KR101508957B1 - Concrete Composite for Shielding Radiation - Google Patents

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KR101508957B1
KR101508957B1 KR20140172888A KR20140172888A KR101508957B1 KR 101508957 B1 KR101508957 B1 KR 101508957B1 KR 20140172888 A KR20140172888 A KR 20140172888A KR 20140172888 A KR20140172888 A KR 20140172888A KR 101508957 B1 KR101508957 B1 KR 101508957B1
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장성훈
김광기
김영선
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Abstract

The present invention relates to a concrete composite for shielding radiation in order to block γ-ray and neutron ray which are in need of shielding as well as being difficult to shield. The present invention includes: water, a binding material, a thick aggregate, and a thin aggregate.

Description

방사선 차폐 콘크리트 조성물{Concrete Composite for Shielding Radiation}{Concrete Composite for Shielding Radiation}

본 발명은 방사선 차폐 콘크리트 조성물에 관한 것으로서, 차폐필요성이 높으면서도 차폐가 어려운 γ선 및 중성자선을 차단하기 위한 기능성 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
The present invention relates to a radiation-shielding concrete composition, and more particularly, to a functional concrete composition for shielding γ-rays and neutron rays which are highly shielded and difficult to shield.

최근 일본 지진피해와 관련하여 방사선 물질의 위험성에 대한 전 국민적인 관심이 높다. 그러나 방사선에 대한 관심에 비하여 방호시설에 대한 건축분야의 기술개발은 미비한 편이며, 방사선 중 알파선, 베타선의 차폐뿐만 아니라 방사선 방출영역에서 감마선이나 중성자선까지 차폐할 수 있는 효과적인 차폐 콘크리트에 대한 기술적 연구는 아직 초기단계에 있다. Recently, there is a high public interest in the risk of radioactive materials in relation to the earthquake damage in Japan. However, compared to the interest in radiation, the technical development of the construction field for the protection facilities is insufficient, and technical studies on effective shielding concrete capable of shielding the alpha ray and the beta ray in the radiation as well as the gamma ray and the neutron ray in the radiation emission region Is still in its infancy.

우리나라에서는 ICRP-60이 1998년 과학기술부 고시 제98-12호를 통하여 받아들이기 시작한 후 2003년에 도입을 완료하여 이들에 대한 관리감독이 이루어지고 있어 방사선 방호규정의 준수와 최적화된 방사 차폐를 위한 연구개발이 시작된 바 있으며, 방사선은 병원과 같은 의료기관뿐만 아니라 사회기반시설에서도 미약하게나마 방출될 수 있으므로 방사선 차폐벽의 설치의 필요지역은 무궁하며 이에 대한 개발 연구 역시 시급하다.
In Korea, ICRP-60 was introduced in 1998 by Ministry of Science and Technology, Notice No. 98-12. After the introduction of the ICRP-60 in 2003, supervision and supervision of the ICRP-60 was carried out in accordance with the radiation protection regulations and optimized radiation shielding Since research and development has been started, radiation can be emitted not only in medical institutions such as hospitals but also in social infrastructures. Therefore, there is no room for installation of radiation shielding walls, and development research on these is also urgent.

상기와 같이 이슈의 중심에 있는 "방사선 차폐"는 특정 지역의 방사선장의 세기를 감쇠시키는 것으로 정의 내릴 수 있다. 즉, 방사선장의 세기는 어떤 물질을 통과하는 동안 그 물질의 구성원자와 상호작용하여 감쇠되는데, 이러한 현상을 이용하여 방사선의 세기를 물리적으로 감쇠시키는 것을 방사선 차폐라고 하며, 이때 사용된 물질이나 재료를 차폐체라고 한다.The "radiation shield" at the center of the issue as described above can be defined as attenuating the intensity of the radiation field in a particular area. In other words, the intensity of the radiation field is attenuated by interacting with the constituent atoms of the substance during the passage of the substance. Using this phenomenon to physically attenuate the intensity of the radiation is called radiation shielding. It is called shielding.

일반적으로 핵분열파편, α선, 중양자, 양성자 등의 중하전입자는 그 비정이 아주 짧기 때문에 종이나 고무장갑으로도 차폐가 가능하며, 비정식으로 계산하여 차폐두께를 알 수 있어 차폐에 어려움이 크지는 않다. 또한 β선의 비정은 중하전입자의 비정보다 크지만 조금만 주의하면 큰 문제가 없다. β선의 차폐 시 가장 중요한 것은 제동복사의 발생 방지이다. 따라서 β선을 차폐하기 위해서는 제동복사의 비율을 줄이기 위해 원자번호가 낮은 물질(플라스틱, 알루미늄)로 1차 차폐하고 제동복사를 줄이기 위해 원자번호가 높은 물질(납, 철, 콘크리트, 텅스텐, 감손우라늄)로 2차 차폐할 필요가 있다.
In general, middle-earplugs such as nuclear fission fragments, α-rays, neutrons, and protons can be shielded by species or rubber gloves because their nodules are very short, and it is possible to know the thickness of shielding by calculating them non-formally. not. In addition, the β-ray is not larger than that of the middle-to-lower exposed person, but there is no big problem if you pay a little attention. The most important factor for shielding β rays is prevention of braking radiation. Therefore, in order to shield β rays, it is necessary to first shield the atomic number material (plastic, aluminum) to reduce the rate of braking radiation and to prevent the atomic number material (lead, iron, concrete, tungsten, It is necessary to perform secondary shielding.

반면 X선이나 γ선 차폐의 경우에는 두 가지 측면에 대하여 고려하여야 한다. 그 하나는 방사선장이 균일하여 물리적 현상이 수식으로 쉽게 표현되는 협역빔에 대한 차폐이고, 다른 하나는 실제적으로 많이 발생하는 산란에 의한 현상이 복합되어 방사선장을 이루는 광역빔에 의한 차폐이다. 일반적으로 투과력이 강한 X선이나 γ선의 차폐에는 밀도가 크고 원자번호가 높은 물질(납, 철, 콘크리트, 텅스텐, 감손우라늄)로 차폐하게 된다.
On the other hand, in the case of X-ray or γ-ray shielding, two aspects should be considered. One is the shielding against the narrow beam that the radiation field is uniform and the physical phenomenon is easily represented by the formula, and the other is the shielding by the wide beam which composes the radiation field by combining the phenomenon by the actually occurring scattering. In general, shielding of X-rays and γ-rays with high permeability is shielded by materials with high density and high atomic number (lead, iron, concrete, tungsten, depleted uranium).

또한 중성자선의 차폐는 중성자선이 수소와 같이 가벼운 원자핵을 함유한 물질에 부딪혀 탄성 산란되면 중성자선이 그 에너지를 잘 잃는 성질을 이용하여 이루어진다. 투과력이 큰 γ선과 고속 중성자선을 유효하게 차단하면 다른 것은 자동적으로 차단되므로 실제의 차폐시설에는 이들 방사선의 차단이 기본이 된다.
In addition, neutron shielding is achieved by the neutron beam's ability to lose its energy when it collides against a material containing a light atomic nucleus such as hydrogen. Since effective blocking of γ-rays and high-speed neutrons with large permeability are blocked automatically, the blocking of these radiation is fundamental to the actual shielding facility.

