Бетон для защиты от радиоактивных излучений. Радиация от цемента


Бетоны для защиты от радиации - Статьи

Из всех радиоактивных излучений наибольшей проникающей способностью обладают у-излучение и нейтроны. Способность материала поглощать у-излучение пропорциональна его плотности. Для ослабления потока нейтронов в материале, наоборот, должны присутствовать элементы с малой атомной массой, как, например, водород. Бетон является эффективным материалом для биологической защиты ядерных реакторов, поскольку в нем удачно сочетаются при сравнительно низкой стоимости высокая плотность содержание определенного количества водорода в химически связанной воде. Для уменьшения толщины защитных экранов при возведении атомных электростанций и предприятий по производству изотопов наряду с обычными применяют особо тяжелые бетоны со средней плотностью от 2500 до 7000 кг/м3 и гидратные бетоны с высоким содержанием химически связанной воды. С этой целью используют тяжелые природные или искусственные заполнители: магнетитовые, гематитовые или лимонитовые железные руды, барит, металлический скрап, свинцовую дробь и др. Для получения гидратных бетонов эффективными являются лимонит, серпентинит и другие материалы, обладающие наряду с высокой плотностью и значительным содержанием химически связанной воды. В качестве вяжущих в особо тяжелых и гидратных бетонах применяют портланд- и шлакопортландцементы. Возможно применение цемента специального назначения, образующего при твердении повышенное содержание гидросульфоалюмината, связывающего значительное количество воды. В гидратных бетонах можно использовать также глиноземистый и гипсоглиноземистый цементы, связывающие большее количество воды, чем портландцемент. Для улучшения защитных свойств в гидратные бетоны вводят добавки, повышающие содержание водорода - карбид, бор, хлорид лития и другие добавки, в состав которых входят легкие элементы. Кроме улучшенных защитных свойств, бетон, применяемый для устройства экранов ядерных реакторов, должен обладать и другими особенностями: повышенной температуростойкостью, высокой теплопроводностью, низкими значениями усадки, коэффициента термического расширения и ползучести. Особо тяжелые бетонные смеси склонны к расслоению вследствие значительного различия между плотностями цементного теста и заполнителей. Для предотвращения расслоения рекомендуется такие смеси перевозить в автобетоносмесителях, применять методы раздельного бетонирования и т. д. При потоках нейтронов высокой интенсивности, характерных для некоторых реакторов на быстрых нейтронах, может возникнуть необходимость в использовании радиационностойких бетонов. В результате воздействия ионизирующего излучения в структуре бетона могут происходить качественные изменения, характер и глубина которых зависят от свойств бетона, вида исходных материалов и дозы облучения. При определении радиационной стойкости материалов учитываются плотность потока частиц, интенсивность излучения, поглощенная доза излучения. Плотность потока частиц или квантов характеризуется отношением числа частиц, проникающих в сферу элементарного объема в единицу времени, к площади проекции сферы (квант в сек. на кв. метр - с"1 м"2). В отличие от плотности интенсивность излучения - удельная величина энергии (Вт/м2). Поглощенная доза излучения равна отношению поглощенной энергии к массе облучаемой среды (Дж/кг). Например, плотность потока нейтронов, излучаемых ядерным реактором, достигает 5 1017с~1м~2, изотопным источником -10 - 108с 1м"2. Интенсивность излучения составляет соответственно 104 и 10"6 Вт/м2. Доза излучения, поглощенная бетоном конструкций, расположенных за корпусом ядерного реактора за 30 лет его службы составляет 1011 - 1012 Дж/кг. Радиационное облучение вызывает термическую усадку цементного камня, которая возрастает по мере увеличения дозы облучения. При этом температура увеличивается до 350°С и происходит его частичное обезвоживание. Деформации при облучении Цементного камня значительно превосходят деформации вследствие испарения воды при разогреве цементного камня. Усадке способствуют радиационно-химические реакции, в результате которых возможно образование химически активных частиц, взаимодействующих друг с другом. При облучении происходит радиолиз химически связанной, адсорбционной и свободной воды, цементного камня, в результате чего выделяются в газообразном состоянии кислород и водород. Радиолиз воды сопровождается снижением прочности цементного камня, развитием деформаций ползучести. При облучении бетона характерны снижение плотности и увеличение линейных размеров зерен заполнителей. Возможен также переход минералов из кристаллического в аморфное состояние, что также сопровождается деформациями расширения. По мере облучения происходит образование и накопление различных дефектов кристаллической решетки минералов, слагающих заполнители. Наибольшие изменения при радиационном воздействии характерны для крупнокристаллических глубинных кислых магматических горных пород. С увеличением содержания в структуре горных пород аморфных фаз и уменьшением размеров кристаллов радиационная стойкость пород возрастает. Модуль упругости бетона по мере повышения дозы облучения снижается вследствие накопления структурных дефектов в заполнителях и цементном камне. Установлено, что при значительных дозах облучения предел прочности бетона на сжатие снижается в 4 раза, а на растяжение более чем в 2 раза. Для радиационностойких бетонов предпочтительно применять высококремнеземистые портландцементы с пониженным содержанием алюминатов и алюмоферритов. В условиях облучения эффективно использование мелкозернистых бетонов.

