RU2029399C1 - Заполнитель радиационно-защитного цементного бетона - Google Patents
Заполнитель радиационно-защитного цементного бетона Download PDFInfo
- Publication number
- RU2029399C1 RU2029399C1 SU4953593A RU2029399C1 RU 2029399 C1 RU2029399 C1 RU 2029399C1 SU 4953593 A SU4953593 A SU 4953593A RU 2029399 C1 RU2029399 C1 RU 2029399C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- concrete
- aggregate
- protection
- lmc
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
Abstract
Использование: при изготовлении материалов, защищающих от ионизирующих излучений. Сущность изобретения: железомарганцевые конкреции применяются в качестве заполнителя радиационно-защитного бетона на основе цемента. 2 табл.
Description
Изобретение относится к составам материалов для защиты от излучений, включая альфа-, бета- и гамма-излучения и проникающую радиацию.
Наиболее употребительным материалом для защиты от гамма-излучения является бетон, который содержит цемент в виде связующего и заполнители в виде песка, гравия, а также заполнители в виде барита и (или) руды тяжелых металлов (или сами металлы). Так, известный портландский бетон, повсеместно употребляемый для защиты от излучений, содержит в качестве заполнителя кремневую гальку, гравий, кварцевый песок и т.п. минеральные заполнители. Плотность различных видов обычного портландского бетона составляет 2,0-2,4 г/см3, линейный коэффициент ослабления (ЛКО) гамма-излучения составляет 0,11-0,13 см-1 (для энергии γ -квантов 1-2 МэВ). Защита из бетона с такой плотностью довольно громоздка и должна иметь значительную толщину.
Для компактной защиты с меньшей толщиной защитного слоя применяют более плотные (более тяжелые) бетоны с железосодержащими или свинцовосодержащими заполнителями. Аналогами таких заполнителей являются свинец и галенит. Бетон с соотношением цемента, песка и заполнителя - свинца 1:2:4 при плотности ρ =5,9 г/см3 имеет следующие характеристики (для энергий γ -квантов 1,25 МэВ): ЛКО μ =0,380 см-1; массовый коэффициент ослабления (МКО) μ/ρ=0,064 см2/г; слой половинного ослабления (СПО) для γ -лучей d0,5=1,8 см. Бетон, содержащий цемент-связующее и заполнители в виде песка и галенита в соотношении 1: 2: 4, имеет (для энергии γ -квантов 1,25 МэВ) следующие характеристики: ρ= 4,27 г/см3; μ=0,260 см-1; μ/ρ=0,06 см2/г; СПО d0,5=2,7 см. Защита из бетона с заполнителем в виде свинца (свинцовой дроби) или галенита более компактна, чем из обычных бетонов, но она на порядок дороже обычных бетонов.
Основной задачей при конструкции защиты от γ -излучения можно считать снижение веса и толщины защиты. Однако создание компактной защиты с уменьшенной толщиной слоя ведет к возрастанию массы защитного слоя из-за использования тяжелых заполнителей. И наоборот, сохранение степени ослабления γ -лучей при снижении плотности материала влечет за собой необходимость увеличения толщины защиты. В этом заключается основное противоречие при создании эффективной компактной защиты от γ -излучения, поскольку одновременного снижения толщины и массы защитной конструкции практически невозможно достичь для известных применяемых для защиты заполнителей и материалов. Это противоречие требует компромиссного подхода к выбору толщины и массы защиты с учетом ее стоимости. Таким заполнителем бетона, удовлетворяющим этим компромиссным требованиям, является, по-видимому, барит, который наиболее близок к изобретению по технической сущности и достигаемому результату и поэтому принят за прототип.