방사선 시설의 차폐설계는 방사선에 대한 안정성을 주안점으로 하고, 동시에 경제성, 최소중량, 구조상의 안정성 등을 고려하여 설계되며 차폐방식, 차폐재료, 차폐체 외부에서의 허용선량, 차폐해야 할 방사선의 종류, 에너지, 강도, 선원의 가하학적 형상, 차폐체의 두께, 차폐체를 관통하는 실험공, 닥트, 송로구조 등에서의 산란방사선에 대한 영향평가, 설계된 차폐구조에 대한 내화성, 내진성, 내구성, 시공특성 및 유지관리 방법 등 건축공학상의 검토가 필요한데, 방사선 차폐 설계 시에 사용될 차폐재료에 대한 고려사항으로는 차폐능력, 물리, 화학적 성질, 입수의 난이도, 경제성, 시공특성 등이 있고 이 같은 사항을 검토하여 가장 사용목적에 부합되는 것을 선택하는 것이다. 차폐재료는 방사선의 종류에 따라 유효한 차폐능력을 가진 것을 택해야 한다. The shielding design of the radiation facility is designed in consideration of the stability to radiation and at the same time considering the economical efficiency, the minimum weight and the stability of the structure. The shielding system, the shielding material, the allowable dose outside the shield, the kind of radiation to be shielded, Evaluation of impact on scattering radiation in energy, strength, source geometry, thickness of shielding, test hole penetrating shielding, duct, trough construction, fire resistance, designed for shielded structure, earthquake resistance, durability, construction characteristics and maintenance The radiation shielding design considerations include shielding ability, physical and chemical properties, difficulty in obtaining, economical efficiency, construction characteristics, etc., It is to choose what meets the purpose. Shielding materials shall be those with effective shielding capability, depending on the type of radiation.

X선이나 γ선 차폐에 필요한 차폐체의 두께는 물질의 밀도에 거의 반비례한다. 일반적으로 원자번호가 큰 원소는 γ선을 감쇄시키는데 유효하므로, 철, 납, 우라늄과 같은 무거운 원소가 X선이나 γ선 차폐체로 좋다. 그러나 실험적으로 제기되는 문제로는 공학적 강도와 열에 대한 특성, 시공상의 특성, 경제성 등에 대한 요구조건이 충족되어야 할 필요가 있다.
The thickness of the shielding material required for X-ray or γ-ray shielding is almost inversely proportional to the density of the material. In general, elements with large atomic numbers are effective in attenuating γ-rays, so heavy elements such as iron, lead, and uranium may be used as X-ray or γ-ray shields. However, it is necessary to meet the requirements of engineering strength, heat characteristics, construction characteristics, economical efficiency and the like.

특히 차폐구조물이 건설될 공간이 제한을 받지 않을 경우에는 벽두께를 크게 하여 일반 골재를 사용하는 것이 시공성이나 안정성, 경제성면에서 좋으며 골재의 구입이나 시공 시에도 문제점이 생길 확률이 적어 효과적이다. 그러나 다목적 연구용 원자로나 실험용 원자로 관망용 창문주변 등과 같이 차폐벽의 두께에 제한이 있는 경우에는 일반 골재로는 차폐가 불가능하므로 밀도가 큰 중량 콘크리트용 골재를 사용해야 한다. 또한, 한정된 벽두께로 차폐성능을 만족시켜야 할 때에는 콘크리트의 비중을 크게 해야 하므로 중량골재를 사용할 필요가 생기게 된다.
In particular, when the space for the construction of the shielding structure is not limited, it is effective to use the general aggregate by increasing the wall thickness in view of workability, stability and economical efficiency, and there is little possibility of problems in purchasing or constructing the aggregate. However, when there is a limitation on the thickness of the shielding wall such as a multi-purpose research reactor or a reactor wall for a network of a laboratory reactor, it is not possible to shield the general aggregate. Therefore, a dense heavy concrete aggregate should be used. In addition, when it is necessary to satisfy the shielding performance with a limited wall thickness, it is necessary to use heavy aggregate because the specific gravity of the concrete must be increased.

이와 관련된 선행기술문헌으로서 대한민국 특허공개공보 제10-2011-0024136호 "콘크리트 골재 대체용 방사능 차폐 콘크리트 조성물"에 의하면 콘크리트에 전기로 산화 슬래그를 포함하여 방사능 차폐기능을 부여하도록 하는 발명으로서, 물과 시멘트와 5mm 이상의 굵은 골재와 5mm 이하의 잔 골재와 불가피한 이물질을 이루어진 콘크리트 잔골재 대체용 전기로 산화 슬래그를 포함한 방사능 차폐 콘크리트 조성물로서, 상기 잔 골재로서 3500㎏/㎥ 이상의 단위 용적 질량을 갖는 전기로 산화 슬래그와 분철 중 적어도 어느 하나를 포함하며. 상기 굵은 골재로서 3500㎏/㎥ 이상의 단위 용적 질량을 갖는 전기로 산화 슬래그와 자철석 중 적어도 어느 하나를 포함함으로써, 상기 철광석의 제련 및 정련과정에서 발생하는 상기 전기로 산화 슬래그를 상기 건축용 골조로 이용하는 것이 가능해져, 상기 전기로 산화 슬래그의 재처리에 따른 각종 부대비용이 절감될 뿐만 아니라 상기 콘크리트의 제조단가를 절감할 수 있도록 한 것이다.
As a prior art document related thereto, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2011-0024136, entitled "Radioactive Shielding Concrete Composition for Replacing Concrete Aggregate ", discloses an invention for imparting a radioactive shielding function to concrete by including electric oxidation slag, A radiation shielding concrete composition comprising cement, coarse aggregate of 5 mm or more, aggregate of 5 mm or less, and unavoidable foreign matter, and an electric furnace slag for replacing the concrete fine aggregate, wherein the aggregate has a unit mass of 3500 kg / And at least one of the slag and the slag. The use of the electric furnace slag generated in the smelting and refining process of the iron ore as the building slab includes at least any one of the electric furnace slag and the magnetite having a unit mass mass of 3500 kg / m 3 or more as the coarse aggregate So that various incidental costs due to the reprocessing of the electric furnace oxidation slag can be reduced and the manufacturing cost of the concrete can be reduced.

그러나, 전기산화슬래그 또는 자철석 중 어느 하나 이상을 포함하도록 구성한 것은 콘크리트의 밀도를 높임으로써 방사선 차단을 시도한 것이므로 x선, 감사선 등의 차폐율은 높으나 중성자선의 차폐에는 효과적이지 않으며 오히려 부대비용 절감효과와 콘크리트 제조단가를 절감하기 위한 목적이 강하다.
However, since the radiation shielding is attempted by increasing the density of the concrete, the shielding ratio of the x-ray and the audit ray is high but it is not effective in shielding the neutron ray. And concrete production costs.