Авторы: Л. И. Дворкин, О. Л. Дворкин

m350.ru

Тяжелый бетон для защиты от радиации

Примечание

Нормы и стандарты по бетонному строительству в Европе переживают перелом. В переходный период параллельно действуют как старые, так и новые нормы. Данная спецификация основывается на стандарте. Текст, выделенный в данной спецификации курсивом, указывает на изменения, обозначенные в новом поколении норм и стандартов. В соответствии с DIN 1045 тяжелый бетон (плотность в сухом состоянии > 2,8 кг/м или плотность бетона, высушенного в печи > 2,6 кг/дм3) используется для:

- защиты от излучения (медицина, дефектоскопия, таможня, исследования, атомные электростанции),- балластировки (строительные машины, корабли, защита фундамента от выталкивающей подъемной силы, трубопроводы), - сейфы и - звукоизоляция

С целью защиты от радиационного облучения законодатели установили максимальные значения допустимых доз облучения. Бетон для защиты от радиации (называемый также экранирующий бетон) служит для ослабления воздействия опасного излучения. В таблице 1 представлено действие защиты, образуемой бетоном. Подтверждение ослабления излучения не является задачей инженера-бетонщика; специалист по радиационной защите должен предоставить необходимые параметры для проектирования бетона с учетом конструктивных характеристик (например, толщина строительного элемента): - плотность жесткого бетона, - содержание химически связанной воды,

Таблица 1: Действие бетона для защиты от радиации

Излучение

Источники излучения (примеры)

Требования к качеству бетона для защиты от радиации

рентгеновское излучение

рентгеновски приборы, линейный ускоритель

- обычный бетон с pR ≥ 2,4 кг/дм3 и толщиной около 300 мм

альфа- излучение бета-излучение

радионуклиды

- толщина бетона должна быть в мм

гамма- излучение

ядерные реакторы, радионуклиды, ядерные взрывы

- высокая плотность и/или

- большая толщина

нейтронное излучение

- высокое содержание химически связанной воды

- добавки в виде бора, кадмия или гафния

- высокая плотность

- большая толщина

Таблица 2: Заполнители (зернистые заполнители) и добавки в тяжелый бетон и бетон для защиты от радиации

Группы веществ (имеющиеся размеры зерен)

Плотн ость зерна кг/дм3

Содерж ание железа Весовой процент

Кристаллиз ационная вода Весовой процент

Содерж ание бора Весовой процент

Химические элементы (Основные составляющие)

Ориентировоч ная цена Обычная надбавка = 1

Обычные заполнители

 

(обычный зернистый заполнитель)

2,6 -

-

-

-

Si, Al, Ca, K, Na,

1

2,7

-

-

-

Mg, C, O

1 - 3

Гравийный песок

2,6 -

-

-

-

Ca, Al, C, O

1 - 3

Известняк

1,8

< 10

-

-

Si, Al, K, Na, O

1 - 3

Гранит

2,6 -

 

 

 

Si, Al, Fe, Mg, O

 

Базальт

2,8

 

 

 

 

 

 

2,9 -

 

 

 

 

 

 

3,1

 

 

 

 

 

Тяжелые природные заполнители

 

(природные тяжелые зернистые заполнители)

4,0 -

-

-

-

Ba, S, O

10 - 15

4,3

35 - 40

-

-

Fe, Ti, O

10 - 15

Барит (тяжелый шпат)

4,6 -

60 - 70

-

-

Fe, O

10 - 25

4,7

60 - 70

-

-

Fe, O

15 - 25

Ильменит (титанистый железняк)

4,6 -

 

 

 

 

 

4,8

 

 

 

 

 

4,7 -

 

 

 

 

 

Магнетит (магнитный железняк)

4,9

 

 

 

 

 

 

Гематит (красный железняк)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тяжелые искусственные заполнители (промышленно произведенные тяжелые зернистые заполнители)

3,5 -

< 25

-

-

Si, Ca, Fe, O

5 - 10

3,8

80 - 58

-

-

Fe, Si

20 - 35

5,8 -

65 - 70

-

-

Fe, P

3 - 40

6,2

90 - 95

-

-

Fe

30 - 45

Шлаки тяжелых металлов 1)

6,0 -

ок. 95

-

-

Fe

50 - 60

6,2

 

 

 

 

 

Ферросилиций

6,8 -

 

 

 

