Содержание к диссертации
стр.
Введение 4
ГІТАВАІ.МАТЕРИАЛЬІДтаЗАЩИТЬІОТРАдаАиИИ .9
1.1. Традиционные радиационно-защитные материалы 9
Металлические материалы 9
Полимерные материалы 16
Композиционные строительные материалы 25
1.2. Серные радиационно-защитные материалы 46
1.2.1. Радиационно-защитные свойства серы 47
1.2.2, Свойства особо тяжелых серных бетоно 49
Выводы 53
ГЛАВА2.ПРИМЕЬ1ЯЕМЬШМАТЕРИАЛЬ1ИМЕТОДЬ1И(ХЛЦДОВАНИЯ 55
2.1. Цель и задачи исследования 55
2.2. Применяемые материалы и их характеристики 55
Методы исследования и аппаратура 58
Статистическая оценка измерений и
методы математического планирования эксперимента 61
Оценка погрешности в косвенных измерениях 61
Аппроксимация экспериментальных данных 61
Методы математического планирования эксперимента....64 ГЛАВАЗ.СТРУКТУРА И СВОЙСТВА РАДИАЦИОННаЗАЩШНЬГХ
СЕРНЫХ МАСТИК 63
Исследование структуры серных композитов 63
Реологические свойства 72
Средняя плотность и пористость 91
Прочность 103
Теплофизические свойства 117
Выводы 122
ГЛАВА4. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА СВЕРХТЯЖЕЛЫХ СЕРНЫХ
БЕТОНОВ ; 124
4.1. Выбор параметра оптимизации на уровне микроструктуры 124
Структура радиационно-защитного серного бетона 127
Проектирование состава радиационно-защитного
серного бетона 133
Средняя плотность и пористость 143
Прочность 146
Выводы 150
ГЛАВА 5. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА
РАДИАЩОННО-ЗАЩИТНЬГХ СЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ 151
Химическая стойкость .....151
Атмосферостойкость 162
Морозостойкость 165
Термостойкость 168
Радиационно-защитные свойства 173
Выводы 177
ГЛАВА 6. ФАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ
(ЖРХГЯЖЕЛОГО СЕРНОГО БЕТОНА 178
Принципиальная технологическая схема изготовления 178
Меры безопасности при изготовлении и проведении работ 181
Промышленное внедрение 182
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 184
ЛИТЕРАТУРА 187
Введение к работе
Развитие атомной энергетики, имеющей приоритетное значение для сохранения и развития современной цивилизации, невозможно без дальнейшего совершенствования структуры, свойств и технологии изготовления радиа-ционно-защитных материалов. Искусственно созданные радиоактивные материалы и отходы представляют серьезную экологическую опасность для окружающей среды как в настоящее время, так и в отдаленном будущем. Для обеспечения радиационной безопасности на объектах атомной энергетики и других отраслей промышленности широкое применение получили металлические, полимерные и композиционные строительные материалы. Накопленный практический опыт свидетельствует, что наиболее рационально применение композиционных материалов, свойства которых можно регулировать в широком диапазоне значений. Стойкость таких материалов к воздействию ионизирующих излучений определяется, в основном, устойчивостью компонентов и в большей степени стойкостью вяжущего вещества.
Проведенные на кафедре «Строительные материалы» Пензенского государственного университета архитектуры и строительства исследования показали, что для изготовления радиационно-защитных материалов перспективным вяжущим веществом является серное связующее. По защитным характеристикам сера не уступает традиционным видам вяжущих веществ, применяемых для изготовления радиационно-защитных материалов, а по некоторым показателям имеет более высокие значения. Исследования, проведенные Ю.И. Орловским, показали, что облучение может быть использовано для модификации серного связующего с целью получения композиционных материалов с заданными свойствами.
Американскими исследователями модифицированное серное вяжущее было предложено использовать для капсулирования радиоактивных и высокотоксичных отходов. Проведенные исследования показывают, что полученный материал обладает достаточной прочностью, высокой стойкостью к
5 био-, термо- и радиационным воздействиям и позволяет надежно герметизировать различные отходы.
Под руководством А.П. Прошина были разработаны особо тяжелые серные бетоны, характеризующиеся относительно высокими показателями эксплуатационных свойств. Для изготовления таких бетонов предложено использовать специальный наполнитель (отход стекольного производства), который образуется на специализированных предприятиях. Это значительно ограничивает масштабы и области применения таких бетонов.