또한 선행기술로서 대한민국 특허공개공보 제10-2014-0049049호 "화학 결합된 세라믹 방사선 차폐재 및 제조방법"은 조성물 및 주위 온도에서 방사선 차폐 부재의 형성방법에 관한 것으로, 이때 조성물은 '저온-소성' 화학 결합된 산화물-인산염 세라믹 시멘트 매트릭스; 및 '저온-소성' 화학 결합된 산화물-인산염 세라믹 시멘트 매트릭스에 분산되어 있는, 하나 이상의 적절히 제조되고 분포된 방사선 차폐재에 관한 것이다. As a prior art, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2014-0049049, entitled " Chemically bonded ceramic radiation shielding material and manufacturing method ", relates to a composition and a method of forming a radiation shielding member at ambient temperature, Chemically bonded oxide-phosphate ceramic cement matrix; And " cold-calcined " chemically bonded oxide-phosphate ceramic cement matrices.

그러나 저온소성 화학 결합된 산화물 인산염 세라믹에 대한 것이 일정 두께로 방사선의 차단을 만족시킨다고 보기 어렵고, 역시 중성자선의 차폐에 대하여는 언급되어 있지 않아 방사선 종류별 차폐에 대한 지속적인 연구가 여전히 필요하다.
However, it is hard to say that the low temperature calcination chemically bonded oxide phosphate ceramics satisfies the shielding of radiation with a certain thickness, and also the neutron shielding is not mentioned.

[문헌 1] 대한민국 특허공개공보 제10-2012-0106191호 "콘크리트 골재 대체용 방사능 차폐 콘크리트 조성물", 2012.09.26.[Patent Document 1] Korean Patent Laid-Open No. 10-2012-0106191 entitled " Radioactive shielding concrete composition for replacing concrete aggregate, "2012.09.26. [문헌 2] 대한민국 특허공개공보 제10-2014-0049049호 "화학 결합된 세라믹 방사선 차폐재 및 제조방법", 2014.04.24.[Patent Document 2] Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2014-0049049 "Chemically bonded ceramic radiation shielding material and manufacturing method ", 2014.04.24.

본 발명은 상기 문제의식에 입각하여 방사선 방출영역에서의 감마선 및 중성자선의 투과율을 감소시키는데 효과적인 방사선 차폐 콘크리트 조성물을 개발하는데 그 목적이 있다.
It is an object of the present invention to develop a radiation shielding concrete composition which is effective in reducing the transmittance of gamma rays and neutron rays in a radiation emitting area on the basis of the above problem.

특히 방사선을 차단 또는 산란시키는 재료는 많이 알려져 있으나 대부분의 재료들이 콘크리트와 함께 섞는 것이 매우 어렵거나 또는 콘크리트의 특성을 저하시키는 경향이 있어, 일반골재보다 비중이 높은 산업부산물과 물보다 비중이 낮은 고분자 합성수지를 콘크리트와 균일하게 믹싱할 수 있는 콘크리트 조성물의 최적의 배합조건을 찾아내는데 그 목적이 있다.
Particularly, there are many known materials that block or scatter radiation. However, it is very difficult for most materials to mix with concrete, or it tends to deteriorate the properties of concrete. Therefore, industrial byproducts, which have higher specific gravity than general aggregates, It is an object of the present invention to find an optimum mixing condition of a concrete composition capable of uniformly mixing a synthetic resin with concrete.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 「물, 결합재, 굵은골재 및 잔골재를 포함하여 구성된 콘크리트 조성물에서, 상기 잔골재는 제강슬래그(SS) 및 고밀도폴리에틸렌(HDPE)이 혼합된 것을 특징으로 하는 방사선 차폐 콘크리트 조성물」을 제공하고자 한다.
In order to solve the above problems, the present invention provides a concrete composition comprising water, a binder, a coarse aggregate and a fine aggregate, wherein the fine aggregate is mixed with steel making slag (SS) and high density polyethylene (HDPE) Composition ".

또한 본 발명은 「상기 잔골재는, 제강슬래그 75~85wt%, 고밀도폴리에틸렌 15~20wt%로 구성된 것을 특징으로 하는 방사선 차폐 콘크리트 조성물」을 함께 제공함을 목적으로 한다.
The present invention also aims to provide a radiation shielding concrete composition which is characterized in that the fine aggregate is composed of 75 to 85 wt% of steel making slag and 15 to 20 wt% of high density polyethylene.

또한 본 발명은 「상기 고밀도폴리에틸렌은 분말형 또는 비드형 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방사선 차폐 콘크리트 조성물」을 함께 제공함을 목적으로 한다.
The present invention also aims to provide a radiation shielding concrete composition which is characterized in that the high-density polyethylene is at least one of a powder type and a bead type.

또한 본 발명은 「상기 굵은골재는, 전부 또는 일부가 제강슬래그인 것을 특징으로 하는 방사선 차폐 콘크리트 조성물」을 함께 제공함을 목적으로 한다.
The present invention also aims to provide a radiation shielding concrete composition which is characterized in that all or a part of the coarse aggregate is a steelmaking slag.

본 발명에 따른 차폐 콘크리트 조성물에 의하면, 산업부산물을 이용하여 감마선 및 중성자선과 같은 방사선의 차폐성능효과가 기존 콘크리트 차폐체에 비해 높아 원전시설물, 병원시설물, 사회기반시설물 등의 차폐벽 형성에 이바지할 수 있어 친환경적이면서도 경제성이 높다.
According to the shielded concrete composition according to the present invention, shielding performance effects of radiation such as gamma rays and neutron beams using industrial by-products are higher than those of existing concrete shields, which can contribute to formation of shielding walls of nuclear facilities, hospital facilities, It is eco-friendly and economical.

또한 본 발명의 제강슬래그가 굵은골재, 잔골재로 대체되면서 전단저항력의 강도를 유지하면서도 단위중량이 높은 상태를 유지하여 방사선을 차단함과 동시에 잔골재로 포함된 고밀도폴리에틸렌이 콘크리트와 잘 혼합되면서도 방사선을 산란시킴으로서 이중으로 방사선 차폐에 이바지하는 효과가 있다.
In addition, the steel slag of the present invention is replaced with coarse aggregate and fine aggregate, while keeping the strength of the shear resistance while keeping the unit weight high and shielding the radiation. The high density polyethylene contained as fine aggregate is well mixed with concrete, Thereby contributing to radiation shielding.

특히 본 발명의 콘크리트 조성물을 이용한 차폐벽이 일반 콘크리트 조성물을 이용한 것에 비해 차폐율이 높으므로 동일한 차폐효과를 유지하면서도 차폐벽의 두께를 감소시켜 전용면적을 증가시키는 시공이 가능하다.
In particular, since the shielding wall using the concrete composition of the present invention has a higher shielding ratio than that of a general concrete composition, it is possible to reduce the thickness of the shielding wall while increasing the specific area while maintaining the same shielding effect.

본 발명에서는 「물, 결합재, 굵은골재 및 잔골재를 포함하여 구성된 콘크리트 조성물에서, 상기 잔골재는 제강슬래그(SS) 및 고밀도폴리에틸렌(HDPE)이 혼합된 것을 특징으로 하는 방사선 차폐 콘크리트 조성물」을 제공한다.
The present invention provides a concrete composition comprising water, a binder, a coarse aggregate and a fine aggregate, wherein the fine aggregate is mixed with steel making slag (SS) and high density polyethylene (HDPE).