 

 

Феррофосфор

7,5

 

 

 

 

 

Стальной гранулят (< 8 мм)

7,5 -

 

 

 

 

 

7,6

 

 

 

 

 

Стальная дробь (0,2...3 мм)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заполнители (зернистые заполнители) с повышенным содержанием кристаллизационной воды Лимонит (4.. .16 мм) Серпентин

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3,6 – 3,8 2,5 – 2,6

50 - 55

10 - 12 11 - 13

-

Fe, O, H Si, Mg, O, H

15 - 20 10 - 20

Борсодержащие добавки

2,3 -

-

16 - 20

ок. 13

B, Ca, O, H

40 - 65

Борокальцит, колеманит

2,4

-

 

ок. 15

B, Si, Na, O

ок. 200

2,4 -

-

 

ок. 78

B, C

ок 3300

Борная фритта

2,6

 

 

 

 

 

Карбид бора

2,4

 

 

 

 

 

1) Содержание тяжелых металлов может колебаться.

Таблица 3: Кривые гранулометрического состава согласно гранулометрической кривой Фуллера

Зернистые смеси

Содержание подрешетного продукта в % от объема для размера ячеек сита (мм)

0,25

0,5

1

2

4

8

16

31,5

0/32

5

12

17

25

35

50

70

100

0/16

8

17

25

35

50

70

100

100

0/8

11

25

35

50

70

100

100

100

Таблица 4: Ориентировочные данные по содержанию учитываемой связной воды (водорода) wzs в сухом цементном камне

Рабочая температура в °С

WZS

в кг/м3

а 2)

 

< 40

0,2 • z + 30

0,19…0,23

40...100

а • z

при продолжающейся гидратации 1)

0,14...0,19 после 28-дневного выдерживания

ок. 300

0,55 · α · z

ок. 300

0,45 · α · z

1) Строительные элементы, защищенные от высыхания, и массивные конструкции в возрасте минимум 3 месяца 2) Высокие значения получаются при водоцементном отношении > 0,5 для - быстро твердеющего цемента - цемента с высоким содержанием C3S и более крупной мелкодисперсной взвесью - количество добавок с высокой вероятностью захвата нейтронов, - химико-минералогический состав заполнителей (зернистых заполнителей) Другие требования к бетону могут вытекать из - термических нагрузок, - механического и химического разрушения, - экономических ограничений

Для защиты от радиации используются тяжелый бетон с плотностью в сухом состоянии от 2,8 до 6,0 кг/дм3 (от 2,6 до 6,0 3 «-* кг/дм ), а также обычный бетон, причем в медицинской технике конструктивные элементы должны иметь толщину до 2 м.

1. Исходные вещества

Цемент

Можно использовать цемент в соответствии с DIN EN 197-1 и DIN 1164 при условии соблюдения правил применения цемента (DIN 1045-2 устанавливает области использования цемента в зависимости от классов экспозиции строительных элементов). Для создания массивных элементов может использоваться цемент с нормальным начальным твердением или низкотермичный цемент.

Заполнители (зернистые заполнители) и добавки

Обзор заполнителей (зернистых заполнителей) и добавок, используемых при изготовлении тяжелого бетона и бетона для защиты от радиации, представлен в таблице

2. Свинец и камни, содержащие свинец, не подходят для использования при приготовлении бетона, так как они могут привести к нарушениям в процессе схватывания, при этом не образуется достаточной связи сцепления с цементным камнем. Предпочтительным является использование зерен заполнителя, имеющих приплюснутую форму. Для удобоукладываемости и получения высокой плотности бетона его гранулометрический состав должен находиться в зоне кривой A/B. Если поставляемые зернистые заполнители не соответствуют заполнителям, обычно используемым в бетонном строительстве, то необходимо использовать смесь с уменьшенным содержанием мелкодисперсной взвеси (таблица 3). Заполнители (зернистые заполнители) должны соответствовать требованиям стандарта DIN 4226. Если производитель бетона получает тяжелый заполнитель (тяжелый зернистый заполнитель) от поставщика, не подлежащего контролю качества (подтверждению соответствия) согласно DIN 4226, то производитель должен предоставить свидетельство о составе и однородности бетонной смеси, а также в случае необходимости, анализ, проведенный компетентными лабораториями.

Разрешено использовать тяжелые заполнители, удовлетворяющие следующим основным условиям:

- должны быть обеспечены необходимый гранулометрический состав, плотность зерен, содержание кристаллизационной воды и химический состав, - свойства заполнителей (зернистых заполнителей) не должны оказывать отрицательного влияния на прочность и плотность бетона, - износ, обусловленный хранением заполнителей (зернистых заполнителей), а также смешиванием и укладкой бетонной смеси, должен быть незначительным, - структура поверхности компонентов заполнителя (зернистого заполнителя) не должна снижать сцепление в строительном растворе, и соответственно, бетоне, - заполнитель (зернистый заполнитель) не должен содержать компонентов, отрицательно влияющих на бетон и разрушающих стальную арматуру, - минимальный предел прочности на сжатие должен составлять 80 Н/мм2 (опытные данные). Можно использовать установленные нормой или разрешенные добавки.

