Радіаційностійка безусадочна композиція

1. Радиационностойкая безусадочная композиция, включающая вяжущее на основе растворяющегося портландцемента и железосодержащий наполнитель, отличающаяся тем, что вяжущее на основе расширяющегося портландцемента дополнительно содержит корректирующую добавку (с остатком на сите 008 до 5%), пред ставляющую собой смесь микрокремнезема и механоактивизированных оксидов железа в соотношении (12) - (1:4) соответственно при следующем соотношении компонентов композиции, мас.%: Расширяющийся портландцемент 73-87 Корректирующая добавка 13-27 Железосодержащий наполнитель 100 - 200 (сверх 100% от массы вяжущего с добавкой). 2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве железосодержащего наполнителя содержит материал из группы: чугунный порошок, колошниковая пыль, чугунная дробь, гематитовая, магнетитовая, лимонитовая, железосодержащие руды. СМ О Изобретение относится к защитным мате* риалам от радиоактивных излучений и может быть использовано для изготовления элементов биологической защиты ядерных реакторов, конструкций АЭС, камер радиохимических установок и др. Наиболее близкой к предлагаемому составу по технической сущности и достигаемому результату является радиационностойкая безусадочная композиция, включающая следующие компоненты, мас.%: Расширяющийся портландцемент 7-Q Вода (при В/Ц - 0,7) 4-5 Лимонитовая руда фракций 0,15-5 мм 16-17 5-20 мм 5-6 3-5 мм 66-67 Недостатками данного технического решения являются нестабильность прочностных характеристик искусственного камня при повышенных температурах (t=300-500°C), невысокая прочность (вследствие рыхлой структуры заполнителя), повышенные деформации усадки. Композиция обеспечивает толщину слоя половинного ослабления для у-излучения 5-11 см, потока быстрых нейтронов 4-8 см. В основу изобретения поставлена задача получения радиационно-стойкой безусадочной композиции, отличающейся низкими деформациями усадки, высокими прочностными характеристиками в широком интервале температур Т» = (20-500)°С, пониженным значением толщины половинного ослабления 7- изл Учєния и потока быстрых нейтронов, при этом композиция не содержит в своем составе дефицитных и токсичных компонентов, способствующих выделению токсичных соединений в процессе эксплуатации элементов биологической защиты. Решение поставленной задачи достигается за счет того, что радиационно-стойкая безусадочная композиция, включающая расширяющийся портландцемент и железосодержащий наполнитель, отличающаяся тем, что расширяющийся портландцемент дополнительно содержит корректирующую добавку (с остатком на сите 008 до 5%), представленную смесью микрокремнезема и механоактивированных оксидов железа в соотношении от 1:2 до 1:4 при следующем соотношении компонентов, мас.%: Расширяющийся портландцемент 73-в7 СО ф со м < 22398 Корректирующая добавка (смесь микрокремнеэема и механоактивированных оксидов железа в соотноше13-27 нии от 1:2 до 1:4) Железосодержащий наполнитель 100-200 (сверх 100% от массы вяжущего) Предложенный состав обеспечивает получение радиационно-стойкой безусадочной композиции на основе расширяющегося портландцемента и корректирующей добавки (микрокремнезема и механоактивированных оксидов железа), взятых в соотношении обеспечивающем направленный синтез твердого раствора - ферритных и алюмоферритных кристаллогидратов - аналогов эттрингита с общей формулой ЗСаО • (АІ2Оз, РегОз) х х ЗСаЭОд • 