또한 본 발명은 「상기 잔골재는 제강슬래그 75~85wt%, 고밀도폴리에틸렌 15~20wt%로 구성된 것을 특징으로 하는 방사선 차폐 콘크리트 조성물」을 함께 제공한다.
The present invention also provides a radiation shielding concrete composition, wherein the fine aggregate is composed of 75 to 85 wt% steel making slag and 15 to 20 wt% of high density polyethylene.

또한 본 발명은 「상기 고밀도폴리에틸렌은 분말형 또는 비드형 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방사선 차폐 콘크리트 조성물」을 함께 제공한다.
The present invention also provides a radiation shielding concrete composition wherein the high-density polyethylene is at least one of a powder type and a bead type.

또한 본 발명은 「상기 굵은골재는, 전부 또는 일부가 제강슬래그인 것을 특징으로 하는 방사선 차폐 콘크리트 조성물」을 함께 제공한다.
The present invention also provides a " radiation shielding concrete composition characterized in that all or a part of the coarse aggregate is a steelmaking slag. &Quot;

이하에서는 본 발명의 방사선 차폐 콘크리트 조성물에 관하여 구체적인 시험 및 실시예와 함께 상세하게 설명한다.
Hereinafter, the radiation shielding concrete composition of the present invention will be described in detail with specific tests and examples.

방사선으로부터 인체를 효과적으로 방어하는 방법은 적절하게 시간, 거리 및 차폐를 2가지 이상 복합적으로 사용하여 대상지점에서의 선량이 최대 허용선량 당량값 이하로 되도록 조절하는 것이며 방사선 피폭선량은 다음의 [식 1]에 의해 계산된다. The effective method of defending the human body from radiation is to adjust the dose so that the dose at the target point is less than the maximum allowable dose equivalent value by appropriately combining two or more of time, distance and shielding. ].

[식 1][Formula 1]

피폭선량 = 선량율×피폭시간×(1/거리의 배수2)×차폐효과
Exposure dose = dose rate × exposure time × (1 / multiple of distance 2) × shielding effect

피폭선량은 어떤 방사선장 내에서 일정시간 동안 체류하면서 받는 피폭량으로 선량율(단위시간당 방사선량)과 피폭시간에 비례하여 증가한다. 이런 경우에 방사선원과 피폭자의 사이에 적절한 차폐체를 설치함으로써 방사선이 피폭자에 도달하는 것을 줄이게 된다.
The exposure dose is an amount of exposure that is received while staying in a certain radiation field for a certain period of time, which increases in proportion to the dose rate (radiation dose per unit time) and exposure time. In such a case, a proper shielding between the radiation source and the bombardment will reduce the radiation reaching the bombarder.

본 발명에서는 주로 γ선 및 중성자선의 차폐에 촛점을 맞추고 있는데 이는 투과력이 큰 γ선과 고속 중성자선을 유효하게 차단하면 다른 것은 자동적으로 차단되기 때문이다. 특히 γ선에 대해서는 원자번호가 큰 원소가 차폐에 효과적이므로 본 발명에서는 방사선 차폐 목적에 맞게 무거운 원소를 혼입한 중량콘크리트를 이용한다.
In the present invention, the focus is mainly focused on the shielding of the? -Ray and the neutron beam, because if the? -Ray and the high-speed neutron beam having large permeability are effectively blocked, the other is automatically blocked. Particularly, with respect to the? -Ray, an element having a large atomic number is effective for shielding. Therefore, in the present invention, heavy-weight concrete mixed with a heavy element for the purpose of radiation shielding is used.

이를 위하여 본 발명에서는 물, 결합재, 굵은골재 및 잔골재를 포함하여 구성되는 콘크리트 조성물에서 상기 잔골재가 제강슬래그(SS) 및 고밀도폴리에틸렌(HDPE)이 혼합된 것임을 특징으로 하는 방사선 차폐 콘크리트 조성물인 바, 잔골재로 제강슬래그 및 고밀도폴리에틸렌을 이용함으로써 방사선의 차폐성능을 확보하고자 한다.
For this purpose, in the concrete composition comprising water, binder, coarse aggregate and fine aggregate according to the present invention, the fine aggregate is mixed with steel making slag (SS) and high density polyethylene (HDPE) And to secure the shielding performance of radiation by using steel slag and high density polyethylene.

일반적으로 시멘트로 대표되는 결합재에서는 균열 등 차단상의 약점이 되는 부분이 발생하는 것을 방지하여야 하므로 수화열에 의한 온도 균열의 방지에 특별한 주의가 필요하다. 방사선 차폐용 콘크리트에 사용하는 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트 1종을 사용하는 것을 기본으로 하며, 수화열의 발생이 적은 중용열 시멘트나 플라이애시 시멘트를 사용할 수도 있다. 또한 사용하는 골재의 종류에 따라서는 시멘트 중의 알칼리 성분(K2O, Na2O)과 반응하여 팽창성 성분을 만들고 콘크리트에 팽창파괴를 일으키는 것이 있으므로 신뢰성이 요구되는 원자로 등에서는 알칼리 성분이 적은 시멘트를 사용할 수도 있다.
In general, in the binder represented by cement, it is necessary to prevent the occurrence of a portion which is a weak point of the blocking layer, so special care is required to prevent temperature cracking due to hydration heat. The cement used for radiation shielding concrete is usually based on the use of one type of Portland cement. It is also possible to use medium heat cement or fly ash cement with little hydration heat. Also, depending on the type of aggregate used, it reacts with alkali components (K 2 O, Na 2 O) in the cement to form an expandable component and causes expansion failure in concrete. Therefore, in reactors requiring reliability, It can also be used.

특히 본 발명의 콘크리트 조성물에는 굵은 골재와 잔골재가 포함되는데, 방사선 차폐를 위한 구조물에 제한을 받지 않을 경우에는 벽두께를 크게 하여 일반 골재를 사용하는 것이 시공성이나 안정성, 경제성 면에서 좋고 골재의 구입이나 시공시에도 효율적이나, 다목적 연구용 원자로나 실험용 원자로 관망용 창문 주변 등과 같이 차폐벽의 두께에 제한이 있는 경우에는 한정된 벽두께로 차폐성능을 만족하여야 하는데, 이 경우 일반 골재로는 차폐가 불가능하므로 밀도가 큰 중량 콘크리트용 골재를 사용하는 것이 바람직하다.Particularly, the concrete composition of the present invention includes coarse aggregate and fine aggregate. When the structure for radiation shielding is not limited, it is preferable to use a general aggregate having a large wall thickness in terms of workability, stability and economy, If the thickness of the shielding wall is limited, such as the multi-purpose research reactor or the reactor wall of the experimental reactor network, the shielding performance should be satisfied with a limited wall thickness. In this case, since the shielding is not possible with the general aggregate, It is preferable to use aggregate for heavy concrete.