Присадки Необходимо использовать только установленные нормой или разрешенные присадки. Так как нельзя исключить возникновение химической реакции между присадками и тяжелыми заполнителями (тяжелыми зернистыми заполнителями), необходимо проводить испытания на определение пригодности, специально провести проверку изменения схватывания и твердения. Химические реакции, приводящие к повреждению бетона и возникающие между природным тяжелым заполнителем (природным тяжелым зернистым заполнителем) и пластификаторами, разжижителями и замедлителями, не известны.Арматурная сталь Можно использовать все виды арматурной стали в соответствии с DIN 488. При динамической нагрузке (удары, взрывы) к предельному удлинению и обратному изгибу могут предъявляться повышенные требования.

2. Состав бетонной смеси

Содержание учитываемой связной воды (водорода) В настоящее время не существует общепризнанных данных о связывании воды в цементном камне и заполнителях (зернистых заполнителях). В таблице 4 представлены ориентировочные данные по содержанию учитываемой связной воды (водорода) в цементном камне при различных условиях хранения и эксплуатации. Более детальные данные требуют проведения трудоемких экспериментальных исследований в соответствии с каждым отдельным случаем. В таблице 2 представлено учитываемое содержание кристаллизационной воды в заполнителях (зернистых заполнителях) в обычных климатических условиях. При рабочей температуре от 80 °C заполнители (зернистые заполнители) теряют влагу в зависимости от температуры и времени воздействия. Заполнители (зернистые заполнители), содержащие лимонит, в целом сохраняют достаточно высокое содержание кристаллизационной воды до рабочей температуры 150 °C, заполнители (зернистые заполнители), содержащие серпентин, до температуры 350 °C.

Плотность бетонной смеси

Путем определения плотности свежеприготовленной бетонной смеси pb,h (Pc,h) с учетом ее производственного распределения можно регулировать плотность жесткого бетона pb (pc), имеющую решающее значение при его проектировании: Pb,h = Pb + 1,645 • s + w - wzs Для предварительной оценки можно использовать формулу s = 0,01 • pb

Предел прочности при сжатии

Используя названные заполнители (зернистые заполнители) можно получить классы прочности B 25 и B 35 (C 20/25, C 25/30 и C 30/37), необходимые для тяжелого бетона и бетона для защиты от радиации. Главными факторами, оказывающими влияние на прочность, являются так же, как и в обычном бетоне, водоцементное отношение, прочность цемента и количество пор уплотнения. При использовании искусственных и содержащих кристаллизационную воду заполнителей (зернистых заполнителей) могут возникать отклонения в процессе твердения по сравнению с обычным бетоном.

Свойства свежеприготовленной бетонной смеси

Объем пор в свежеприготовленной бетонной смеси даже при хорошем уплотнении составляет 1,5 % от общего объема, а при использовании искусственных заполнителей (промышленно произведенных зернистых заполнителей) объем пор может повышаться до 3 %. Содержание воды, необходимое для получения определенной консистенции, соответствует содержанию воды в обычном бетоне, при использовании искусственных заполнителей (промышленно произведенных зернистых заполнителей) возможны отклонения. Необходимо удерживать содержание воды на низком уровне, так как иначе снизится плотность бетона, увеличится усадка, и будут образовываться трещины. При наличии мягкой и текучей консистенции и различной плотности заполнителей (плотности зернистых заполнителей) существует опасность расслоения.

Проектирование бетонной смеси

При проектировании бетонной смеси действуют такие же условия, что и для обычного бетона, при этом необходимо учитывать различную плотность заполнителей (плотности зернистых заполнителей). Для пояснения можно посмотреть следующий пример: - Необходимые свойства: B 25 (C20/25), внутренний элемент (XC 1) Pb = 3 200 кг/м3 Консистенция KP (C 2, F 2) Пористость свежеприготовленной бетонной смеси p = 2,0 % по объему Рабочая температура < 40 °С

- Имеющиеся вещества: Цемент CEM III/B 32,5N - NW с pz = 3000 кг/м3 Тяжелый заполнитель с pg1 = 4 200 кг/м Обычный заполнитель с pg2 = 2 700 кг/м3