Наиболее оптимальными радиационно-защитными свойствами обладают композиции, сочетающие в определенных пропорциях количества легких и тяжелых элементов. Однако эксплуатация таких композиций возможна при использовании вспомогательных средств, что приводит к повышению стоимости конструкции защиты. Кроме того, для изготовления изделий и конструкций из таких композиций необходимо применение специальных энергозатратных технологий, что также увеличивает себестоимость материала. Изложенное указывает на необходимость поиска новых материалов, характеризующихся приемлемыми технологическими и эксплуатационными свойствами.
Анализ требований, предъявляемых к радиационно-защитным материалам, показывает, что такие материалы должны обладать не только высокими радиационно-защитными, но и приемлемыми технологическими и эксплуатационными свойствами. На наш взгляд, в значительной степени этим требованиям будут соответствовать литые дисперсно-армированные серные бетоны на металлическом заполнителе.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является создание сверхтяжелых серных бетонов, предназначенных для защиты от радиации.
Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:
Изучить закономерности процессов структурообразования серных мастик и бетонов.
Изучить влияние структурообразующих факторов на физико-механические и эксплуатационные свойства радиационно-защитных серных мастик и бетонов.-
Разработать составы сверхтяжелых серных бетонов, обладающих высокими защитными свойствами к воздействию ионизирующих излучений.
Научная новизна работы.
1. Научно обоснованно получение сверхтяжелых радиационно-
защитных материалов, обладающих средней плотностью до 7200
кг/м3 и повышенной подвижностью бетонной смеси.
2. Установлено, что между серой и наполнителем (баритом, оксидом
свинца и ферроборовым шлаком) протекают процессы химического взаимодействия, в результате которых образуются соединения сложного химического состава.
3. Установлено, что введение модифицирующих добавок приводит к
изменению структуры материала и интенсивности взаимодействия на границе раздела фаз «сера — наполнитель».
Установлены закономерности изменения реологических, физико-механических и эксплуатационных свойств радиационно-защитных серных композитов от основных рецептурно-технологических факторов.
Разработан метод определения общей пористости серных компози-
ционных материалов.
6. Разработан метод проектирования составов сверхтяжелых серных
бетонов. Практическая значимость и реализация результатов работы. Созданы сверхтяжелые радиационно-защитные серные материалы на основе ферроборового шлака, барита и свинцовой дроби. Разработанные материалы
7 обладают высокой средней плотностью и прочностью, низкой пористостью и высокими показателями эксплуатационных свойств. Определены оптимальные технологические режимы изготовления радиационно-защитных серных композитов. Установлены оптимальные концентрации модифицирующих добавок и составы комплексных модификаторов для получения серного композита с оптимальными реологическими, физико-механическими и эксплуатационными свойствами.
Разработанные защитные серные композиты получили промышленную проверку и опытное внедрение в детской областной больнице им. Н.Ф. Филатова (г. Пенза), при изготовлении полов в рентген- и диагностических кабинетах.
На защиту выносятся:
научное обоснование получения сверхтяжелых радиационно-защитных материалов на основе серы, барита, ферроборового шлака и свинцовой дроби;
результаты экспериментальных исследований зависимости свойств радиационно-защитных серных мастик от рецептурных и технологических факторов;
методика определения общей пористости серных материалов;
методика проектирования составов сверхтяжелых серных бетонов;
результаты экспериментальных исследований свойств сверхтяжелых серных бетонов от рецептурно-технологических факторов.
Апробация работы. По результатам исследований сделаны доклады и сообщения: на всероссийской XXXI научно-технической конференции: «Актуальные проблемы современного строительства» (Пенза, 2001 г); Международном симпозиуме: «Надежность и качество 2001» (Пенза, 2001 г); VII Академических чтениях РААСН: «Современные проблемы строительного материаловедения» (Белгород, 2001 г); научно-техническом семинаре: «Совершенствование методов проектирования составов бетона» (Украина, Ровно,
8 2001 г); Konferencja naukowo-techniczna: «Aktualhe problemy naukowo-badawcze budownictwa» (OIsztyn-Lansk, 2002 r); II научно-техническом семинаре: «Структура, свойства и состав бетона. Вопросы теории бетонирования и технологической практики» (Украина, Ровно, 2002 г); Всероссийской ХХХИ научно-технической конференции: «Актуальные проблемы современного строительства» (Пенза, 2003 г). Основное содержание диссертации опубликовано в 18 работах.
