Дрібнозернисті безусадні бетони на чавунних заповнювачах для захисту від іонізуючого випромінювання - Автореферат

встановлено, що формування в цементному камені добре закристалізованих гідратів типу AFM-та AFT-фаз, що втрачають звязану воду при підвищених температурах, веде до підвищення стійкості бетонів до довготривалої дії іонізуючого випромінювання; запропоновані нові склади бетонів та проаналізовано результати досліджень захисних властивостей розчинів відносно сталевої арматури та швидкості вилуговування іона Ca2 з бетону [8]; визначено вплив складу бетонів на його будівельно-технічні властивості (стираність, міцність анкерування, пружні властивості) та вплив різних режимів тепловологісної обробки на кінетику набору міцності матеріалом [9]; проведено випробування міцності бетонів на стиск, а також проаналізовано результати комплексу фізико-хімічних досліджень продуктів тверднення бетону [10]; наведені міцнісні характеристики бетону та проаналізовано результати фізико-хімічних досліджень впливу g-випромінювання на структурні перетворення вяжучого [13];Теоретично обгрунтовано та експериментально підтверджено можливість отримання радіаційно-та корозійностійких дрібнозернистих безусадних бетонів на чавунних заповнювачах, стійких до довготривалої дії g-випромінювання за рахунок формування структури матеріалу, що забезпечує за наявності демпфуючих добавок релаксацію радіаційних напружень при довготривалій дії g-випромінювання та синтезу високоосновних гідросульфоферитів кальцію, що зберігають звязану воду при великих радіаційних навантаженнях і сприяють стійкості в корозійних середовищах. Отримані результати підтверджують відомі закономірності про вплив складу бетону на його радіаційнозахисні властивості. Показано, що синтез добре закристалізованих новоутворень типу AFM-та AFT-фаз веде до підвищення радіаційної стійкості бетону. Вилуговування іонів кальцію з бетонів в середовищі дистильованої води складає 1,5.10-2 мг/см2.добу, а в середовищі морської води її значення знаходяться в межах (1,7-4,2).10-2 мг/см2.добу. Коефіцієнт стійкості бетонів в середовищах: морської води складає 90-91 %, 3 % розчину MGSO4 - 47,5-54 %, 10 % розчину Na2SO4 - 44-51 %, 10 % розчину NACL - 85,5-88,5 %.

1. Теоретично обгрунтовано та експериментально підтверджено можливість отримання радіаційно- та корозійностійких дрібнозернистих безусадних бетонів на чавунних заповнювачах, стійких до довготривалої дії g-випромінювання за рахунок формування структури матеріалу, що забезпечує за наявності демпфуючих добавок релаксацію радіаційних напружень при довготривалій дії g-випромінювання та синтезу високоосновних гідросульфоферитів кальцію, що зберігають звязану воду при великих радіаційних навантаженнях і сприяють стійкості в корозійних середовищах.

2. Встановлено, що розроблені бетони мають показники товщини шару половинного послаблення для g-випромінювання ізотопу 137Cs з енергією Е=662 КЕВ - 3,20-5,29 см, і для нейтронного випромінювання 252Cf з енергією Е=2,5 МЕВ - 5,01-6,17 см. Наведена активність радіаційнозахисних бетонів після їх опромінення нейтронами на 3-4 порядки нижча порівняно з природним хромом та залізом. Отримані результати підтверджують відомі закономірності про вплив складу бетону на його радіаційнозахисні властивості. Для експлуатації в полях сумісної дії нейтронного та гамма-випромінювань найбільш доцільно використовувати дрібнозернисті бетони, в яких товщина шару половинного ослабнення для гамма- та нейтронного випромінювань збігаються або мають близькі значення.

3. Встановлено, що досліджувані бетони радіаційностійкі в полях гамма-випромінювання при дозі до 1000 Мрад. Вони характеризуються ростом міцності на стиск та стабільними значеннями міцності на розтяг при згині. Комплексом фізико-хімічних досліджень (рентгенофазовим, термографічним та електронно-мікроскопічним аналізами) показано, що під дією гамма-випромінювання аморфізується структура продуктів гідратації цементного каменю, ступінь якої залежить від виду звязаної води: в першу чергу виділяється найменш звязана вода. Показано, що синтез добре закристалізованих новоутворень типу AFM- та AFT-фаз веде до підвищення радіаційної стійкості бетону.

