RU2545585C1 - Radiation-proof structural concrete and method for production thereof - Google Patents
Radiation-proof structural concrete and method for production thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2545585C1 RU2545585C1 RU2013147015/03A RU2013147015A RU2545585C1 RU 2545585 C1 RU2545585 C1 RU 2545585C1 RU 2013147015/03 A RU2013147015/03 A RU 2013147015/03A RU 2013147015 A RU2013147015 A RU 2013147015A RU 2545585 C1 RU2545585 C1 RU 2545585C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon
- radiation
- sand
- solution
- absorbing filler
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
- Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
- Building Environments (AREA)
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к составам радиозащитных материалов, в частности к материалам на основе цементно-песчаного связующего (ЦПС) с углеродсодержащим наполнителем, предназначенным для экранирования и поглощения электромагнитного излучения (ЭМИ), а также к технологии их изготовления. Изобретение может быть использовано для производства тяжелых и легких строительных бетонов, штукатурных и кладочных растворов, стяжки пола, используемых при строительстве и отделочных работах с целью снижения уровня электромагнитного поля (ЭМП) внутри помещений.The invention relates to compositions of radioprotective materials, in particular to materials based on a cement-sand binder (DSP) with a carbon-containing filler, intended for shielding and absorption of electromagnetic radiation (EMP), as well as to the technology for their manufacture. The invention can be used for the production of heavy and light building concrete, plaster and masonry mortars, floor screed used in construction and finishing work in order to reduce the level of electromagnetic field (EMF) inside the premises.
Известен способ получения электропроводящего бетона, включающий перемешивание цемента, порошкообразного графита и песка с последующим добавлением в смесь воды и перемешиванием с получением смеси, ее формование и сушку до полного затвердевания, в котором сначала осуществляют перемешивание порошкообразного графита с цементом, затем с песком, а сушку ведут при комнатной температуре, причем смесь содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: порошкообразный графит 25-35, цемент 20-30, песок 25-45, вода - остальное (RU 2291130 C1, 10.01.2007).A known method of producing electrically conductive concrete, including mixing cement, powdered graphite and sand, followed by adding water to the mixture and mixing to obtain a mixture, molding and drying until it solidifies, in which powder graphite is mixed with cement, then with sand, and dried lead at room temperature, and the mixture contains components in the following ratio, wt.%: powdered graphite 25-35, cement 20-30, sand 25-45, water - the rest (RU 2291130 C1, 10.01.2007).
Известен электропроводный строительный материал для экранирования ЭМИ, состоящий из связующего, в качестве которого может быть выбран цементный раствор, смеси графита и аморфного углерода, и песка. Количество графитоугольной смеси составляет 25-75% от общего веса материала. Частицы графита могут иметь размер до 10 мкм, аморфного углерода (кокса) - до 1 мм (WO 9600197 A1, 04.01.1996).Known conductive building material for shielding EMR, consisting of a binder, which can be selected as a cement mortar, a mixture of graphite and amorphous carbon, and sand. The amount of graphite-coal mixture is 25-75% of the total weight of the material. Graphite particles can have a size of up to 10 μm, amorphous carbon (coke) - up to 1 mm (WO 9600197 A1, 04/01/1996).
Известен электропроводный бетон, применяемый в том числе для экранирования ЭМИ, содержащий 5-40 мас. % графита, 30-80 мас. % цемента и 5-50 мас. % наполнителя - песка, золы, шлака и др. (CN 1282713 A, 07.02.2001).Known conductive concrete, including used for shielding EMR, containing 5-40 wt. % graphite, 30-80 wt. % cement and 5-50 wt. % filler - sand, ash, slag, etc. (CN 1282713 A, 02/07/2001).
Недостатком вышеуказанных материалов является использование в качестве электропроводного наполнителя порошка графита.The disadvantage of the above materials is the use of graphite powder as an electrically conductive filler.
Минимальный размер частицы графита имеют в порошках сухих коллоидно-графитовых препаратов - 1-10 мкм, или 1000-10000 нанометров (нм), при этом удельная поверхность частиц не превышает 3 м2/г, что сказывается на эффективности ослабления ЭМИ и требует применения высоких концентраций графита для получения сквозной проводимости (квантовых эффектов). Высокое содержание графита в материале обуславливает резкое удорожание материала и ухудшение его механических свойств. Кроме того, наполненные графитом материалы (бетон, слой штукатурки) ослабляют ЭМИ в основном за счет отражения от поверхности (экранирования). Такое экранирование не решает проблемы защиты человека от повышенного уровня ЭМИ, так как в этом случае электромагнитная волна меняет только направление распространения. Защитив таким способом какой-либо объект, особенно в случае плотной застройки мегаполиса, за счет наложения и резонанса отраженных волн можно получить вокруг объекта локальные поля, напряженность которых намного превышает напряженность падающего ЭМИ и допустимые нормативы. Аналогичный эффект может проявиться и внутри помещения, в котором работает оборудование, создающее ЭМП. Радиозащитный материал для коллективной защиты от ЭМП должен в большей степени поглощать, чем отражать ЭМИ.The minimum particle size of graphite in powders of dry colloidal graphite preparations is 1-10 μm, or 1000-10000 nanometers (nm), while the specific surface of the particles does not exceed 3 m 2 / g, which affects the efficiency of attenuation of EMR and requires the use of high graphite concentrations to obtain through conductivity (quantum effects). The high content of graphite in the material causes a sharp rise in price of the material and the deterioration of its mechanical properties. In addition, materials filled with graphite (concrete, a layer of plaster) weaken the EMR mainly due to reflection from the surface (shielding). Such shielding does not solve the problem of protecting a person from an increased level of electromagnetic radiation, since in this case the electromagnetic wave changes only the direction of propagation. Having protected any object in this way, especially in the case of a dense building of a megalopolis, due to the overlap and resonance of the reflected waves, local fields around the object can be obtained whose intensity is much higher than the incident EMR and acceptable standards. A similar effect can also occur inside the room in which the equipment that creates the EMF works. Radioprotective material for collective protection against EMF should absorb to a greater extent than reflect EMP.