이를 위하여 본 발명에서는 골재 중 잔골재로서 기존에 사용하던 모래를 대체는 재료로 제강슬래그(SS) 및 고밀도폴리에틸렌(HDPE)이 혼합시켜 사용하고자 한다. 상기 제강슬래그는 콘크리트의 밀도를 높여 중성자선을 차단시키는 역할을 하며, 고밀도폴리에틸렌은 γ선 또는 중성자선을 탄성산란시킴으로써 방사선을 차폐시키는 역할을 한다. 또한 본 발명에서 굵은골재로 제강슬래그(SS)를 이용하여 중량을 높인 콘크리트 조성물의 제공을 일 특징으로 할 수도 있다.
For this purpose, in the present invention, as a fine aggregate of aggregate, it is desired to use a mixture of steelmaking slag (SS) and high-density polyethylene (HDPE) as a substitute for sand used in the past. The steelmaking slag increases the density of the concrete and blocks the neutron beam. The high density polyethylene plays a role of shielding the radiation by elastically scattering the? -Ray or the neutron beam. In the present invention, it is also possible to provide a concrete composition in which weight is increased by using steelmaking slag (SS) as a coarse aggregate.

일반적으로 중량을 높여 콘크리트의 밀도를 높임으로써 중선자를 차단하는 방법에 적용되는 차폐재료로 기존에는 감람암, 붕석 골재를 이용하거나, 자철광, 정유촉매부산물을 이용하였는데, 밀도를 높이기 위해 포함되어야 하는 재료의 단가 및 경제성을 유지하면서도 일정 수준의 강도를 유지하는 것이 어려운 부분이 있다. 본 발명에서는 철을 제련하는 제철과정에서 발생하는 제강슬래그를 차폐재료로 이용하여 경제성이 뛰어나면서도 단위중량이 높고 전단저항력이 우수하여 방사선 차폐의 효과를 향상시킬 수 있도록 개선하였다.
Generally, as a shielding material to be applied to the method of cutting the heavy wire by increasing the density of concrete by increasing the weight, olive rock and limestone aggregate have been used, or magnetite and refinery catalyst by-products have been used. It is difficult to maintain a certain level of strength while maintaining unit cost and economical efficiency. In the present invention, the steel making slag generated in the steel making process for smelting iron is used as a shielding material to improve the effect of radiation shielding because of its high unit weight and excellent shear resistance while being economical.

먼저 상기 제강슬래그는 이하의 [표 1]와 같은 화학적 성질을 가진다.First, the steel making slag has chemical properties as shown in Table 1 below.

[표 1][Table 1]

Figure 112014118125108-pat00001

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상기 제강슬래그는 밀도, 즉 단위용적중량이 높아 방사선 중 감마선의 차폐에 효과적이다. 감마선은 동일한 밀도상에서는 차폐재의 두께에 비례하여 차폐되는데, 중량 콘크리트로서 제작될 수 있는 다양한 재료들 중에 제강슬래그의 단위용적 질량은 굳지 않은 콘크리트 상태에서 일반 콘크리트보다 오히려 높게 유지되는 특성이 있어 감마선 차폐에 효과적이다. The steel making slag has a high density, that is, a unit volume weight, which is effective for shielding gamma rays in radiation. Gamma rays are shielded in proportion to the thickness of the shielding material at the same density. However, the unit volume mass of the steel slag among the various materials that can be manufactured as heavy concrete is maintained at a rather higher level than that of the ordinary concrete in the unreinforced concrete state, effective.

일반적으로 염화파라핀이나 정유촉매부산물의 경우에는 치환율이 증가할수록 미니 슬럼프 플로가 감소하는 경향인 반면 제강슬래그의 경우에는 치환율을 증가에 의하여도 미니슬럼프는 일반 콘크리트와 거의 유사하게 나타나는데, 이는 제강슬래그의 밀도에 따라 모르타르에서 페이스트가 차지하는 용적의 차이로 인해 모르타르의 점성이 증가함에 기인한다.
Generally, in the case of chlorinated paraffin or oil catalyst by-product, the mini slump flow tends to decrease as the substitution rate increases, whereas in the case of steel slag, the mini slump is almost similar to that of ordinary concrete even by increasing the substitution rate. This is due to the increase in the viscosity of the mortar due to the difference in volume occupied by the paste in the mortar depending on the density.

또한 망간슬래그, 환원슬래그 등 다른 슬래그의 굳지 않는 콘크리트상에서의 단위용적질량이 유지되지 않는데, 제강슬래그는 단위용적질량은 높게 유지되고, 압축강도의 저하가 일어나지 않는 점에서 제강슬래그의 활용성이 높다.
In addition, the unit volume mass of other slags such as manganese slag and reduced slag is not maintained on the unreinforced concrete. The steel slag has a high unit volume mass and does not lower the compressive strength so that the utilization of steel slag is high .

채희태 석사논문 " 건축구조물의 방사선 차폐에 대한 연구-콘크리트 배합에 따른 감마선 차폐를 중심으로, 전남대학교, 1988" 에 의하면, 콘크리트의 방사선 차폐율이 단위용적중량, 즉 밀도가 2.27을 초과할 때 투과되는 방사선량이 급격하게 감소한다([참고도 1] 참조). According to Chae-Tae Chae, "A Study on Radiation Shielding of Architectural Structures - Concentrated Gamma Ray Shielding Based on Concrete Mixing, Chonnam National University, 1988", the radiation shielding rate of concrete exceeds the unit volume weight, ie, The amount of radiation to be irradiated is drastically reduced (see [Reference Figure 1]).

[참고도 1][Reference Figure 1]

Figure 112014118125108-pat00002
Figure 112014118125108-pat00002

상기 제강슬래그 자체는 [표 1]를 참조하였을 때 3.81의 밀도를 이루고 있으며, 콘크리트 조성물에 혼입되었을 때 전체 콘크리트 조성물을 밀도 역시 높게 유지되어 방사선 차폐에 효과적이다. 이에 대하여는 이후의 시험결과를 참조하여 후술한다.
The steel slag itself has a density of 3.81 as shown in Table 1, and when mixed with the concrete composition, the entire concrete composition is maintained at a high density to effectively shield the radiation. This will be described later with reference to the results of the test.

본 발명에서는 굵은 골재 또는 잔골재 중 어느 하나 이상을 제강슬래그로 대체하도록 구성하고 있으며, 굵은골재로 기존에 사용되는 자갈을 일정크기 이상의 제강슬래그로 대체할 수 있으며, 잔골재로 사용되는 모래를 동일 크기 범위의 제강슬래기 분말로 대체할 수 있다. In the present invention, at least one of coarse aggregate or fine aggregate is replaced with steelmaking slag, and the coarse aggregate used as the coarse aggregate can be replaced with a steel slag having a predetermined size or larger, and the sand used as fine aggregate Of the steel slag powder.

이 때 상기 제강슬래그가 굵은골재를 대체하여 혼입되는 경우에는 굵은골재의 50%~100%의 범위에서 치환되는 것이 바람직하다.
At this time, when the steelmaking slag is substituted for the coarse aggregate, it is preferable that the steelmaking slag is substituted in the range of 50% to 100% of the coarse aggregate.

본 발명의 잔골재에는 상기 제강슬래그와 함께 고밀도폴리에틸렌이 혼입될 수 있는데, 고밀도폴리에틸렌(HDPE)은 이하의 [표 2]과 같은 화학적 성질을 가진다. The fine aggregate of the present invention may incorporate high-density polyethylene together with the steelmaking slag. High-density polyethylene (HDPE) has chemical properties as shown in Table 2 below.