4. Доведено, що запропоновані безусадні бетони на чавунних заповнювачах більш стійкі до дії різних агресивних середовищ ніж на рядовому та сульфатостійкому портландцементах. Це пояснюється тим, що в розроблених матеріалах портландит, який утворюється при гідратації, звязується як мікрокремнеземом, так і механоактивованими оксидами заліза, які входять до складу вяжучої речовини. Тверді розчини алюмоферитних гідратів, що утворюються в таких бетонах, характеризуються підвищеною корозійною стійкістю порівняно з індивідуальними фазами. Вилуговування іонів кальцію з бетонів в середовищі дистильованої води складає 1,5.10-2 мг/см2.добу, а в середовищі морської води її значення знаходяться в межах (1,7-4,2).10-2 мг/см2.добу. Коефіцієнт стійкості бетонів в середовищах: морської води складає 90-91 %, 3 % розчину MGSO4 - 47,5-54 %, 10 % розчину Na2SO4 - 44-51 %, 10 % розчину NACL - 85,5-88,5 %.

5. Встановлено, що сталева арматура в запропонованих бетонах знаходиться в пасивному стані, що пояснюється як високою щільністю матеріалу, так і PH середовища, яке складає 12-12,5.

6. Розроблені технологічні параметри одержання радіаційнозахисних бетонів. Встановлено, що перемішування таких сумішей необхідно збільшити в часі на 33 % для досягнення однорідності суміші однакової зі звичайними складами на портландцементі, тому тривалість перемішування сумішей на надважких заповнювачах складатиме 4-5 хв, для чого необхідно використовувати бетонозмішувачі примусової дії з підсиленим валом і підвищеною потужністю електродвигуна. Товщина укладеного шару залежно від В/Ц для бетонів на чавунному пилу не повинна перевищувати 30 см, а для матеріалів на чавунному дробу - 21 см. Встановлено, що оптимальна частота їх віброущільнення знаходиться в межах f=130-140 Гц, при цьому для жорстких сумішей час ущільнення зменшується на 75-85 % порівняно зі стандартною частотою 50 Гц. Рекомендовано амплітуду віброущільнення А=0,15-0,4 мм для даних дрібнозернистих сумішей. Оптимальна температура ізотермічного прогрівання досліджених бетонів складає 60°С.

7. Встановлено фізико-механічні властивості розроблених радіаційнозахисних бетонів. Так, запропоновані матеріали характеризуються залежно від В/Ц середньою міцністю на стиск 50-55 МПА. Класами за водонепроникністю - не менше W6, за морозостійкістю - F200. Класами міцності бетонів: на розтяг при згині Btb4,8-7,2; на осьовий розтяг Bt2,0-3,2. Водопоглинання даних матеріалів знаходиться в межах 4-9 %. За зносостійкістю досліджувані бетони відносяться до матеріалів середньої стиранності. Міцність анкерування арматури гладкого профілю складає 4,2-4,66 МПА, а періодичного - 4,92-6,5 МПА, що на 1,5-33 % вище ніж у еталона. Модуль пружності радіаційнозахисних бетонів на чавунному пилі складає 26500-29000 МПА, а на чавунному дробу - 38500-63000 МПА. Їх середня густина відповідно складає: 2,9-3,14 г/см3 та 3,76-5,1 г/см3.

8. Показано можливість керування процесом повзучості безусадних бетонів на чавунних заповнювачах за рахунок застосування: виду цементу (усадний, безусадний), величини В/Ц, кількості заповнювача та його дисперсності, температури тверднення. При створенні відповідних рецептур можливе отримання радіаційнозахисних матеріалів з повзучістю меншою або на тому ж рівні, що і у звичайних дрібнозернистих бетонів.

9. Розроблені монолітні покриття з дрібнозернистих безусадних бетонів на чавунних заповнювачах, товщиною залежно від необхідного ступеня послаблення g-випромінювання, технологія їх улаштування та виготовлена дослідна партія таких покриттів.