Известен электропроводный бетон, изготовленный из цемента, песка в качестве основы, и содержащий наноразмерный активный углерод в количестве 0,05-3 мас. % (CN 1844025 A, 11.10.2006).Known conductive concrete made of cement, sand as a base, and containing nanoscale active carbon in an amount of 0.05-3 wt. % (CN 1844025 A, 10/11/2006).
Известна композиция для получения строительного материала (бетона), которая содержит цемент, песок, воду и углеродный наноматериал - сажу, полученную электродуговым методом и содержащую 7% углеродных нанотрубок, при следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент - 20-30, песок - 50-70, указанный углеродный наноматериал - 1-2, вода - остальное. Технический результат - повышение прочности строительного материала на сжатие (RU 2345968 C2,10.02.2009).A known composition for producing building material (concrete), which contains cement, sand, water and carbon nanomaterial - carbon black obtained by the electric arc method and containing 7% carbon nanotubes, in the following ratio of components, wt.%: Cement - 20-30, sand - 50-70, the specified carbon nanomaterial is 1-2, water is the rest. The technical result is an increase in the compressive strength of a building material (RU 2345968 C2.10.02.2009).
На основании проведенных заявителями работ косвенно можно предполагать о наличии определенных радиозащитных свойств у этих двух материалов, особенно вблизи верхних пределов концентрации углеродного наноразмерного компонента. Выявлено, что в материалах, в которых в качестве радиозащитного наполнителя используется электропроводный углерод, имеющий размер частиц 10-100 нм и удельную геометрическую поверхность до 200 м2/г, значительно снижаются по сравнению с графитом пределы концентрации углеродного наполнителя в матрице материала для достижения необходимого ослабления ЭМП, при этом доля отраженной мощности излучения уменьшается, поглощенной - увеличивается.Based on the work carried out by the applicants, one can indirectly assume the presence of certain radioprotective properties of these two materials, especially near the upper concentration limits of the carbon nanoscale component. It was found that in materials in which electrically conductive carbon having a particle size of 10-100 nm and a specific geometric surface of up to 200 m 2 / g is used as a radioprotective filler, the concentration limits of the carbon filler in the material matrix are significantly reduced compared to graphite to achieve the required EMF attenuation, while the fraction of the reflected radiation power decreases, and the absorbed one increases.
Главный недостаток материалов по патентам CN 1844025 A, RU 2345968 C2 - высокая энергоемкость технологии получения наноразмерного углеродного наполнителя и, как следствие, высокая его цена.The main disadvantage of the materials on patents CN 1844025 A, RU 2345968 C2 is the high energy intensity of the technology for producing nanosized carbon filler and, as a consequence, its high price.
В качестве недостатка всех приведенных выше материалов и способов также нужно отметить технологическую сложность равномерного распределения сухих ультрадисперсных углеродных порошков в объеме смеси, влияющую на однородность материала и воспроизводимость его радиофизических характеристик, а также проблемы с производственной гигиеной, вызываемые пылящими красящими углеродными порошками.As a drawback of all the above materials and methods, it is also necessary to note the technological complexity of the uniform distribution of dry ultrafine carbon powders in the volume of the mixture, affecting the homogeneity of the material and the reproducibility of its radiophysical characteristics, as well as problems with industrial hygiene caused by dusty coloring carbon powders.
Из теории распространения электромагнитных волн известно, что пористые материалы имеют низкий коэффициент отражения ЭМИ за счет близких значений волнового сопротивления поверхности материала и окружающего воздуха.From the theory of propagation of electromagnetic waves it is known that porous materials have a low EMR reflection coefficient due to the close values of the wave resistance of the surface of the material and the surrounding air.