[표 2][Table 2]

Figure 112014118125108-pat00003
Figure 112014118125108-pat00003

콘크리트 조성물 분야에서 기존의 폴리에틸렌 분말의 경량성으로 인해 잘 비벼지지 않는 문제가 있었으며, 이를 고밀도폴리에틸렌으로 중합시킨 재료를 이용하여 기존의 폴리에틸렌 분말의 경량성을 해결하여 콘크리트 조성물이 잘 비벼져 시공설계상 요구되는 일정 강도를 유지될 수 있도록 구성하였다. In the concrete composition field, there is a problem that the conventional polyethylene powder is not rubbed due to the lightness of the conventional polyethylene powder, and the lightweight property of the conventional polyethylene powder is solved by using the material polymerized with the high density polyethylene, So that the required constant strength can be maintained.

폴리에틸렌분말은 아래의 [참고도 2]과 같이 동일한 조건하에서 다른 구성물질에 비해 중성자 차폐효과가 높다. The polyethylene powder has a higher neutron shielding effect than the other constituent materials under the same conditions as in the following [Reference Figure 2].

[참고도 2][Reference Figure 2]

Figure 112014118125108-pat00004
Figure 112014118125108-pat00004

즉, 고속중성자선은 속도를 감쇄시킴으로서 차폐율을 높일 수 있는데, 고속중성자선이 폴리에틸렌분말과 충돌하면서 탄성산란이 일어나 고속중성자선의 속도가 감쇄된다. 특히 고밀도폴리에틸렌분말을 혼입시킴으로서, 일반폴리에틸렌분말을 혼입할 때 발생될 수 있는 믹싱저하문제 및 콘크리트 성능저하문제를 해결하였다.
That is, the high-speed neutron beam can increase the shielding rate by attenuating the velocity. The high-speed neutron beam collides with the polyethylene powder, and the elastic scattering occurs, so that the velocity of the fast neutron beam is attenuated. Particularly, by incorporating high density polyethylene powder, problems of lowered mixing and deterioration of concrete performance which may occur when ordinary polyethylene powder is mixed are solved.

상기 고밀도폴리에틸렌은 분말형과 비드형으로 구성할 수 있는데, 분말형은 고밀도로 분산된 폴리에틸렌 분말에 의해 고속중성자선이 탄성산란 확률이 더 높아지는 점을 이용한 것이며, 비드형은 고밀도폴리에틸렌분말이 덩어리화된 상태가 되므로 고속중성자선을 탄성산란시키면서도 동시에 흡수시키는 작용을 일으키는 점을 고려한 것이다.
The high-density polyethylene can be formed into a powder type and a bead type. The powder type is based on the fact that the high-speed neutron beam is more likely to have an elastic scattering probability by the polyethylene powder dispersed with high density. The bead type is a high density polyethylene powder, So that the high-speed neutron beam is elastically scattered and absorbed at the same time.

특히 상기 잔골재는 잔골재 중량 대비 제강슬래그 75~85%, 고밀도폴리에틸렌 15~20%로 구성된 것을 일특징으로 할 수 있는데, 고밀도폴리에틸렌은 15% 미만인 경우에는 감마선 및 중성자선의 차폐효과가 미비하며, 20% 초과인 경우에는 콘크리트 조성물로서 믹싱될 때 잘 비벼지지 않아 15~20%의 범위에서 고밀도폴리에틸렌을 혼입하는 것이 바람직하다. Particularly, the fine aggregate may be composed of 75 ~ 85% of steel making slag and 15 ~ 20% of high density polyethylene with respect to the weight of fine aggregate. In case of less than 15% of high density polyethylene, shielding effect of gamma ray and neutron beam is insufficient, It is preferable to mix high-density polyethylene in the range of 15 to 20%, since it does not rub well when mixed as a concrete composition.

[참고도 3][Reference Figure 3]

Figure 112014118125108-pat00005
Figure 112014118125108-pat00005

상기 [참고도 3]를 참조하면, 고밀도폴리에틸렌이 20% 이상 치환시에 유동성이 급격히 저하되어 콘크리트의 비빔이 어려워지는 것을 도표로 확인할 수 있다.
Referring to FIG. 3, it can be seen from the diagram that the flowability of the high density polyethylene is rapidly lowered when 20% or more of the high-density polyethylene is substituted, thereby making the concrete beam difficult.

본 발명의 콘크리트 조성물에 대하여 중성자선, γ선의 차폐여부에 대하여 진행한 시험은 다음과 같다.
Tests were carried out on the concrete composition of the present invention with respect to the shielding of the neutron beam and the? -Ray.

(1) 콘크리트 조성물 배합(1) Formulation of concrete composition

[표 3][Table 3]

Figure 112014118125108-pat00006
Figure 112014118125108-pat00006

[표 4][Table 4]

Figure 112014118125108-pat00007
Figure 112014118125108-pat00007

상기 [표 3] 및 [표 4]와 같이 10가지 종류의 배합을 이용하여 비교시험을 진행하였다. 배합번호 1번 내지 8번은 시멘트로 보통포틀랜드 시멘트를 100% 사용하였으며, 9번 및 10번은 보통포틀랜드 시멘트 (OPC) : 고로슬래그미분말 (BFS) : 플라이애시 (FA): 파라핀 (Pa)을 4 : 4: 1: 1로 배합하여 사용하였다.
The comparative test was conducted using 10 types of blend as shown in [Table 3] and [Table 4] above. Formulation Nos. 1 to 8 contain 100% Portland cement as a cement, and 9 and 10 generally use Portland Cement (OPC): blast furnace slag fine powder (BFS) : Fly ash (FA): paraffin (Pa) was used in a ratio of 4: 4: 1: 1.

(2) γ선 차폐시험(2) γ ray shielding test

γ선 차폐시험은 300×300×5100mm 공시체를 제작하여, 재령 28일간 표준양생한 후 실시한다. 이때 선량 측정은 영국 Harwell 사의 Harwell Amber perspex Dosimeter, Batch ⅤType 3042를 사용하여 측정할 수 있으며, 차폐율은 조사선원(Co-60 Activity 360, 576Ci, 평균에너지 1.25MeV급)에서 발생한 γ선의 조사선량을 차폐체가 있는 경우와 없는 경우로 나누어 각각 선원으로부터 3.25m 떨어진 detector에 감지된 γ선 누출량을 측정하여 그 비로 구하였다.
For γ ray shielding test, 300 × 300 × 5100 mm specimen shall be prepared and cured for 28 days at standard age. The dose can be measured using the Harwell Amber perspex Dosimeter, Batch VType 3042 from Harwell, UK. The shielding rate can be calculated from the irradiation dose of γ rays generated from the irradiation source (Co-60 Activity 360, 576Ci, average energy 1.25 MeV) The amount of γ-ray leakage detected by the detector, which is 3.25m away from the source, is divided into the case with and without the shield, and the ratio is calculated.

특히 방사선 동위체 137C(세슘 137) 선원 앞쪽에 제작된 시험체를 설치해 투과되는 감마선량을 측정하는 것으로 차단성능을 검증하였다.
In particular, the breaking performance were verified by measuring the gamma dose installed transmitted through the test piece produced in front of the radiation-isotope 137 C (cesium 137) source.