10. Обстеження дослідно-промислового покриття з радіаційнозахисної штукатурки через 8 років експлуатації показало, що вона знаходиться в задовільному стані, відповідає всім діючим вимогам і може бути рекомендована для подальшої експлуатації. Виконані техніко-економічні розрахунки показали їх високу ефективність. Економічний ефект при застосуванні розробленого покриття порівняно з аналогом - баритовими штукатурками складає - 20 %.

Основні положення дисертації викладено в роботах

1. Шейніч Л. О. Будівельно-технічні властивості радіаційнозахисних композицій з підвищеною температурою застосування / Л. О. Шейніч, А. А. Непийвода // Будівельні конструкції. - 1998. - Вип. 49. - С. 114-119.

2. Шейнич Л. А. Радиационнозащитные бетоны на основе модифицированного портландцемента и чугунного заполнителя / Л. А. Шейнич, Д. В. Анопко, А. А. Непейвода // Оптимизация в материаловедении. -1999. - С. 88.

3. Непийвода А. А. Деякі технологічні параметри виготовлення радіаційнозахисних бетонів / А. А. Непийвода, Д. В. Анопко // Будівельні конструкції. -1999. - Вип. 50. - С. 363-364.

4. Дослідження радіаційнозахисних властивостей бетонів для підземного будівництва / Шеваль В. М., Вознюк П. О., Трачевський С. Є., Шейніч Л. О., Непийвода А. А., Анопко Д.В. // Основи і фундаменти. -1999. - Вип. 25. - С. 43-47.

5. Непийвода А. А. Режими формування сумішей радіаційнозахисних бетонів / А. А. Непийвода, Л. О. Шейніч, Д. В. Анопко, В. М. Лахтадир // Будівництво України. - 1999. - № 5. - С. 21-24.

6. Непийвода А. А. Режими приготування та пошарового віброущільнення сумішей радіаційнозахисних бетонів / А. А. Непийвода, Л. О. Шейніч, В. М. Лахтадир, Д. В. Анопко // Будівництво України. - 2000. - № 1. - С. 27-29.

7. Непийвода А. А. Дія агресивних середовищ на властивості радіаційнозахисних бетонів / А. А. Непийвода, Л. О. Шейніч // Будівельні матеріали, вироби та санітарна техніка. - 2000. - Вип. 15. - С. 44-47.

8. Непийвода А. А. Дослідження захисних властивостей спеціальних бетонів по відношенню до стальної арматури та їх довготривалого вилуговування. / А. А. Непийвода, Ю. М. Зенченко // Будівельні конструкції. - 2000. - Вип. 52. - С. 307-312.

9. Шейніч Л. О. Дослідження будівельно-технічних властивостей температуростійких радіаційнозахисних бетонів / Л. О. Шейніч, А. А. Непийвода // Будівництво України. - 2001. - № 6. - С. 22-24.

10. Шейніч Л. О. Радіаційна стійкість безусадних портландцементних бетонів / Л. О. Шейніч, А. А. Непийвода // Бетон и железобетон в Украине. - 2001. - № 2. - С. 2-5.

11. Шейніч Л. О. Повзучість та деформативність бетонів на дрібному чавунному заповнювачі / Л. О. Шейніч, А. А. Непийвода // Бетон и железобетон в Украине. - 2001. - № 3. - С. 11-15.

12. Шейнич Л. А. Радиационнозащитные бетоны на дисперсных чугунных заполнителях / Л. А. Шейнич, Д. В. Анопко, Т. П. Мирошник, А. А. Непейвода // Бетон на рубеже третьего тысячелетия. - 2001. - С. 1068-1073.

13. Шейніч Л. О. Дослідження радіаційних характеристик спеціальних бетонів в полях іонізуючого випромінювання / Л. О. Шейніч, А. А. Непийвода // Вісник ВПІ. - 2002. - № 4. - С. 27-31.

14. Шейнич Л. А. Специальные бетоны для защиты окружающей среды от ионизирующих излучений объекта „Укрытие” / Л. А. Шейнич, Д. В. Анопко, Т. П. Мирошник, А. А. Непейвода // Проблеми Чорнобиля. - 2002. - Вип. 10, Ч.1. - С. 411-415.

15. Шейніч Л. О. Радіаційнозахисні властивості спеціальних бетонів в полях гамма- та нейтронного випримінювання / Л. О. Шейніч, А. А. Непийвода // Будівельні конструкції. - 2009. - Вип. 72. - С. 202-209.