Баритовый заполнитель [1] применяется в промышленности как утяжелитель (ρ=4,3-4,7 г/см3) для цементизации рыхлых пород при бурении на нефть, в качестве главной составной части штукатурки для стен рентгеновских лабораторий с целью защиты от рентгеновских лучей и т.д. Наличие в заполнителе баритового бетона элемента с большим атомным номером (барий, Z=56) позволяет использовать баритовый бетон для защиты от γ -излучений. Баритовый бетон (ρ= 3,0-3,6 г/см3) содержит в качестве заполнителей песок, гравий и барит и имеет следующие характеристики для энергии γ -квантов 1,25 МэВ: μ =0,15-0,17 см-1; μ/ρ=0,054-0,057 см2/г, d0,5=4,0 см.
Однако барит в качестве заполнителя бетона не устраняет изложенного выше основного противоречия при создании эффективной компактной защиты от γ -излучений, поскольку для сохранения степени ослабления γ -лучей при снижении плотности защиты необходимо увеличивать ее толщину. Общая масса защиты из баритового бетона для данной энергии γ -квантов остается неизменной и значительной, что вызывает серьезные трудности при сооружении защиты, особенно для защиты транспортных установок.
Цель изобретения - снижение общей массы слоя защитного материала при сохранении его толщины и степени ослабления излучения, т.е. устранение основного противоречия при создании эффективной компактной защиты от γ -излучения.
Цель достигается применением железомарганцевых конкреций (ЖМК) в качестве заполнителя радиационно-защитного бетона.
Изобретение основано на экспериментально установленном свойстве ЖМК, которое заключается в аномально высоком значении МКО γ -излучения.
ЖМК-минеральные стяжения гидроксидов железа и марганца, которые формируются в результате осаждения растворимых в воде веществ на дне океанов, морей и озер. Кроме железа и марганца в конкрециях присутствуют другие рудные металлы, нерудные элементы, редкие и рассеянные элементы, поэтому ЖМК добываются с морского дна как перспективное минеральное сырье. Кроме традиционного применения ЖМК в качестве минерального сырья на железо, марганец и цветные металлы, они используются также в качестве сорбента ионов металлов и в качестве сорбента отходящих газов.
Заявленный объект является новым, нетрадиционным применением ЖМК в качестве заполнителя радиационно-защитного бетона γ -излучений.
В качестве заполнителя материала для защиты от излучений использовались ЖМК, химический состав которых приведен в табл. 1.
Получение заполнителя из ЖМК состоит из следующих операций: измельчение до крупности 0,1-0,2 мм и прогревание до удаления свободной воды при температуре 110оС в течение 40-48 ч.
Изобретение иллюстрируют следующие примеры.
П р и м е р ы 1-10. Измельченные до крупности 0,1-0,2 мм и прогретые при to= 110oC в течение 48 ч ЖМК гомогенизировали в магнитном смесителе с полистиролом (ρ = 1,05 г/см3, μ=0,065 см-1 при Е=1,25 МэВ) в соотношении, мас.%: ЖМК - 76, полистирол - 24, а затем прессовали на гидравлическом прессе при давлении 25-35 МПа в течение 30 с при to=20оС. Полученные таблетки композиционного материала (десять образцов КМП различной толщины от 0,2 до 0,8 см и плотности от 1,68 до 1,72 г/см3) с заполнителем в виде ЖМК исследовались на полупроводниковом гамма-спектрометре при энергии γ -квантов Е1= 1,17 МэВ и Е2=1,33 МэВ с целью измерения коэффициентов ослабления (ЛКО) γ-излучения. В табл. 2 представлены средние по примерам 1-10 значения характеристик для десяти образцов защитного материала КМП при Е=1,25 МэВ, включая измеренные значения плотности ρ, ЛКО μ, вычисленные значения МКО μ, СПО μ/ρ, а также значения массы m=ρ ˙ d0,5 столбика материала с сечением 1 см2 и толщиной d0,5.
