， 2 0 1 2 ， 3 3 ： 4 2 - 4 9 【 3 程鹏亮， 葛良全， 张庆贤， 等 重晶石混凝土中混入 C R T s 的屏蔽性能 MC模拟研究 J 核电子学与探测技术， 2 0 1 4 ， 3 4 f 5 ) ： 6 4 0 6 4 4 4 T u n g - C h a i L i n g ， C h i - S u n P o o n ， Wa i - S h u n g L a m， e t a 1 U t i - l i z a t i o n o f r e c y c l e d c a t h o d e r a y t u b e s g l a s s i n c e me n t mo r t a r f o r X - r a y r a d i a t i o n s h i e 1 d i n g a p p l i c a t i o n s s J J o u rna l of Ha z ard o U s Ma t e r i a l s ， 2 0 1 2 ：3 2 13 2 7 【 5 廖芹， 周 四春， 王 自运， 等 不 同集料对 y 射线的屏蔽性能测 试研究 J 核电子学与探测技术， 2 0 1 2 ， 3 2 ( 3 ) ： 3 2 9 3 3 2 6 孙莹莹 常用 放射 源的屏蔽计算及方法评价 D 】 I 长春： 吉 林大学， 2 0 1 0 收稿 日期 ： 2 0 1 5 1 O 一 3 1 作者简 介 ： 陈熠璃 ( 1 9 9 1 一 ) ， 男 ， 硕士研究生 。 通讯作者 ： 石建 军( 1 9 6 6 一 ) ， 男 ， 教授 。 通讯地址 ： 湖南衡 阳南华 大学 城市 建设学 院 联 系 电话 ： 1 8 6 7 4 7 8 3 2 1 6( 陈 熠 璃 ) 、 1 3 9 7 4 7 7 8 7 3 6( 石 建 军 ) E maiI ： 2 7 0 2 4 5 5 9 1 q q c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m