(3) 중성자 차폐시험(3) Neutron Shielding Test

중성자 차폐시험은 300×300×1050mm 공시체를 제작하여, 재령 28일간 표준양생한 후 KRISS 교정절차서 C-26-4-0102에 준하여 실시하였으며, 그 방법은 다음과 같다. The neutron shielding test was carried out in accordance with KRISS calibration procedure C-26-4-0102 after standard curing for 28 days at the age of 300 × 300 × 1050 mm specimen.

① 중성자 선원에서 방출되는 중성자 선량당량을 거리 1.5m에 중성자 선량당량계(Model : LB6411)를 설치하여 중성자 선량당량을 측정한다.① Neutron dose equivalent from the neutron source is installed at a distance of 1.5m and neutron dose equivalent (Model: LB6411) is installed to measure the neutron dose equivalent.

② 시험시료를 중성자 선량당량계 바로 앞에 설치한 후 중성자 선량 당량을 측정한다.② Place the test sample in front of the neutron dose equivalent system and measure the equivalence of the neutron dose.

③ 산란중성자의 영향을 측정하기 위해 shadow corn 설치 후 ①~② 와 같은 측정을 반복하여, 측정값을 뺀 값이 산란중성자 영향으로 간주하여 보정하였다.
(3) To measure the effect of scattered neutrons, the same measurements as (1) and (2) were repeated after the shadow corn was installed, and the value obtained by subtracting the measured value was corrected by considering the scattered neutron effect.

특히 가장 차단하기 어려운 중성자 선원에 대한 평가를 초유라늄 원소인 252Cf(캘리포늄 252)을 사용하여 차단성능을 검증하였다.
Particularly, the evaluation of neutron source which is the most difficult to block was verified by using 252 Cf (californium 252) element of colloidal silicon.

(4) 실험결과(4) Experimental results

본 발명의 효과를 확인하기 위하여 본 실험은 중성자선을 위주로 이루어졌으며, 감마선과 관련하여서는 1번, 2번, 5번 및 6번 배합번호에 대해 시험이 이루어졌다. In order to confirm the effect of the present invention, this experiment was conducted on the neutron beam, and tests were conducted on the numbers 1, 2, 5 and 6 in relation to the gamma ray.

[표 5][Table 5]

Figure 112014118125108-pat00008
Figure 112014118125108-pat00008

본 발명의 콘크리트 조성물에 해당하는 2번, 5번 및 6번의 시험결과를 살펴볼 때 1번(plain)에 비해 단위용적질량이 높은 것을 확인할 수 있다. 또한 고밀도폴리에틸렌 분말형을 혼입한 배합번호 2번은 1번과 비교하여 압축강도가 3일째는 오히려 높으며, 7일 및 28일 강도 역시 1번의 압축강도와 비교하여 유효범위값 내에 있는 것으로 볼 수 있다. The results of tests No. 2, No. 5 and No. 6 corresponding to the concrete composition of the present invention show that the unit volume is higher than that of No. 1 (plain). Compression No. 2 containing high density polyethylene powder was found to have a higher compressive strength than that of No. 1 at the third day, and the strength at 7 days and 28 days is also within the effective range as compared with the first compressive strength.

따라서 망간슬래그, 환원슬래그, 강사 등이 혼입된 다른 배합조건과 달리 본 발명의 콘크리트 조성물에 의하면 콘크리트 자체의 성능이 저하되지 않으면서도, 감마선 및 중성자선의 차폐율이 상대적으로 높음을 확인할 수 있다.
Therefore, unlike other mixing conditions in which manganese slag, reduced slag, lecturer, etc. are mixed, the concrete composition of the present invention shows relatively high shielding ratio of gamma rays and neutrons without deteriorating the performance of the concrete itself.

상기 [참고도 1]과 같이 콘크리트의 방사선 차폐율이 단위용적중량, 즉 밀도가 2.27(g/cm3)을 초과할 때 투과되는 방사선량이 급격하게 감소하는 점을 보았을 때 상기 시험의 2번, 5번 및 6번의 밀도가 2.4(g/cm3) 이상인 점에서 차폐율의 급격히 상승됨을 알 수 있다.
Considering that the radiation shielding rate of the concrete sharply decreases when the unit volume weight, that is, the density, of the concrete exceeds 2.27 (g / cm 3 ) as in the above [Reference Fig. 1] And the density of No. 5 and No. 6 is higher than 2.4 (g / cm 3 ).

또한 콘크리트 두께에 따라 방사선 투과율이 지수적으로 감소되는데, 방사선 선량률이 콘크리트 두께에 따라 지수적으로 감소하는 이론에 근거하여 이하의 [식 3]에 의해 상기 실험결과에 대한 콘크리트 두께를 달리하였을 때의 차폐율을 계산하면 다음과 같다. In addition, the radiation transmittance is exponentially decreased according to the thickness of the concrete. Based on the theory that the radiation dose rate decreases exponentially with the thickness of the concrete, the following formula [3] The shielding rate is calculated as follows.

[식 3][Formula 3]

차폐율 = 1-e(-μ×X) Shielding rate = 1-e (-μ x X)

μ : 콘크리트 단위중량에 따른 계수(중성자에 대해서는 0.117118, 감마선에 대해서는 0.186433 사용)μ: coefficient according to concrete unit weight (0.117118 for neutron and 0.186433 for gamma ray)

X : 콘크리트 두께X: Concrete thickness

[표 6][Table 6]

Figure 112014118125108-pat00009
Figure 112014118125108-pat00009

상기 [표 6]은 상기 [식 3]에 의하여 본 발명의 실험결과를 토대로 각 콘크리트 두께별 방사선 차폐율을 도표화한 것이다. 본 발명에 콘크리트 시험체의 두께를 10cm로 하여 실험한 값에 대하여 콘크리트의 두께를 달리하였을 때의 수치를 살펴보면, 15cm인 경우에는 감마선인 90% 이상 차폐되고, 20cm인 경우에는 중성자선 역시 90% 이상의 차폐율을 보이고 있다. 특히 콘크리트 시험체 두께가 25cm인 경우에는 감마선의 차폐율이 99%에 달하고 있어, 일반적인 콘크리트의 경우 시험체 두께가 50cm 이상인 경우에 비로소 99%의 차단율을 확보할 수 있는 것에 비교하여 본 발명은 얇은 두께에서도 높은 차폐율을 확보하고 있음을 확인할 수 있다. [Table 6] is a table showing the radiation shielding ratio of each concrete thickness based on the experimental result of the present invention by the above-mentioned [Equation 3]. According to the present invention, when the thickness of the concrete specimen is 10 cm, the thickness of the concrete is different from that of the concrete specimen. When the thickness of the concrete is 15 cm, the gamma ray is shielded by 90% or more. Shielding ratio. In particular, when the thickness of the concrete specimen is 25 cm, the shielding rate of the gamma ray reaches 99%. In contrast, in the case of general concrete, a blocking ratio of 99% can be secured only when the specimen thickness is 50 cm or more. It can be confirmed that a high shielding ratio is secured.