Известен поглощающий ЭМИ гранулят, преимущественно для частотного диапазона 100 МГц - 10 ГГц, состоящий из высокопористых стеклянных и(или) керамических гранул, которые покрыты ферритом и(или) электропроводящим материалом, или который изготовлен из стеклянной муки, порообразователя, ферритового и(или) электропроводящего порошка с добавлением связующего в результате гранулирования смеси, высушивания, упрочнения в термическом процессе и вспучивания (RU 2234175 C2, 10.08.2004). По этому изобретению наилучший результат показал гранулят, покрытый углеродом. Общее ослабление ЭМИ образцом, состоящим из гидрата белой извести, белого цемента, песка мелкой и средней фракции и пеностеклянных гранул, покрытых углеродом, изменяется практически линейно в диапазоне частот от 1 до 5 ГГц от -4 до -10 дБ. Толщина образца в описании изобретения и рисунках не приводится, что не позволяет оценить эффективность радиопоглощающего материала, которая определяется величиной удельного поглощения ЭМИ, выраженной в дБ/см. Также не приводится величина коэффициента отражения от поверхности материала.Known EMR absorbing granules, mainly for the frequency range 100 MHz - 10 GHz, consisting of highly porous glass and (or) ceramic granules, which are coated with ferrite and (or) electrically conductive material, or which is made of glass flour, blowing agent, ferrite and (or) an electrically conductive powder with the addition of a binder as a result of granulation of the mixture, drying, hardening in the thermal process and expansion (RU 2234175 C2, 08/10/2004). According to this invention, carbon coated granulate showed the best result. The general attenuation of electromagnetic radiation by a sample consisting of white lime hydrate, white cement, fine and medium fraction sand and carbon-coated foam glass granules varies almost linearly in the frequency range from 1 to 5 GHz from -4 to -10 dB. The thickness of the sample in the description of the invention and the figures are not given, which does not allow to evaluate the effectiveness of the radar absorbing material, which is determined by the specific absorption of EMR, expressed in dB / cm. Also, the magnitude of the reflection coefficient from the surface of the material is not given.
Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения, принятым в качестве прототипа, является радиозащитный бетон на основе портландцемента, в котором в качестве крупного заполнителя используются частицы пемзы, мелкого заполнителя - песок, радиопоглощающего наполнителя - технический углерод (CN 102627436 A, 08.08.2012). Концентрация технического углерода 1-2 мас. %. Пемзобетон имеет минимум коэффициента отражения -25 дБ. Однако из приведенного в патенте-аналоге рисунка следует, что это пиковое значение, соответствующее резонансной частоте приблизительно 10,7 ГГц для данного образца. В исследованном диапазоне частот от 2 до 18 ГГц средний коэффициент отражения материала порядка -7 дБ. Среди разработчиков радиозащитных материалов общепринято, что радиопоглощающий материал должен иметь коэффициент отражения по мощности не более -13 дБ, то есть от поверхности материала должно отражаться не более 5% мощности потока падающего излучения в заданном диапазоне частот. Величина коэффициента отражения -7 дБ означает, что поверхность материала отражает 20% мощности падающего излучения. Приведенная в описании величина поглощения ЭМИ образцом -7 дБ при частоте 10 ГГц также соответствует участку резонанса.The closest analogue of the proposed technical solution, adopted as a prototype, is Portland cement-based radioprotective concrete, in which pumice particles are used as a coarse aggregate, sand is used as a fine aggregate, carbon black is a radio-absorbing filler (CN 102627436 A, 08.08.2012). The concentration of carbon black is 1-2 wt. % Pumice concrete has a minimum reflection coefficient of -25 dB. However, it follows from the figure in the patent analogue that this is a peak value corresponding to a resonant frequency of approximately 10.7 GHz for a given sample. In the studied frequency range from 2 to 18 GHz, the average reflection coefficient of the material is about -7 dB. Among the developers of radioprotective materials, it is generally accepted that the radar absorbing material should have a power reflection coefficient of not more than -13 dB, that is, not more than 5% of the incident radiation flux power in a given frequency range should be reflected from the material surface. A reflection coefficient of -7 dB means that the surface of the material reflects 20% of the incident radiation power. The magnitude of the absorption of EMR given in the description by the sample –7 dB at a frequency of 10 GHz also corresponds to the resonance region.
Кроме того, использование порошкообразного технического углерода приводит к проблемам, изложенным выше, - сложности равномерного распределения сухого ультрадисперсного наполнителя в объеме смеси и ухудшению условий труда.In addition, the use of powdered carbon black leads to the problems described above - the complexity of the uniform distribution of dry ultrafine filler in the volume of the mixture and the deterioration of working conditions.
Частицы порошка распределяются в матрице связующего в основном в виде агрегатов различного размера, при этом размер агрегатов может достигать десятков и сотен микрон (десятков и сотен тысяч нанометров). Это приводит к неоднородности материала и сказывается на нелинейности (осцилляции) характеристики коэффициентов отражения и поглощения в зависимости от частоты электромагнитного поля, что хорошо демонстрирует график зависимости коэффициента отражения пемзобетона, приведенный в описании прототипа.Powder particles are distributed in the matrix of the binder mainly in the form of aggregates of various sizes, while the size of the aggregates can reach tens and hundreds of microns (tens and hundreds of thousands of nanometers). This leads to heterogeneity of the material and affects the nonlinearity (oscillations) of the characteristics of the reflection and absorption coefficients depending on the frequency of the electromagnetic field, which is well demonstrated by the graph of the reflection coefficient of pumice concrete given in the description of the prototype.