- Согласно диаграмме: в/ц отношение = 0,59 w = 165 кг/м3 z = 280 кг/м3 - Объемная доля заполнителя: Vg = 1 - z/pz - w/1 000 - p Vg = (1 - 280/3 000 - 165/1 000 - 0,02) м3/м3 Vg = 0,72 м3/м3 - Массовая доля заполнителя с учетом плотности свежеприготовленной бетонной смеси: Pb,h = Pb + 1,645 s + w - wzs pb,h = 3 200 + 1,645 • 0,01 • 3 200 + 165 - (0,2 • 280 + 30)

Pb,h = 3 300 кг/м3 g = pb,h - z - w g = 3 300 - 280 - 165 g = 2 880 кг/м3 - Распределение общей массы по обоим заполнителям с обоими уравнениями: g = g1 + g2 V g = g1/Pg,1 + g2/Pg,2 g1 = (Vg • pg,1 • pg,2 -g • pg,1) / (pg,2 - pg,1) g1 = (0,72 • 4 200 • 2 700 - 2 880 • 4 200) / (2 700 - 4 200) g1 = 2 620 кг/м3 g2 = g-g1 = 2 880 - 2 620 g2 = 260 кг/м3 Заполнители должны быть разделены в соответствии с необходимым гранулометрическим составом на отдельные фракции. Ориентировочные данные представляют также рецептуру уже изготовленных деталей, таблица 5.

3 Производство и укладка Опалубка и леса

При повышенной плотности свежеприготовленной бетонной смеси необходимо определить соответствующие размеры опалубки и лесов. Целесообразным является применение временной стяжки элементов опалубки, так как в целом сложно закрыть анкерные отверстия с помощью раствора бетона для защиты от радиации. Необходимо подтвердить пригодность стяжки элементов опалубки и распорок.

Таблица 5: Примеры рецептур для тяжелой бетонной смеси (примы из практики)

Применение

 

Класс прочности бетона

 

 

Больница (Лучевая терапия)

B 25 (C 20/25)

Больница (Лучевая терапия)

B 35 (C 30/37)

Бетонная балластировка

B 25 (C 20/25)

Необходимая плотность в сухом

кг/м3

≥ 3200

≥ 3400

≥ 4200

состоянии

 

 

 

 

Марка и класс прочности цемента

кг/м3

CEM I 32,5 R

CEM III/B 32,5 N-

CEM III/B 32,5

Содержание цемента

 

280

NW

N-NW

 

 

 

370

300

Содержание летучей золы

кг/м3

50

-

-

Содержание заполнителя

 

 

 

 

(зернистого заполнителя)

кг/м3

-

-

-

Песок 0/4

кг/м3

-

-

-

Гравий 4/8

кг/м3

125

-

-

Гравий 8/16

кг/м3

2640

2800

-

Барит 0/16

кг/м3

-

-

2860

Гематит 0/16

кг/м3

-

-

940

Гранулят железной рудый 4/8

 

 

 

 

Разжижитель

кг/м3

2,5

2

1,5

Водоцементное отношение

-

0,55

0,51

0,56

Консистенция

 

KP (C2, F2)

KP/KR (C 2/C 3, F

KP/KR (C 2/C

 

 

 

2/F 3)

3, F 2/F 3)

Прочность бетона на сжатие после 28 дней

Н/мм2

39

44

40

Хранение заполнителей (зернистых заполнителей) Необходимо избегать смешивания различных заполнителей (зернистых заполнителей), а также не допускать попадания различных загрязнений. Заполнители (зернистые заполнители), содержание железо, должны храниться в сухом месте. Легкий налет ржавчины является безопасным.

Дозировка и смешивание

Все компоненты смеси необходимо дозировать по массе (весу), при дозировке следует учитывать влажность заполнителя (зернистого заполнителя). Для тяжелого бетона количество наполняемых в смеситель веществ необходимо уменьшить в соотношении плотности тяжелого бетона к плотности обычного бетона (2400 кг/м3). Время, необходимое для смешивания, можно определить при проведении предварительных испытаний, чтобы обеспечить однородность, а также предотвратить чрезмерное истирание тяжелого заполнителя (тяжелого зернистого заполнителя) (как правило, 1-2 мин).

Товарный бетон

При использовании заполнителей (зернистых заполнителей) с различной плотностью зерен возможно расслоение смеси. Необходимо придерживаться допустимой грузовместительности автобетоносмесителей.

