Технологічні параметри виготовлення радіаційнозахисного бетону

Abstract

Представлено матеріали досліджень, які підтверджують, що будівництво XXI ст. потребує застосування ефективних, доступних за ціною, будівельних матеріалів спеціального призначення для захисту від небезпечних екологічних чинників. Розглянуто методи проєктування складів бетонів і технології виготовлення будівельних матеріалів спеціального призначення. Зазначена актуальність дослідження проблем, пов’язаних із необхідністю розробки важких бетонів, здатних екранувати проникаючі радіоактивні випромінювання. Проаналізовано наявні напрацювання в галузі будівельного матеріалознавства й виокремлено особливості технологічних параметрів отримання бетонів спеціального призначення на основі мінеральних в’яжучих. Зазначено, що використання різних за фізико-хімічними характеристиками заповнювачів бетонів на основі мінеральних в’яжучих, дозволяє отримати композиційний матеріал із широким спектром експлуатаційних властивостей. Експериментальними дослідженнями доведено можливість регулювання конструкційно-технічних і електрофізичних властивостей дрібнозернистих бетонів із використанням дрібнодисперсних металевих заповнювачів, отриманих із відходів металообробних виробництв. Закцентовано увагу на можливості регулювання технологічних параметрів металонасичених бетонів для отримання композиційного матеріалу з радіаційнозахисними властивостями. Досліджено, що під час додавання дисперсного металевого заповнювача до 35 % мас у складі литих сумішей відбувається мікроущільнення структури і при цьому спостерігають зростання водопотреб формувального розчину. За використання технології механічного ущільнення структури дисперсно-наповнених виробів отримано зразки-моделі радіаційнозахисного покриття із середньою густиною до 2910 кг/м3. Застосування технології штучного синтезу матричної металонасиченої щільної структури дисперснонаповненого конгломерату з великою площею внутрішніх поверхонь розділу фаз забезпечить виробам зі спеціального бетону набуття здатності послаблювати потоки проникаючих йонізувальних випромінювань у тілі бар’єрного екрана. Обґрунтовано можливість регулювання радіаційнозахисних властивостей бетонів шляхом зміни рецептурно-технологічних параметрів виготовлення композиційного матеріалу. Показано, що завдяки фізико-хімічним процесам формування дисперснонаповнених структур у тілі дрібнозернистого металонасиченого бетону створена об'ємна електропровідна матриця, кожний складник якої відрізняється за своїми електрофізичними властивостями. Оскільки йонізувальним електромагнітним випромінюванням згідно із законами квантової фізики водночас притаманні хвильові та корпускулярні властивості, поглинання проникаючих радіоактивних випромінювань у структурі матеріалу відбувається за рахунок багаторазових відбивань і розсіювань потоку випромінювань поверхнею металу, а також інтенсивність електромагнітних хвиль послаблюватиметься збудженим у об'ємі електропровідної матриці полем протидії. Регулювання рецептурно-технологічних параметрів дрібнозернистого бетону шляхом наповнення матричних мінеральних структур реакційно здатним металевим порошком і утворення при цьому залізовмісних гідросилікатів із підвищеним умістом хімічно зв’язаної води ототожньоватиме отриманий композиційний матеріал зі спеціальними багатошаровими метало-водяними екранами.

The paper contains the materials of the studies which prove that the construction sphere in the 21st century requires the application of new efficient, low cost construction materials specially designed for the protection against hazardous ecological factors. Methods of designing the compositions of concretes and technology of the special-purpose construction materials production is considered. The importance of studying the problems, dealing with the necessity of the development of the heavy concretes, able to shield the penetrating radiation is stated. The available developments in the sphere of the construction materials science are considered, the peculiarities of the technological parameters of obtaining special-purpose concretes on the base of the mineral binders are allocated. It is noted that the application of various by physical-chemical characteristics concrete aggregates on the base of mineral binders, allows to obtain composite materials, having wide range of operation properties. Experimental studies proved the possibility to regulate the construction engineering and electric physical properties of fine grain concretes using small-size metal aggregates, obtained from the machining waste. The possibility to regulate the technological parameters of the metal- saturated concretes for the obtaining of the composite material with the radiation-protection properties is underlined. It was determined that during the addition of the small-size metal aggregate to 35 % of the pts in the structure of the flow mixtures micro compaction of the structure takes place and the increase of the water demand of the forming solution is observed . As a result of using the technology of the mechanical compaction of the structure of the dispersed-filled products, sample-models of the radiation-proof coating with the average density of up to 2910 kg/m3 are obtained. Application of the technology of the artificial synthesis of the matrix metal-saturated dense structure of the dispersed -filled conglomerate with the large area of the internal surfaces of the phases separation will provide the products made of special concrete the ability to weaken ionizing radiation fluxes in the body of the barrier screen. The possibility to regulate radiation-protection properties of the concretes by changing formulation -technological parameters of the composite material production is substantiated. It is shown that due to physical-chemical processes of the disperse-filled structures formation the volumetric electroconducting matrix is formed in the body of the fine-grain metal-saturated concrete, each component of the matrix differs by its electrical physical properties. According to the laws of quantum physics ionizing electromagnetic radiation possesses simultaneously wave and corpuscular properties, the absorption of the penetrating radioactive radiation in the structure of the material occurs due to the repeated reflections and diffusions of the radiation flux by the surface of the metal and the intensity of electromagnetic waves will decrease by the counteraction field, excited in the volume of the electroconducting matrix. Regulation of the formulation -technological parameters of the fine grain concrete by filling matrix mineral structures with the reaction able metal powder and formation of the iron-containing hydrosilicates with elevated concentration of the constitutional water will identify the obtained composition material with the special multilayer metal-water shields.