П р и м е р 11. Измельченные до крупности 0,1-0,2 мм и прогретые при to= 110oC в течение 46 ч ЖМК использовали в качестве заполнителя радиационно-защитного бетона путем гомогенизации с цементом и кварцевым песком, просеянными соответственно до крупности 0,1 и 0,2 мм, Гомогенизация связующего цемента и заполнителей в виде песка и ЖМК проводилась с добавлением воды (соотношение вода/смесь "цемент + +песок+ЖМК", мас.%: 0,30-0,40). Бетонную смесь разливали в штамп-формы и выдерживали для уверенного схватывания раствора в течение 72 ч.
Полученный бетон имел состав, об.%: Цемент 25 Песок 50 ЖМК 25
П р и м е р 12. Заполнитель на основе ЖМК и радиационно-защитный бетон получали по технологии примера 11 при следующем соотношении компонентов, об.%: Цемент 25 Песок 25 ЖМК 50
П р и м е р 13. Полученный по технологии примера 11 на основе заполнителя из ЖМК бетон содержит, об.%: Цемент 25 ЖМК 75
Полученные в примерах 11-13 бетонные пластины толщиной 14 мм и плотностью соответственно 1,34; 1,31 и 1,15 г/см3 с заполнителем в виде ЖМК исследовались на γ-спектрометре с целью измерения значений ЛКО при энергии γ -излучения Е1=1,17 и Е2=1,33 МэВ. Средние значения для Е=1,25 МэВ, измеренной величины μ, вычисленных значений МКО μ/ρ, СПО d0,5, а также значения m= ρ ˙ d0,5 приведены в табл. 2.
П р и м е р 12. Заполнитель на основе ЖМК и радиационно-защитный бетон получали по технологии примера 11 при следующем соотношении компонентов, об.%: Цемент 25 Песок 25 ЖМК 50
П р и м е р 13. Полученный по технологии примера 11 на основе заполнителя из ЖМК бетон содержит, об.%: Цемент 25 ЖМК 75
Полученные в примерах 11-13 бетонные пластины толщиной 14 мм и плотностью соответственно 1,34; 1,31 и 1,15 г/см3 с заполнителем в виде ЖМК исследовались на γ-спектрометре с целью измерения значений ЛКО при энергии γ -излучения Е1=1,17 и Е2=1,33 МэВ. Средние значения для Е=1,25 МэВ, измеренной величины μ, вычисленных значений МКО μ/ρ, СПО d0,5, а также значения m= ρ ˙ d0,5 приведены в табл. 2.
Полученные экспериментально данные и их сопоставление с известными, в том числе для прототипа, характеристиками показывают, что защитные материалы по примерам 1-13 с заполнителем в виде ЖМК имеют МКО на 25-35% выше среднего значения МКО для всех известных материалов. Экспериментально установленное новое свойство ЖМК, которое заключается в аномально высоком значении МКО γ -излучения, позволяет при сохранении степени ослабления излучения снизить общую массу защитного материала по отношению к известным материалам, включая прототип, в среднем на 20-30%.
Как видно из табл. 2, бетонные пластины с заполнителем из ЖМК (примеры 11-13) имеют меньшую плотность (на 25-45% меньше) и обладают более высоким (на 12-15% больше) значением МКО, чем спрессованные из ЖМК и полистирола таблетки (примеры 1-10), что указывает на практическую возможность использования более простой технологии приготовления эффективного защитного материала в обычных бетономешалках.
Наибольшее снижение общей массы защитного материала с заполнителем из ЖМК (30% по отношению к прототипу) наблюдается у бетонных пластин с соотношением цемента, песка и ЖМК 1:1:2 (пример 12), поскольку МКО для такого бетона выше МКО прототипа - баритового бетона - на 40%.
Снижая общую массу защиты, новое в отличие от традиционного применения ЖМК в качестве заполнителя радиационно-защитного бетона наиболее полно удовлетворяет противоречивым, требующим компромисса требованиям к защитным конструкциям: плотность-толщина, простота технологии, изготовления, удобство применения и стоимость. Поэтому изобретение может эффективно использоваться в различных областях атомной энергетики и экологии, включая защиту транспортных установок, где снижение общей массы защитных конструкций является первоочередной задачей.