Задачей изобретения является получение строительного материала на основе цементно-песчаного связующего с пористым заполнителем и углеродсодержащим радиопоглощающим наполнителем, предназначенного для экранирования и поглощения электромагнитного излучения, пригодного для строительства и отделки помещений, обеспечивающих коллективную защиту от ЭМП.The objective of the invention is to obtain a building material based on a cement-sand binder with a porous aggregate and a carbon-containing radar absorbing filler, designed for shielding and absorbing electromagnetic radiation, suitable for the construction and decoration of premises, providing collective protection against electromagnetic fields.
Технический результат заключается в получении недорогого радиозащитного конструкционного материала, обладающего высокими радиозащитными свойствами в широком диапазоне частот ЭМИ.The technical result consists in obtaining an inexpensive radioprotective structural material having high radioprotective properties in a wide frequency range of electromagnetic radiation.
Технический результат достигается тем, что в радиозащитном строительном бетоне, полученном из смеси, состоящей из портландцемента, песка, воды затворения, пористого заполнителя и углеродсодержащего радиопоглощающего наполнителя, в дальнейшем по тексту называемого УРН, в отличие от известных технических решений пористый заполнитель представляет собой пеностеклянные гранулы размером до 5 мм, а УРН применяется в виде структурированного геля электропроводного технического углерода, содержащего 63-51 мас. % 5-10%-ного водного раствора поливинилового спирта, 4-7 мас. % лигносульфоната натрия, 9-12 мас. % водного 25%-ного раствора аммиака и 24-30 мас. % электропроводного технического углерода. Исходные компоненты бетона берутся в следующем объемном соотношении: портландцемент : песок : вода затворения : пористый заполнитель : УРН 1:(0-0,3):(0,4-0,6):(1,5-2,3):(0,1-0,4) соответственно.The technical result is achieved in that in radioprotective building concrete obtained from a mixture consisting of Portland cement, sand, mixing water, a porous aggregate and a carbon-containing radar absorbing filler, hereinafter referred to as URN, in contrast to the known technical solutions, the porous aggregate is foam-glass granules up to 5 mm in size, and URN is used in the form of a structured gel of electrically conductive carbon black containing 63-51 wt. % 5-10% aqueous solution of polyvinyl alcohol, 4-7 wt. % sodium lignosulfonate, 9-12 wt. % aqueous 25% solution of ammonia and 24-30 wt. % conductive carbon black. The initial components of concrete are taken in the following volume ratio: Portland cement: sand: mixing water: porous aggregate: URN 1: (0-0.3) :( 0.4-0.6) :( 1.5-2.3): (0.1-0.4), respectively.
Для получения радиозащитного строительного бетона готовят раствор из смеси портландцемента, песка, воды затворения, пористого заполнителя и углеродсодержащего радиопоглощающего наполнителя с последующим его отверждением. При этом указанный углеродсодержащий радиопоглощающий наполнитель готовят предварительно следующим образом: в водном растворе аммиака растворяют порошкообразный лигносульфонат натрия, далее этот раствор смешивают с водным раствором поливинилового спирта и в полученном растворителе диспергируют гранулированный электропроводный технический углерод, подавая его порциями при скорости вращения перемешивающего устройства 1400-2000 об/мин, после чего указанный углеродсодержащий радиопоглощающий наполнитель вводят в воду затворения цементно-песчаной смеси.To obtain radioprotective building concrete, a solution is prepared from a mixture of Portland cement, sand, mixing water, a porous aggregate and a carbon-containing radar absorbing filler, followed by curing. At the same time, the specified carbon-containing radar absorbing filler is preliminarily prepared as follows: powdered sodium lignosulfonate is dissolved in an aqueous ammonia solution, then this solution is mixed with an aqueous solution of polyvinyl alcohol and granular conductive carbon black is dispersed in the resulting solvent, feeding it in portions at a rotation speed of the mixing device 1400-2000 rpm, after which the specified carbon-containing radar absorbing filler is introduced into the mixing water of cement tno-sand mixture.
УРН распадается в воде, применяемой для затворения цементно-песчаной смеси, на мелкие агрегаты размером 60-100 нм и удельной геометрической поверхностью 160-200 м2/г. Агрегаты представляют собой сростки из 3-5 глобул технического углерода с модифицированной поверхностью, имеющей одноименный электрический заряд, что препятствует агломерации агрегатов. Наноразмерные агрегаты распределяются в матрице связки по границам зерен мелкого заполнителя, создавая электропроводный каркас, и проникают в микропоры крупного заполнителя, создавая в материале единую квантовую систему с широким набором энергетических уровней, что расширяет частотный диапазон применения материала как поглотителя ЭМИ.URN decomposes in water used for mixing cement-sand mixture into small aggregates 60-100 nm in size and a specific geometric surface of 160-200 m 2 / g. Aggregates are intergrowths of 3-5 globules of carbon black with a modified surface having the same electric charge, which prevents agglomeration of aggregates. Nanoscale aggregates are distributed in the matrix of the bundle along the grain boundaries of the fine aggregate, creating an electrically conductive framework, and penetrate into the micropores of a large aggregate, creating a single quantum system in the material with a wide range of energy levels, which extends the frequency range of the material as an EMP absorber.