Подача, укладка, уплотнение

Укладка тяжелого бетона производится преимущественно с помощью бадьи или транспортерных лент. При использовании бетононасосов из-за необходимых свойств свежеприготовленной бетонной смеси могут возникнуть проблемы. Укладка в условиях строительного участка дает объяснения. Для предотвращения расслоения бетонной смеси при использовании заполнителя (зернистого заполнителя) различной плотности высота свободного падения должны быть как можно меньше. При укладке бетонной смеси слоями толщина слоя должна составлять 25 см. При производстве строительных элементов с различными размерами, прокладкой трубопроводов или пазами используется метод бетонирования раздельной укладки составляющих. В отношении материала и используемых технологий действуют общие правила по бетонированию методом раздельной укладки составляющих (уложенный заполнитель (зернистый заполнитель) > 32 мм, заполнитель (зернистый заполнитель) строительной смеси < 4 мм). При укладке заполнителей (зернистых заполнителей) с различной плотностью, например, стальной лом вместе с другими материалами подходит пудлингование, при котором в уложенную слоями строительную смесь уплотняется компоненты тяжелого заполнителя (компоненты тяжелого зернистого заполнителя). Согласно DIN 4235 при использовании глубинного вибратора следует выбирать преимущественно вибраторы с высокой центробежной силой. Затраты на уплотнение тяжелого бетона повышаются. Расстояние между отверстиями, сделанными вибратором, глубина погружения и время вибрирования должны быть небольшими, при этом необходимо проводить предварительные испытания. При использовании поверхностных вибраторов необходимо обратить внимание на ограничения глубины воздействия. Положительное влияние может оказать дополнительное уплотнение. Дефекты в бетоне для защиты от радиации могут снижать экранирующее действие.

Рабочие швы

При возможности необходимо избегать рабочих швов. Если необходимо сделать перерыв в работе, то расположение рабочих швов должно быть запланировано в зонах низкой интенсивности излучения, например, при соединении паз-гребень или окантовке. Цементное молоко старого слоя бетона необходимо удалить напорной струей воды, пока не обнажатся грубые зерна заполнителя. Стоячую воду необходимо удалить с помощью сжатого воздуха. Перед дальнейшим бетонированием поверхность бетона должна быть матово-влажной.

Уход за бетоном

Необходимо особенно тщательно проводить непрерывный уход за бетоном для защиты от радиации, чтобы избежать образования трещин. Необходимо руководствоваться положениями директивы Немецкого комитета по железобетону по выдерживанию бетона и уходу за ним (или DIN 1045-3 : 2001), причем время выдерживания должно быть увеличено (например, в течение 14 дней выдерживать во влажных условиях). Для предотвращения температурных напряжений при выдерживании массивных строительных элементов необходимо использовать теплоизолирующее покрытие.

4. Контроль качества (определение соответствия и контроль)

Бетон для защиты от радиации должен производиться как бетон B II, а его контроль должен осуществляться в соответствии со стандартом DIN 1045 (Определение соответствия бетона для защиты от радиации необходимо проводить в соответствии с DIN EN 206-1 : 2001 и DIN 1045-2 : 2001. Контроль выполнения строительных работ проводится в соответствии с DIN 1045-3 : 2001 по классу контроля 2 или для высокопрочного бетона - по классу контроляЗ ). Дополнительно самоконтроль (контроль) должен определить следующие параметры: - плотность зерен и при необходимости химический состав и содержание кристаллизационной воды заполнителей (зернистых заполнителей), - плотность свежеприготовленной бетонной смеси и жесткого бетона. Частота проведения испытаний должна быть установлена в соглашении. Экранирующее действие бетона можно проверить с помощью просвечивания.

5. Сопротивление бетона радиоактивному излучению

Из-за лучепоглощения температура бетона может сильно повышаться, при этом наряду с обезвоживанием бетона уже при температуре 100 -250 °C происходит потеря прочности бетона на 20-25 %. В соответствии с современным уровнем знаний нейтронное излучение с флюенсом выше 1019 нейтронов/см2 или гамма-излучение дозой 2 • 1014 Дж/г может привести к ухудшению механических свойств (прочность, модуль эластичности, коэффициент теплового расширения). Такие дозы облучения встречаются, например, в корпусе ядерного реактора. Наряду с учетом данных факторов при измерении или конструировании сооружений необходимо выбирать наиболее устойчивые к излучению виды заполнителя (зернистого заполнителя).

6. Кладка из тяжелого бетона

Вместо монолитного бетона может использоваться кладка из блоков, выполненных из тяжелого бетона. Заделывание отверстий между камнями осуществляется с помощью цементного раствора MG III. В кладке из блоков, выполненных из тяжелого бетона, камни и раствор должны иметь одинаковую плотность в сухом состоянии. Штукатурка также может использоваться для защиты от излучения.