일반적으로 납을 활용한 건식벽체는 보통 2mm 두께의 납과 4 장의 석고보드 및 단열재로 구성(전체 두께 160mm)되며 이 경우 약 25%의 감마선 차폐 성능을 보이는 기존기술이나, 일본의 시미즈 건설회사에서 폐브라운관 유리를 재이용하는 방안으로 개발된 차폐콘크리트가 50cm의 두께에서 방사선 투과율 1% 이하인 점과 비교하면, 본 발명이 10cm 두께의 콘크리트에서도 85%의 감마선 차폐성능을 발휘하고 있으며, 콘크리트의 두께 25cm에서 이미 99%의 감마선 차폐율은 보이는 현저한 효과에 주목할 수 있다.Generally, lead-free drywall is composed of 2mm thick lead, 4 gypsum boards and insulation (total thickness 160mm). In this case, existing technology that shows about 25% of gamma ray shielding performance, Compared with the shielded concrete developed as a method for reusing the used CRT glass, the radiation transmittance is less than 1% at a thickness of 50 cm, the present invention exhibits a gamma ray shielding performance of 85% even in a 10 cm thick concrete, , The gamma ray shielding rate of 99% is already noticeable.

또한 중성자선의 차폐효과도 콘크리트 시험체 두께 20cm일 때 이미 90%를 초과하고, 25cm일 때에는 94%에 해당하며, 40cm에서 이미 99%의 차폐율이 산출되므로 일반 콘크리트 시험체 두께가 50cm에서 도출되는 효과와 근접한 차폐율을 보이고 있어 본 발명의 콘크리트 조성물은 방사선 차폐목적의 각종 시설에서 25~40cm의 차폐벽 설치에 활용될 수 있다.
In addition, the shielding effect of the neutron beam is already over 90% when the concrete specimen thickness is 20cm, 94% when it is 25cm, and 99% of the shielding rate is already calculated at 40cm. The concrete composition of the present invention can be used for installation of shielding walls of 25 to 40 cm in various facilities for radiation shielding.

이상에서 본 발명에 따른 방사선 차폐 콘크리트 조성물에 관하여 구체적인 실시예와 함께 살펴보았다. 그러나 상기의 실시예 외에도 본 발명과 균등한 범위에 속하는 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 본 발명의 청구범위는 이 건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.
The radiation shielding concrete composition according to the present invention has been described above with reference to concrete examples. However, modifications and variations falling within the scope of the present invention are possible in addition to the above embodiments. Accordingly, the claims of the present invention include modifications and variations that fall within the true scope of the present invention.

없음none

Claims (4)

벽체두께가 25~40cm인 경우에 감마선 차폐율 99% 이상 및 중성자선 차폐율이 94% 이상이 확보되도록 물, 결합재, 굵은골재 및 잔골재를 포함하여 구성된 콘크리트 조성물로서,
상기 잔골재는 제강슬래그(SS) 80~85wt% 및 고밀도폴리에틸렌(HDPE) 15~20wt%로 구성된 것을 특징으로 하는 방사선 차폐 콘크리트 조성물.
A concrete composition comprising water, a binder, a coarse aggregate and a fine aggregate so that a gamma ray shielding rate of 99% or more and a neutron shielding rate of 94% or more are secured when the wall thickness is 25 to 40 cm,
Wherein the fine aggregate comprises 80 to 85 wt% steel making slag (SS) and 15 to 20 wt% high density polyethylene (HDPE).
삭제delete 제1항에서,
상기 고밀도폴리에틸렌은 분말형 또는 비드형 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방사선 차폐 콘크리트 조성물.
The method of claim 1,
Wherein the high-density polyethylene is at least one of a powder type and a bead type.
제1항에서,
상기 굵은골재는,
전부 또는 일부가 제강슬래그인 것을 특징으로 하는 방사선 차폐 콘크리트 조성물.

The method of claim 1,
In the coarse aggregate,
Wherein all or a part of the slag is steel-making slag.

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101712879B1 (en) 2016-11-30 2017-03-08 한국건설기술연구원 Concrete for shielding neutron for first shield wall of nuclear power plant, and method for manufacturing the same
KR20200074711A (en) * 2018-12-17 2020-06-25 (주)제이엔티아이엔씨 Concrete admixture for preventing of heavy metals extraction for radiation shielding mortar composition
KR102194852B1 (en) * 2020-06-16 2020-12-24 (주)바우테크 three-dimensional fiber Structure and Construction Method using that
KR20220031171A (en) 2020-09-04 2022-03-11 (주)뉴클리어엔지니어링 Method for designing shielding both photons and neutrons at the same time, recording medium storing program for executing same, and computer program stored in recording medium for executing same
KR20220094683A (en) 2020-12-29 2022-07-06 한국세라믹기술원 Cement composition for shielding electromaganetic waves and mortar using the same

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060119506A (en) * 2005-05-20 2006-11-24 주식회사 에코마이스터 Concrete composition containing atomized steelmaking slag and method for producing the same
KR20110026038A (en) * 2009-09-07 2011-03-15 허정도 Temperature-controlled modified recycling mixes for reuse of 100% rap in road pavements and manufacturing methods thereof
KR20120070002A (en) * 2010-12-21 2012-06-29 한국원자력연구원 Fabrication method of hydrophobic polymer coated ceramic nano powder and ceramic nano powder thereby
KR20120106191A (en) * 2011-03-18 2012-09-26 한국건설생활환경시험연구원 Composition of radiation shielding concrete comprising electronic arc oxidizing slag as substitute for aggregate of concrete

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060119506A (en) * 2005-05-20 2006-11-24 주식회사 에코마이스터 Concrete composition containing atomized steelmaking slag and method for producing the same
KR20110026038A (en) * 2009-09-07 2011-03-15 허정도 Temperature-controlled modified recycling mixes for reuse of 100% rap in road pavements and manufacturing methods thereof
KR20120070002A (en) * 2010-12-21 2012-06-29 한국원자력연구원 Fabrication method of hydrophobic polymer coated ceramic nano powder and ceramic nano powder thereby
KR20120106191A (en) * 2011-03-18 2012-09-26 한국건설생활환경시험연구원 Composition of radiation shielding concrete comprising electronic arc oxidizing slag as substitute for aggregate of concrete

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101712879B1 (en) 2016-11-30 2017-03-08 한국건설기술연구원 Concrete for shielding neutron for first shield wall of nuclear power plant, and method for manufacturing the same
KR20200074711A (en) * 2018-12-17 2020-06-25 (주)제이엔티아이엔씨 Concrete admixture for preventing of heavy metals extraction for radiation shielding mortar composition
KR102161834B1 (en) 2018-12-17 2020-10-05 강릉원주대학교산학협력단 Concrete admixture for preventing of heavy metals extraction for radiation shielding mortar composition
KR102194852B1 (en) * 2020-06-16 2020-12-24 (주)바우테크 three-dimensional fiber Structure and Construction Method using that
KR20220031171A (en) 2020-09-04 2022-03-11 (주)뉴클리어엔지니어링 Method for designing shielding both photons and neutrons at the same time, recording medium storing program for executing same, and computer program stored in recording medium for executing same
KR20220094683A (en) 2020-12-29 2022-07-06 한국세라믹기술원 Cement composition for shielding electromaganetic waves and mortar using the same
KR102505934B1 (en) 2020-12-29 2023-03-03 한국세라믹기술원 Cement composition for shielding electromaganetic waves and mortar using the same

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