Для приготовления радиопоглощающего наполнителя УРН используется гранулированный (не пылящий) электропроводный технический углерод, выпускаемый промышленностью, например, марок СН85, С140 производства ООО «Омсктехуглерод». Он диспергируется в растворителе, все компоненты которого производятся промышленностью по соответствующим техническим условиям или ГОСТам. Это дает возможность реализации изобретения в промышленных масштабах.For the preparation of the radar absorbing filler URN, granular (non-dusting) electrically conductive carbon black produced by industry, for example, grades CH85, C140 manufactured by Omsktekhuglerod LLC, is used. It is dispersible in a solvent, all components of which are produced by industry according to the relevant specifications or GOSTs. This makes it possible to implement the invention on an industrial scale.
Концентрации компонентов определены опытным путем. Оптимальные концентрации компонентов растворителя соответствуют средним значениям диапазонов и обеспечивают максимальную концентрацию технического углерода в радиопоглощающем наполнителе.Component concentrations are determined empirically. Optimum concentrations of solvent components correspond to the average values of the ranges and provide the maximum concentration of carbon black in the radar absorbent.
Диспергирование технического углерода в указанном растворителе производится в смесителе, скорость вращения перемешивающего устройства 1400-2000 об/мин. Гранулированный технический углерод подается порциями. Устойчивый гель образуется в диапазоне массовой концентрации технического углерода в растворителе 24-30%.Dispersion of carbon black in the specified solvent is carried out in the mixer, the rotation speed of the mixing device is 1400-2000 rpm. Granular carbon black is served in batches. A stable gel is formed in the range of mass concentration of carbon black in a solvent of 24-30%.
УРН готовится предварительно и имеет длительный срок хранения в герметичной таре.The URN is prepared in advance and has a long shelf life in an airtight container.
При изготовлении радиозащитного строительного бетона по данному изобретению приготавливают раствор из смеси портландцемента, песка, воды затворения, пористого заполнителя и УРН с последующим его отверждением в формах для получения бетонных блоков, опалубке при изготовлении монолитных бетонных конструкций или на поверхностях - стяжка пола, штукатурка стен, потолков. УРН вводится в воду затворения цементно-песчаной смеси, где он распадается на наноразмерные частицы, которые распределяются в коллоидных прослойках межзеренных границ ЦПС и проникают в поры заполнителя. При этом образуется однородная структура при стандартной технологии изготовления бетона, отпадает необходимость предварительного изготовления радиозащитного пористого заполнителя или предварительной обработки пористого заполнителя для придания ему радиозащитных свойств, что значительно удешевляет радиозащитный материал. Кроме того, устраняются экологические проблемы, связанные с применением ультрадисперсных углеродных порошков в технологическом процессе.In the manufacture of radioprotective building concrete according to this invention, a solution is prepared from a mixture of Portland cement, sand, mixing water, porous aggregate and URN with its subsequent curing in forms for concrete blocks, formwork in the manufacture of monolithic concrete structures or on surfaces - floor screed, wall plaster, the ceilings. URN is introduced into the mixing water of the cement-sand mixture, where it disintegrates into nanosized particles, which are distributed in the colloidal layers of the intergrain boundaries of the CPS and penetrate into the pores of the aggregate. In this case, a homogeneous structure is formed with standard concrete manufacturing technology, there is no need to pre-manufacture the radioprotective porous aggregate or pre-treat the porous aggregate to give it radioprotective properties, which significantly reduces the cost of radioprotective material. In addition, environmental problems associated with the use of ultrafine carbon powders in the process are eliminated.
Примеры изготовления радиозащитного строительного бетона по данному изобретению приводятся ниже. Во всех примерах в качестве пористого заполнителя используются калиброванное гранулированное пеностекло (КГПС) марки «Неопорм» фракций до 5 мм производства ЗАО «Компания «СТЭС-Владимир», не имеющее специального покрытия или радиозащитных компонентов в составе, являющееся радиопрозрачным материалом.Examples of the manufacture of radiation protective building concrete according to this invention are given below. In all examples, calibrated granular foam glass (KGPS) of the Neoporm brand of fractions up to 5 mm manufactured by STES-Vladimir Company CJSC, which does not have a special coating or radioprotective components in its composition, is a translucent material.