31НгО, способных удерживать химически связанную воду при более высоких температурах чем эттрингит [3]. В качестве расширяющегося цемента используют ГИР-2 производства Харьковского опытного цементного завода, химический состав цемента представлен в табл. 1. В качестве железосодержащего наполнителя используют чугунную пыль, чугунную дробь или желесодержащие руды (гематитовую, магнетитовую, лимонитовую). Их химические составы также приведены в табл 1. Достижение заявляемых свойств предлагаемого композита обеспечивается за счет физикохимических процессов, протекающих при твердении системы между ее активными компонентами, которые приводят к направленному формированию ферритных и алюминатных кристаллогидратов, отличающихся способностью отдавать химически связанную воду при более высоких температурах, чем эттрингит. Высокая прочность (20-23 МПа) получаемого искусственного камня в ранние сроки твердения обусловлена интенсивным взаимодействием вводимых активированных железистых соединений с кальциевой, сульфатной составляющими и образованием эттрингитоподобных гидросульфоферритов кальция. Незначительное изменение прочности (20-24 МПа) материала при его нагревании (до 500°С) объясняется как наличием в составе твердеющей смеси высокоосновных гидросульфоферритных фаз, теряющих химически связанную воду при более высоких температурах, чем чистый эттрингит, так и проявляющимся в этих условиях демпфирующим действием тоберморитового геля, теряющим в этих условиях связанную воду и который воспринимает возникающие термические напряжения. Формирование жесткого каркаса цементного камня в результате направленного синтеза гидросульфоферритов кальция также предопределяет относительно низкие деформации усадки (0,3%) (даже при воздействии температурного фактора) и обеспечивает повышенное количество химически связанной воды (25-27%), повышающей радиационно-защитные свойства предлагаемой композиции, толщина слоя половинного ослабления для у-излучения 2,5-3,3 см, потока быстрых нейтронов - 3,5-4,2 см. Композиционную смесь готовят следующим образом: Компоненты загружают в смеситель в следующей последовательности: цемент, микрокремнезем, оксиды железа, наполнитель и вода. Добавление каждого последующего компонента производится после получения гомогенной смеси из предыдущих компонентов. Продолжительность перемешивания после загрузки очередного компонента смеси должна быть не менее 2 мин. Дозирование компонентов необходимо производить с точностью до 1% весовыми дозаторами. Радиационно-защитная смесь должна быть уложена в конструкцию не позднее чем через 30 мин., после приготовления. Изделие в течение 7 сут выдерживают в нормальных условиях (t=20 + 2°C; W=100%). После 7 суток твердения в нормальных условиях элементы биологической защиты хранятся в естественных условиях до достижения 28-суточного возраста и затем подвергаются сушке. Результаты физико-механических испытаний образцов на основе радиационно-стойкой безусадочной композиции представлены в таблицах 2-4. Радиационно-защитные свойства определялись на действующем реакторе Чернобыльской АЭС. Мощность излучения 1,5 МЭВ, толщина слоя половинного ослабления для у-излучения 2,5-3,3 см, потока быстрых нейтронов 3,5-4,2 см, что соответствует нормативным требованиям эксплуатации биологической защиты АЭС. Таким образом отличительная особенность радиационной безусадочной композиции состоит в том, что она обладает повышенными