Claims (1)
- ЗАПОЛНИТЕЛЬ РАДИАЦИОННО-ЗАЩИТНОГО ЦЕМЕНТНОГО БЕТОНА.Применение железомарганцевых конкреций в качестве заполнителя радиационно-защитного цементного бетона.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4953593 RU2029399C1 (ru) | 1991-06-26 | 1991-06-26 | Заполнитель радиационно-защитного цементного бетона |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4953593 RU2029399C1 (ru) | 1991-06-26 | 1991-06-26 | Заполнитель радиационно-защитного цементного бетона |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2029399C1 true RU2029399C1 (ru) | 1995-02-20 |
Family
ID=21583573
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4953593 RU2029399C1 (ru) | 1991-06-26 | 1991-06-26 | Заполнитель радиационно-защитного цементного бетона |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2029399C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2476400C2 (ru) * | 2011-05-24 | 2013-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева" | Сырьевая смесь для получения строительного материала |
-
1991
- 1991-06-26 RU SU4953593 patent/RU2029399C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Прайс Б., Хортон К., Спинни К. Защита от ядерных излучений. М., Изд.ин.лит., 1959, с.64, 382-384. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2476400C2 (ru) * | 2011-05-24 | 2013-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева" | Сырьевая смесь для получения строительного материала |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ouda | Development of high-performance heavy density concrete using different aggregates for gamma-ray shielding | |
US2726339A (en) | Concrete radiation shielding means | |
Ouda et al. | The effect of replacing sand by iron slag on physical, mechanical and radiological properties of cement mortar | |
EP3293161B1 (en) | Shielding material for shielding radioactive ray and preparation method thereof | |
Florez et al. | The material characterization and gamma attenuation properties of Portland cement-Fe3O4 composites for potential dry cask applications | |
Ling et al. | X-ray radiation shielding properties of cement mortars prepared with different types of aggregates | |
Gharieb et al. | Effect of using heavy aggregates on the high performance concrete used in nuclear facilities | |
Saafan et al. | Strength and nuclear shielding performance of heavyweight concrete experimental and theoretical analysis using WinXCom program | |
US3207705A (en) | Radiation shielding composition comprising carbon and lead dispersed in cement | |
RU2029399C1 (ru) | Заполнитель радиационно-защитного цементного бетона | |
EP0773555B1 (en) | Neutron-shielding hydraulic hardening material and method of manufacturing neutron shields using the same | |
Mahdy et al. | Shielding properties of heavyweight, high strength concrete | |
US4727257A (en) | Shield against radiations | |
BE493942A (ru) | ||
US3558526A (en) | Cement matrix radiation shielding compositions containing calcium compounds | |
Elamin et al. | The effect of replacements 30% for each concrete component by iron filling in concrete on attenuation properties | |
García-Díaz et al. | Stabilization of phosphogypsum by sulfur polymer | |
CN112777977A (zh) | 一种赤铁矿混凝土及其配比设计方法 | |
Kılınçarslan | Investigation of heavy concretes produced with heavy artificial aggregates | |
RU2170962C1 (ru) | Сырьевая смесь для приготовления радиационно-защитного композита и наполнитель для приготовления сырьевой смеси (варианты) | |
Vu et al. | Radiation Shielding Properties Prediction of Barite used as Small Aggregate in Mortar | |
US11810682B2 (en) | Neutron absorbing concrete wall and method for producing such concrete wall | |
Radu et al. | BETOANE CU CAPACITATE DE ECRANARE A RADIAŢIILOR GAMA PENTRU CONSTRUCŢII SPECIALE | |
Gouda et al. | Gamma Attenuation Features of White Cement Mortars Reinforced by Micro/Nano Bi2O3 Particles. Materials 2023, 16, 1580 | |
Ekolu et al. | Material selection and mix design of radiation shielding concrete |