Применение массовых процентов компонентов для характеристики композита, включающего пористый заполнитель, обладающий большим объемом при низкой массе, некорректно. При одном и том же массовом содержании пористого заполнителя, в зависимости от его фракционного состава и пористости (геометрических факторов), будут получаться совершенно различные характеристики конечного материала. Поэтому в нашем случае целесообразно использовать объемные соотношения компонентов.The use of mass percent of components to characterize a composite comprising a porous aggregate having a large volume at a low mass is incorrect. With the same mass content of the porous aggregate, depending on its fractional composition and porosity (geometric factors), completely different characteristics of the final material will be obtained. Therefore, in our case, it is advisable to use the volume ratio of the components.
Пример №1. Контрольный образецExample No. 1. Control sample
В емкость с мешалкой загрузили 2 л портландцемента и 0,6 л строительного песка средней фракции, добавили 1,3 л воды затворения и перемешали до получения однородного раствора, после чего в раствор засыпали 4,6 л КГПС фракции 2,5-5,0 мм и снова перемешали до получения однородной массы. Приготовленный раствор выгрузили в формы, произвели уплотнение раствора в формах на вибростоле. Через 48 часов выгрузили образцы из форм, далее в течение 5 суток происходила сушка в естественных условиях, после чего производились испытания образцов бетона.2 l of Portland cement and 0.6 l of sand of medium fraction were loaded into a container with a stirrer, 1.3 l of mixing sand was added and mixed until a homogeneous solution was obtained, after which 4.6 l of CGPS of a fraction of 2.5-5.0 were poured into the solution mm and again mixed until a homogeneous mass. The prepared solution was unloaded into molds, the solution was compacted in molds on a vibrating table. After 48 hours, samples were unloaded from the molds, then drying was performed under natural conditions for 5 days, after which concrete samples were tested.
Пример №2Example No. 2
В емкость с мешалкой загрузили 2 л портландцемента и 0,6 л строительного песка средней фракции. Затем в 1,2 л воды затворения развели 0,2 л УРН, полученного описанным выше способом, содержащего 63 мас. % 5%-ного водного раствора поливинилового спирта, 4 мас. % лигносульфоната натрия, 9 мас. % водного 25%-ного раствора аммиака и 24 мас. % электропроводного технического углерода, залили в емкость с мешалкой и перемешали до получения однородного раствора, после чего в раствор засыпали 4,6 л КГПС фракции 2,5-5,0 мм и снова перемешали до получения однородной массы. Дальнейшие действия - аналогично примеру №1.2 l of Portland cement and 0.6 l of building sand of medium fraction were loaded into a container with a mixer. Then in 1.2 l of mixing water, diluted 0.2 l of URN obtained as described above, containing 63 wt. % 5% aqueous solution of polyvinyl alcohol, 4 wt. % sodium lignosulfonate, 9 wt. % aqueous 25% solution of ammonia and 24 wt. % of electrically conductive carbon black, poured into a container with a stirrer and mixed until a homogeneous solution is obtained, after which 4.6 l of CGPS of a fraction of 2.5-5.0 mm are poured into the solution and mixed again until a homogeneous mass is obtained. Further actions - similar to example No. 1.
Пример №3Example No. 3
Аналогично примеру №2, только в 0,8 л воды затворения развели 0,8 л УРН, содержащего 51 мас. % 10%-ного водного раствора поливинилового спирта, 7 мас. % лигносульфоната натрия, 12 мас. % водного 25%-ного раствора аммиака и 30 мас. % электропроводного технического углерода, и КГПС были взяты в количестве 4 л.Analogously to example No. 2, only 0.8 l of mixing water was diluted 0.8 l of URN containing 51 wt. % 10% aqueous solution of polyvinyl alcohol, 7 wt. % sodium lignosulfonate, 12 wt. % aqueous 25% solution of ammonia and 30 wt. % of conductive carbon black, and CGPS were taken in the amount of 4 liters.
Пример №4Example No. 4
Аналогично примеру №3, только в 1 л воды затворения развели 0,5 л УРН, содержащего 57 мас. % 5%-ного водного раствора поливинилового спирта, 6 мас. % лигносульфоната натрия, 10 мас. % водного 25%-ного раствора аммиака, 27 мас. % электропроводного технического углерода.Analogously to example No. 3, only 1 l of mixing water was diluted with 0.5 l of URN containing 57 wt. % 5% aqueous solution of polyvinyl alcohol, 6 wt. % sodium lignosulfonate, 10 wt. % aqueous 25% solution of ammonia, 27 wt. % conductive carbon black.
Пример №5Example No. 5
Аналогично примеру №4, только строительный песок не использовался и взяты КГПС более мелкой фракции - 1,0-1,5 мм в количестве 3 л.Analogously to example No. 4, only construction sand was not used and a finer fraction CGPS was taken - 1.0-1.5 mm in an amount of 3 l.
Результаты испытаний образцов приведены в таблице. Номер образца соответствует номеру примера.The test results of the samples are shown in the table. The sample number corresponds to the example number.
Измерение коэффициентов отражения и ослабления ЭМП производилось при помощи измерителя КСВН панорамного Р2-113 на частоте 4 ГГц, образец бетона размером 50×48×24 мм размещался в волноводной ячейке, 50 мм - размер образца вдоль волновода (толщина).The reflection and attenuation coefficients of the EMF were measured using a panoramic P2-113 VSWR meter at a frequency of 4 GHz, a 50 × 48 × 24 mm concrete sample was placed in a waveguide cell, and 50 mm was the sample size along the waveguide (thickness).