7. Нанесение защитного покрытия

Для покрытия строительных элементов, подвергаемых излучению, используются преимущественно содержащие растворитель или водоэмульсионные эпоксидные смолы и полиуретаны, к которым предъявляются особые требования в отношении радиационной стойкости и способности к дезактивации. Требования и методы испытаний представлены в DIN 55 991.

brusshatka.ru

Цементы для защиты от радиационных излучений

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЦЕМЕНТЫ

Для защиты от излучения рентгеновской аппаратуры применяют свинец в виде листов разной толщины, а также рентгенозащитный цементный бетон, который от­личается от обычного тем, что заполнителем в нем яв­ляется сернокислый барий (барит), обладающий высо­кой рентгенонепроницаемостью. В стационарных ядер­ных реакторах предусмотрены два вида защиты. Внут­реннюю часть, близко расположенную к реактору и вос­принимающую высокие потоки ядерных излучений изго­товляют из свинца, графита, стали и других специаль­ных материалов. Наружная часть ограждения служит для биологической защиты и сооружается обычно из бе­тона и железобетона. Бетон должен иметь повышенную среднюю плотность и высокое содержание химически связанной воды в цементном камне для защиты от гам­ма и нейтронного излучения. Кроме того, он должен об­ладать высокой относительной плотностью, чтобы за­щитное ограждение было однородным. Необходимым качеством является огнеупорность защитных бетонов в связи с тем, что при поглощении излучений выделяется много тепла, что повышает температуру в защитном бетоне до 973 К-

Химико-минералогический состав цемента для за­щитного бетона должен быть таким, чтобы при тверде­нии формировались гидратные новообразования с воз­можно большим содержанием химически связанной во­ды. Имеется опыт применения для этой цели магне­зиального вяжущего, называемого цементом Сореля, которое получают путем затворения порошка каусти­ческого магнезита раствором хлористого либо сернокис­лого магния. Это вяжущее твердеет только на воздухе, состав гйдратных новообразований в затвердевшем магнезиальном вяжущем еще точно не установлен.

Считали, что при твердении этого цемента образует­ся гидроксид магния, Mg(OH)2, выделяющийся из ука­занных солевых растворов. В настоящее время доказано, что в зависимости от концентрации MgCl2 могут образо­ваться MgCl2-6h30 и комплексная соль примерного состава 3MgO-MgCl2-11Н20. При использовании в ка­честве затворителя раствора сернокислого магния по­лучается также многоводная комплексная соль пример­ного состава 4MgS04-3Mg(0H)2- 15Н20. Преимущест­во этого вяжущего в повышенном содержании химичес­ки связанной воды в цементном камне.

Среди известных гидратных цементных соединений ин­тересен гидросульфоалюмипат кальция, состав которого, как известно, характеризуется особо высоким содержа­нием химически связанной воды, достигающим 45%. Он является компонентом расширяющихся и сульфатношла - ковых цементов, придающим им соответствующие за­щитные свойства. Целесообразно применение цементов на основе глиноземистого цемента, так как при гидра­тации важнейшего минерала — СА, образуется много­водное соединение С2АН8.

Наличие бария в составе портландцемента улучшает его защитные свойства, придавая цементному камню од­новременно повышенную огнеупорность. Моноалюминат бария обладает высокими огнеупорными свойствами и является в то же время воздушным вяжущим вещест­вом. Добавление сульфата кальция придает ему гид - равличность, что обусловливает рост прочности цемента при водном твердении.

Для биологической защиты применяют боросодер - жащие цементы и бетоны. Возможность введения в сос­тав цемента соединений бора весьма ограничена, так как они отрицательно влияют на процессы твердения, существенно снижают прочность растворов и бетонов. Поэтому водонерастворимые соединения бора, в част­ности природную боросодержащую породу — датолито - вую руду, нужно вводить в бетон в качестве заполните­ля. Бор можно вводить и в состав глины, обжигаемой на шамот для получения защитных жаростойких раст­воров и бетонов. За рубежом в качестве боросодержа - щих заполнителей применяют руды, содержащие коле - манит или борокальцит. Колеманит оказался выгоднее, так как сравнительно дешев и содержит повышенное количество кристаллизационной воды. Отрицательно влияют на сроки схватывания и твердение цемента час­то встречающиеся в боросодержащих рудах раствори­мые натриевые соединения. Если в руде, использован­ной в качестве заполнителя в бетоне, содержится 5% оксида натрия, то цемент в нем практически не схваты­вается.

Добавка около 1% хлористого кальция восстанавли­вает гидравлические свойства цемента, твердеющего в бетоне с боросодержащим заполнителем. Для получения тяжелого защитного бетона с высокой средней плот­ностью при любом из указанных видов цемента следует применять заполнители с высокой плотностью, напри­мер железные руды — лимонитовые, магнетитовые, ме­таллический чугунный либо стальной скрап, баритовую руду и их смесь. Исследования показали, что при этих заполнителях и обычном портландцементе можно полу­чить бетон со средней плотностью, достигающей даже 4—5 т/м3. Эти бетоны называются не только тяжелыми, по и гидратными, когда заполнителем служит лимонит, состоящий из гидроксида железа, способствующего увеличению содержания в бетоне химически связанной воды.