радиационными свойствами при относительно высокой начальной прочности характеризуется стабильными показателями прочности в интервале температур 20-500°С, деформации усадки при t=150°C не превышает-0,3%. Использование предлагаемой радиационностойкой безусадочной композиции позволит применять дешевое сырье, отходы производств, расположенные в Украине не только без ухудшения качества продукции, но и за счет большей эффективности снижать материальные и другие затраты. Изобретение позволяет простыми средствами, широко используемыми в технологии традиционного бетона, снижать себестоимость продукции и повышать экологическую чистоту окружающей среды. Таблица 1 Химический состав материалов для получения радиационно-стойкой безусадочной композиции Наименование материала Содержание оксидов, мае. SiO 2 А1 2 Оз Fe 2 O 3 СаО МдО 0,2-0,5 63-66 1,36-1,52 0,5-5 Fe FeO П.П.П. 0,4-1 0,3-1 0,31-0,37 0,06-0,08 1,89-2,56 ' 2,36-2,92 mm ТЮ г _ 30-20 _ Na 2 O S СОг Расширяющийся портландцемент Микрокремнезем 2-4 21-24 4-8 87,5-93,6 0,84-0,96 0,21-0,26 2-3 Механоактивированные 70-80,0 оксиды железа Железосодержащие наполнители: лимонит гидрогетит 41,3-19,9 2,5-4,4 14-14,2 — 43,9-49,8 49,2-50,0 9,3-1,6 0,1-0,4 — — — 0,1-0,4 0,007 43,9-49,8 49,2-50,0 0,9-17 15-17 го го оэ 09 СО 22398 NfiNfi Таблица 2 Результаты изменения прочности образцов при действии температурного фактора Состав композиции, мас.% Кинетика изменения прочности при сжатии (МПа), после обработки при t, °С п/п 20 300 500 1 Расширяющийся портландцемент - 87, Добавка - 13, в том числе: микрокремнезем: оксиды железа = 1:2 железосодержащий наполнитель - 1 0 0 23,0 25,6 24,0 2 Расширяющийся портландцемент - 87, Добавка - 13, в том числе: оксиды железа = 1:3 железосодержащий наполнитель - 1 0 0 24,5 25,0 23,0 3 Расширяющийся портландцемент - 87 Добавка-13, в т.ч. микрокремнезем: оксиды железа - 1:4 железосодержащий наполнитель - 100 24,9 24,04 23,5 4 Расширяющийся портландцемент - 80 Добавка - 20, в т.ч. микрокремнезем: оксиды железа = 1:2 железосодержащий наполнитель - 150 20,9 21,0 20,5 5 Расширяющийся портландцемент - 80 Добавка - 20, в т.ч. микрокремнезем: оксиды железа = 1:3 железосодержащий наполнитель - 1 5 0 21,06 23,6 22,0 6 Расширяющийся портландцемент - 80 Добавка - 20, в т.ч. микрокремнезем: оксиды железа = 1:4 железосодержащий наполнитель - 1 5 0 22,5 22,9 20,3 7 Расширяющийся портландцемент-73 ° Добавка - 27, в т.ч. микрокремнезем: оксиды железа = 1:2 железосодержащий наполнитель - 200 17,3 18,0 16,9 8» Расширяющийся портландцемент - 73 Добавка - 27, в т.ч. микрокремнезем: оксиды железа = 1:3 железосодержащий наполнитель - 200 19,7 20,5 19,5 9 Расширяющийся портландцемент - 73 Добавка - 27, в т.ч. микрокремнезем: оксиды железа = 1:4 железосодержащий наполнитель - 200 20,4 22,6 20,6 Аналог j 10 Портландцемент - 6,92 Кварцевый песок -14,40 Чугунная дробь - 78,67 Прототип 17,3 16,0 12,5 11 Расширяющийся портландцемент - 7,08 Лимонитовая руда - 23,05 Чугунная дробь - 69,8 18,6 12,6 10,2 22398 Таблица 3 Результаты изменения деформаций усадки при действии температур Т = (20 + 500)°С Состав композиции, мас.% Деформация усадки 300°С 20°С 500°С % мм/м % Расширяющийся портландцемент - 87 Добавка- 13, в т.ч. микрокремнезем: оксиды железа = 1:2 железосодержащий наполнитель - 1 0 0 1,44 0,14 -2,53 -0,25 мм/м . -3,0 -0,3 Расширяющийся портландцемент - 87 Добавка- 13, в т.