Определение предела прочности при сжатии производилось стандартным методом на кубиках бетона с ребром 100 мм.Determination of the compressive strength was carried out by the standard method on concrete cubes with an edge of 100 mm.
Анализ результатов показывает, что оптимальный вариант реализации изобретения приведен в примере №4. Полученный бетон имеет высокое удельное поглощение ЭМП и низкий коэффициент отражения при сохранении прочностных характеристик, то есть является эффективным радиопоглощающим строительным материалом, превосходящим по радиофизическим характеристикам прототип и аналоги. Слой такого бетона толщиной 5 см будет уменьшать ЭМП СВЧ-диапазона в защищаемом пространстве в 1700 раз, слой штукатурки толщиной 2,5 см - в 40 раз. Увеличение концентрации УРН в бетоне и уменьшение фракционного размера КГПС приводит, наряду с увеличением удельного поглощения ЭМП, к резкому увеличению коэффициента отражения ЭМП. Применение такого бетона (образцы 3 и 5) оправдано при создании отдельных конструкций, экранирующих внешнее ЭМП. Бетон по примеру №2 с низкой концентрацией УРН обладает невысокой радиопоглощающей способностью и будет эффективен как радиозащитный материал только при толщине слоя 5-10 см, снижая уровень мощности ЭМП в 10-100 раз соответственно.An analysis of the results shows that the optimal embodiment of the invention is shown in example No. 4. The resulting concrete has a high specific absorption of EMF and a low reflection coefficient while maintaining strength characteristics, that is, it is an effective radar absorbing building material that exceeds prototype and analogues in radiophysical characteristics. A layer of such concrete with a thickness of 5 cm will reduce the EMF of the microwave range in the protected space by 1700 times, a layer of plaster 2.5 cm thick by 40 times. An increase in the concentration of URN in concrete and a decrease in the fractional size of CGPS leads, along with an increase in the specific absorption of EMF, to a sharp increase in the reflection coefficient of EMF. The use of such concrete (samples 3 and 5) is justified when creating separate structures that shield the external EMF. Concrete according to example No. 2 with a low concentration of URNs has a low radar absorption capacity and will be effective as a radioprotective material only with a layer thickness of 5-10 cm, reducing the power level of the EMF by 10-100 times, respectively.
Для образцов примера №4 был определен спектр поглощения ЭМИ в диапазоне частот от 30 МГц до 37,5 ГГц. Измерения в диапазоне от 30 МГц до 2 ГГц производились при помощи коаксиального расширителя, а в диапазоне от 2,6 ГГц до 37,5 ГГц при помощи набора рупорных антенн (11 фиксированных частот), согласованных с соответствующими волноводными трактами. Результаты представлены на фиг. 1. График зависимости удельного поглощения ЭМИ от частоты имеет вид монотонно возрастающей кривой, что свидетельствует о широкополосном характере поглощения ЭМП. С увеличением частоты коэффициент поглощения увеличивается.For samples of example No. 4, the EMP absorption spectrum was determined in the frequency range from 30 MHz to 37.5 GHz. Measurements in the range from 30 MHz to 2 GHz were performed using a coaxial extender, and in the range from 2.6 GHz to 37.5 GHz using a set of horn antennas (11 fixed frequencies), matched with the corresponding waveguide paths. The results are presented in FIG. 1. The graph of the dependence of the specific absorption of EMR on the frequency has the form of a monotonically increasing curve, which indicates the broadband absorption of EMF. With increasing frequency, the absorption coefficient increases.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013147015/03A RU2545585C1 (en) | 2013-10-22 | 2013-10-22 | Radiation-proof structural concrete and method for production thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013147015/03A RU2545585C1 (en) | 2013-10-22 | 2013-10-22 | Radiation-proof structural concrete and method for production thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2545585C1 true RU2545585C1 (en) | 2015-04-10 |
| RU2013147015A RU2013147015A (en) | 2015-04-27 |
Family
ID=53283035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013147015/03A RU2545585C1 (en) | 2013-10-22 | 2013-10-22 | Radiation-proof structural concrete and method for production thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2545585C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2655187C1 (en) * | 2017-04-12 | 2018-05-25 | Открытое акционерное общество "Завод Магнетон" | Radar-absorbent composite material for construction applications and method for production thereof |
| RU2788492C2 (en) * | 2021-06-30 | 2023-01-20 | Григорий Иванович Яковлев | Composition with reduced impedance and method for its preparation |
| CN115894073A (en) * | 2022-09-26 | 2023-04-04 | 琼海鑫海混凝土有限公司 | Light foamed concrete and preparation method thereof |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2211834A (en) * | 1987-11-04 | 1989-07-12 | James Edward Brannan | Radiation shielding concrete composition |
| UA17335U (en) * | 2006-04-07 | 2006-09-15 | Univ Nat Agrarian | Agglutinating serum for detecting pasteurellosis pasterella multocida |