цементная промышленность

Советская цементная промышленность по объему производства цемента занимает с' 1962 г. первое место в мире. Выпуск цемента в СССР в 1982 г. составил 125 млн. т, а в США — …

ФОСФАТНЫЕ ЦЕМЕНТЫ

В последние годы советские ученые М. М. Сычев, Н. Ф. Федоров, Л. Г. Судакас, Д. И. Чемоданов разрабатывают область науки о новых видах вяжущих, представляющих собой композиции из по­рошков металлов, …

КИСЛОТОУПОРНЫЙ КВАРЦЕВЫЙ КРЕМНЕФТОРИСТЫЙ ЦЕМЕНТ И ЕГО РАЗНОВИДНОСТИ

' Современные строительные цементы, состоящие из силикатов, алюминатов и алюмоферритов кальция растворяются в кислотах, и поэтому их нельзя применять в условиях кислотной агрессии. В хи­мической промышленности для связи (склеивания) штучных …

msd.com.ua

Бетон для биологической защиты от радиоактивных излучений

Для биологической защиты от радиоактивных излучений используют обычный (тяжелый) бетон, а также специальный тяжелый (или особо тяжелый) бетон. Защитные свойства бетонов от действия наиболее опасных для живых организмов гамма-лучей и нейтронов определяются в основном плотностью (объемной массой) бетона и содержанием связанной воды.

Защитные бетоны должны соответствовать особым требованиям плотности и однородности: в бетоне не должно быть сквозных швов, каверн, раковин и трещин, по которым могут проникнуть «прострелы» излучения.

Особо тяжелые бетоны делятся на бетоны на тяжелых заполнителях с объемной массой более 2,5 т/м3, гидратные — с повышенным содержанием связанной воды (более 3%) и боросодержащие — независимо от объемной массы и водосодержания.

Материалы для изготовления особо тяжелого бетона.

Для особо тяжелых бетонов применяют обычный портланд- или шлакопортландцемент. Глиноземистый и расширяющийся гипсоглиноземистый цементы можно использовать в гидратных бетонах. Однако нужно учитывать, что прочность бетона, изготовленного на этих цементах, снижается при высоких температурах.

В качестве заполнителей применяют руды — магнезит и гематит с объемной массой в плотном теле 3,2—4,3 т/м3 и содержанием железа не менее 60%; баритовые руды, содержащие около 80% сульфата бария, с объемной массой 4— 4,5 т/м3. В качестве крупного заполнителя применяется металлический скрап. Мелким заполнителем служит обычный песок, измельченный лимонит или магнетит, а также чугунная дробь. Крупные железные заполнители применяются в виде различных обрезков, отходов от штамповки металла и мелких некондиционных изделий, которые рубят на куски (до размеров, установленных для минеральных заполнителей) и очищают от масляной пленки горячей водой, острым паром или растворами щелочей.

Для гидратных бетонов применяют лимонитовые руды (бурый железняк) с объемной массой в плотном теле 3,2—4 т/м3 и содержанием железа около 60%. Содержание связанной воды в бетоне с заполнителем из лимонитовых руд в 2 раза больше, чем в обычных. Однако чисто лимонитовые бетоны не применяются из-за большей усадки и низкой прочности. Лимонитовый мелкий заполнитель используется в бетонах, включающих тяжелые составляющие.

Серпентин, основная часть природной руды серпентинита,— весьма перспективный заполнитель для получения гидратных бетонов. Объемная масса в плотном теле 2,4—2,6 т/м3, содержание химически связанной воды 9—17%. Характерная особенность серпентина — способность удерживать воду при сравнительно высокой температуре. В основном используется как мелкий заполнитель в сочетании с крупным из магнетита, железного скрапа и т. д.

Боросодержащими заполнителями являются бораты (группа минералов, содержащих бор) Некоторые из них содержат связанную воду, что повышает их эффективность. Используют также искусственные соединения: карбиды бора, борат кальция и др.

Приготовление и контроль качества особо тяжелого бетона.

Вид бетона по защитным свойствам и его состав выбирают на основании «Указаний по проектированию бетонных конструкций из специальных бетонов». Качество бетона для защиты определяется объемной массой и количеством связанной воды.

Для повышения водоудерживающей способности бетонной смеси вводят дисперсные минеральные добавки — золы ТЭЦ, молотые шлаки и т. д. Состав бетона определяется по методу абсолютных объемов. Расход цемента колеблется в пределах 250—400 кг/м3.

Бетонная смесь для особо тяжелых бетонов труднее перемешивается в бетономешалке, и время перемешивания должно быть не менее 2 мин. Объем замеса бетономешалки следует уменьшить обратно пропорционально объемной массе перемешиваемой смеси.

Опалубка и формы для укладки бетонной смеси должны быть рассчитаны на повышенное давление. Объемная масса заполнителей определяется после 30 с вибрирования на стандартной виброплощадке.

www.stroimt.ru


Смотрите также