ч. микрокремнезем: оксиды железа = 1:3 железосодержащий наполнитель - 100 1,54 0,154 -2,61 -0,26 -3,2 -0,32 Расширяющийся портландцемент - 87 Добавка - 13, в т.ч микрокремнезем: оксиды железа = 1 4 железосодержащий наполнитель- 100 1,6 0,16 -2,7 -0,27 -3,5 -0,35 Расширяющийся портландцемент - 80 Добавка - 20, в т.ч. микрокремнезем: оксиды железа = 1:2 железосодержащий наполнитель - 150 1,1 0,11 -2,2 -0,22 -4,5 -0,25 Расширяющийся портландцемент - 80 Добавка - 20, в т.ч. микрокремнезем: оксиды железа = 1 3 железосодержащий наполнитель - 150 1,25 0,125 -2,33 -0,23 -2,71 -0,27 Расширяющийся портландцемент - 80 Добавка - 20, в т.ч. микрокремнезем: оксиды железа = 1:4 железосодержащий наполнитель - 150 1,36 0,136 -2,7 -0,27 -3,0 -0,3 Расширяющийся портландцемент - 73 Добавка - 27, в т.ч. микрокремнезем: оксиды железа = 1:2 железосодержащий наполнитель - 200 0,51 0,051 -1,75 -0,175 -2,0 -0,2 Расширяющийся портландцемент - 73 Добавка - 27, в т.ч. микрокремнезем: оксиды железа = 1:3 железосодержащий наполнитель - 200 0,83 0,083 -2,01 -0,2 -2,3 -0,23 Расширяющийся портландцемент - 73 Добавка - 27, в т.ч. микрокремнезем: оксиды железа = 1.4 железосодержащий наполнитель - 200 0,958 0,096 -2,18 -0,22 -2,5 -0,25 0,057 0,0057 -3,25 -0,325 -4,5 -0,15 0,92 0,092 -405 -4,40 6,25 -0,62 мм/м Аналог Портландцемент - 6,92 Кварцевый песок - 14,4 Чугунная дробь - 78,67 Прототип Расширяющийся портландцемент - 7,08 Лимонитовая руда - 23,05 Чугунная дробь - 69,8 . % 22398 №№ п/п Таблица 4 Изменение количества химически ев язанной воды после термической обработки на основе предложенной композиции Количество химически Толщина слоя поСостав композиции, мас.% связанной воды, % вышенного ослабления, см 300°С 500°С 20*0 быстрых Y-излунейтронов чения 1 Расширяющийся портландцемент - 87 Добавка - 13, в том числе* микрокремнезем: оксиды железа = 1:2 железосодержащий наполнитель - 1 0 0 11,5 7,0 6,5 3,3 3,5 2 Расширяющийся портландцемент - 87 Добавка - 13, в том числе: микрокремнезем: оксиды железа = 1:3 железосодержащий наполнитель - 1 0 0 12,0 7,5 7г0 3,1 3,7 3 Расширяющийся портландцемент - 87 Добавка- 13, в т.ч. микрокремнеэем: оксиды железа = 1:4 железосодержащий наполнитель - 1 0 0 13,0 8.0 7.5 3.0 3,81 4 Расширяющийся портландцемент - 80 Добавка - 20, в т.ч. микрокремнезем: оксиды железа = 1:2 железосодержащий наполнитель - 1 5 0 9.0 5,0 4,5 2,90 3,75 5 Расширяющийся портландцемент - 80 Добавка - 20, в т.ч. микрокремнезем: оксиды железа = 1:3 железосодержащий наполнитель - 1 5 0 10,0 5,5 5,0 3,0 3,80 6 Расширяющийся портландцемент - 8 0 Добавка - 20, в т.ч. микрокремнезем: оксиды железа = 1:4 железосодержащий наполнитель - 1 5 0 11,0 6,0 5,5 2,95 3,85 7 Расширяющийся портландцемент - 73 Добавка - 27, в т.ч. микрокремнезем, оксиды железа = 1:2 железосодержащий наполнитель - 200 7,5 4.0 3.5 2.85 3,75 8 Расширяющийся портландцемент - 73 Добавка - 27, в т.ч. микрокремнезем: оксиды железа - 1 : 3 железосодержащий наполнитель - 200 8,0 4,5 4,0 2,75 4,1 9 Расширяющийся портландцемент - 73 Добавка - 27, в т.ч. микрокремнезем: оксиды железа - 1:4 железосодержащий наполнитель - 200 8,5 5,0 4,5 2.7 4,2 10 Аналог Портландцемент - 6,92 Кварцевый песок - 1 4 , 4 0 Чугунная дробь - 78,67 5,2 2,5 0,5 8,5 9,0 6,5 3,2 1,0 4,3 7,3 11 Прототип Расширяющийся портландцемент -7,08 Лимонитовая руда - 23,05 Чугунная дробь - 69,8 * в 22398 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 - 7 2 - 8 9 (03122) 2 - 5 7 - 0 3 I