| WO2008016053A1 (en) * | 2006-08-02 | 2008-02-07 | Hazama Corporation | Concrete for neutron shielding |
| RU2345968C2 (en) * | 2007-01-24 | 2009-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" | Composition for making construction material |
| RU2353990C1 (en) * | 2007-08-20 | 2009-04-27 | Вячеслав Иванович Павленко | Method of preparing inorganic material for radiation protection |
-
2013
- 2013-10-22 RU RU2013147015/03A patent/RU2545585C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2211834A (en) * | 1987-11-04 | 1989-07-12 | James Edward Brannan | Radiation shielding concrete composition |
| UA17335U (en) * | 2006-04-07 | 2006-09-15 | Univ Nat Agrarian | Agglutinating serum for detecting pasteurellosis pasterella multocida |
| WO2008016053A1 (en) * | 2006-08-02 | 2008-02-07 | Hazama Corporation | Concrete for neutron shielding |
| RU2345968C2 (en) * | 2007-01-24 | 2009-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" | Composition for making construction material |
| RU2353990C1 (en) * | 2007-08-20 | 2009-04-27 | Вячеслав Иванович Павленко | Method of preparing inorganic material for radiation protection |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2655187C1 (en) * | 2017-04-12 | 2018-05-25 | Открытое акционерное общество "Завод Магнетон" | Radar-absorbent composite material for construction applications and method for production thereof |
| RU2788492C2 (en) * | 2021-06-30 | 2023-01-20 | Григорий Иванович Яковлев | Composition with reduced impedance and method for its preparation |
| CN115894073A (en) * | 2022-09-26 | 2023-04-04 | 琼海鑫海混凝土有限公司 | Light foamed concrete and preparation method thereof |
| CN115894073B (en) * | 2022-09-26 | 2023-09-22 | 琼海鑫海混凝土有限公司 | Lightweight foamed concrete and preparation method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013147015A (en) | 2015-04-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mazzoli et al. | Effect of graphene oxide and metallic fibers on the electromagnetic shielding effect of engineered cementitious composites | |
| Jung et al. | Carbon nanotubes (CNTs) in ultra-high performance concrete (UHPC): Dispersion, mechanical properties, and electromagnetic interference (EMI) shielding effectiveness (SE) | |
| Shen et al. | Electromagnetic wave absorption of multifunctional cementitious composites incorporating polyvinyl alcohol (PVA) fibers and fly ash: Effects of microstructure and hydration | |
| Dai et al. | Electromagnetic wave absorbing characteristics of carbon black cement-based composites | |
| Xie et al. | Electromagnetic wave absorption enhancement of carbon black/gypsum based composites filled with expanded perlite | |
| Guan et al. | Cement based electromagnetic shielding and absorbing building materials | |
| Wang et al. | Electromagnetic wave absorbing properties of multi-walled carbon nanotube/cement composites | |
| Xie et al. | Electromagnetic wave absorption properties of helical carbon fibers and expanded glass beads filled cement-based composites | |
| JP5583718B2 (en) | Radio wave absorber | |
| CN101591523B (en) | Gradient electromagnetic wave-absorbing material and preparation method thereof | |
| Wang et al. | Freezing–thawing effects on electromagnetic wave reflectivity of carbon fiber cement based composites | |
| Ren et al. | Design and preparation of double-layer structured cement-based composite with inspiring microwave absorbing property | |
| CN106278001A (en) | A kind of electromagnetic wave absorption concrete and preparation method thereof | |
| WO2018111209A1 (en) | Calcium silicate-based construction material absorbing electromagnetic waves | |
| Si et al. | Synergistic effects of carbon black and steel fibers on electromagnetic wave shielding and mechanical properties of graphite/cement composites | |
| Xie et al. | Layered gypsum-based composites with grid structures for S-band electromagnetic wave absorption | |
| Xie et al. | Three-dimensional periodic structured absorber for broadband electromagnetic radiation absorption | |
| Bian et al. | Investigation on the electromagnetic wave absorption properties of foamed cement-based materials | |
| RU2545585C1 (en) | Radiation-proof structural concrete and method for production thereof | |
| Li et al. | Microwave absorbing properties of cement-based composite with wedge-shaped surface in different polarization directions | |
| CN108314380A (en) | A kind of graphene oxide-ferroso-ferric oxide magnetic liquid-cement-base composite material and preparation method thereof | |
| Ma et al. | Research and simulation of three-layered lightweight cement-based electromagnetic wave absorbing composite containing expanded polystyrene and carbon black | |
| CN114853400A (en) | Carbon black-carbon fiber composite wave-absorbing foam concrete and preparation method thereof | |
| Bai et al. | Foamed concrete composites: Mn–Zn ferrite/carbon fiber synergy enhances electromagnetic wave absorption performance | |
| CN106747631A (en) | One kind inhales ripple porous ground polymers and its preparation method and application |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161023 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20180806 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191023 |