Способ приготовления неорганического материала для радиационной защиты

 

Сущность изобретения: способ приготовления неорганического материала для радиационной защиты включает загрузку связующего и наполнителя в смеситель и перемешивание компонентов. В качестве связующего используют портландцемент, а в качестве наполнителя - тонкодисперсный железосодержащий гематитовый концентрат с размером частиц 40-50 мкм. Затем в полученную смесь вводят пластификатор и воду, осуществляют перемешивание до однородного состояния и производят укладку в формы для твердения, при этом в качестве армирующей основы используют стальные фибры с соотношением длины к диаметру, равным 20-30. Преимуществами изобретение являются улучшение физико-механических характеристик материала, повышение радиационной защиты и стойкости материала, а также долговечность его использования. 3 табл.

Изобретение относится к области биологической защиты от ионизирующего излучения, а именно к способам приготовления композиционных материалов, используемых в атомной, радиохимической промышленности и военно-морском флоте.

Известен способ приготовления тяжелого бетона, заключающийся в смешении цемента, обычного песка, гематита и воды (см. Бродер Д.Л. и др. Бетон в защите ядерных установок. М., АТОМИЗДАТ, 1973, с. 21).

Недостатком известного способа является то, что при использовании указанных заполнителей при изготовлении бетона в нем не сохраняется одна и та же плотность. Кроме того, материал не обладает оптимальным зерновым составом, от которого зависят удобоукладываемость и защитные свойства материала.

Наиболее близким, принятым за прототип, является способ приготовления композиции для защиты от радиации, изложенный в патенте RU 2105363, опубл. 20.02.1998, кл. G 21 F 1/02. В известном способе в барабан лопастной мешалки последовательно загружают расчетное количество жидкого стекла, добавок, молотых отходов оптического стекла и феррохромового шлака. Общее время перемешивания составляет 10-15 мин.

Недостатком известного способа является то, что получаемый продукт не обладает высокими защитными характеристиками, а также не обладает высокой радиационной стойкостью и не может быть использован для долгосрочной защиты.

Техническим результатом заявленного изобретение является улучшение физико-механических характеристик материала, повышение радиационной защиты и стойкости материала, а также долговечность его использования.

Указанный технический результат достигается за счет того, что заявленный способ приготовления неорганического материала для радиационной защиты включает загрузку связующего и наполнителя в смеситель и перемешивание компонентов, при этом в качестве связующего используют портландцемент, а в качестве наполнителя - тонкодисперсный железосодержащий гематитовый концентрат с размером частиц 40-50 мкм. Затем вводят пластификатор и воду, осуществляют перемешивание смеси до однородного состояния и производят укладку в формы для твердения, при этом в качестве армирующей основы используют стальные фибры с соотношением длины к диаметру, равным 20-30, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Портландцемент - 20 - 24 Гематитовый концентрат - 56 - 60 Стальные фибры - 7,1 - 7,79 Пластификатор - 2,5 - 3,0 Вода - 9,71 - 9,9 Связующим компонентом неорганического материала является портландцемент марки 500- ПЦ 500-ДО (ГОСТ 10178-85).

В качестве железосодержащего сырья используют высокодисперсный гематитовый концентрат Яковлевского месторождения КМА с насыпной плотностью 2000 кг/м³ фракции 40-50 мкм, имеющий следующий химический состав (см. табл. 1).

Использование данного железосодержащего концентрата в качестве наполнителя при производстве неорганического материала для радиационной защиты обусловлено высоким содержанием железа. Кроме того, невысокое содержание оксида железа (FeO) до 2% свидетельствует о высокой степени окисления кварцитов (Fе₂О₃) до 96%, что относит их к самому высокому классу химической и радиационной стойкости материалов.

Использование стальных фибр с соотношением длины к диаметру, равным 20-30, позволяет сделать в неорганическом материале армирующий каркас, благодаря чему значительно повышаются физико-механические и радиационно-защитные свойства материала, а также долговечность его использования. Этот компонент позволяет получить материал высокой плотности (3000-3300 кг/м³), обладающий высокими физико-механическими характеристиками и радиационной стойкостью (2 бала).

Пределы соотношения длины к диаметру стальных фибр, равные 20-30, определяются исходя из следующего: при меньшем соотношении, например, 10-15 армирование недостаточное, поскольку при физико-механических испытаниях происходит растрескивание материала и ухудшение радиационно-защитных свойств. При большем соотношении длины к диаметру (40-60) возникают трудности при перемешивании смеси, материал получается неоднородный и с теми же недостатками.

Количественное содержание компонентов в предлагаемом и известном материале приведены в табл. 2.

Пример: 1750 г железосодержащего гематитового концентрата дисперсностью 50 мкм тщательно перемешивают с 750 г портландцемента. Полученную смесь при перемешивании затворяют водой в объеме 380 мл, предварительно смешанную с пластификатором - 75 мл. Затем в бетонную смесь при постоянном перемешивании в бетономешалке циклического режима принудительного действия порциями вводят стальные фибры 240 г в течении 20 минут. Полученную смесь закладывают в форму 10 см х 10 см х 10 см и оставляют во влажной среде для естественного твердения в течение 24 суток. Готовый образец материала для радиационной защиты имеет следующие характеристики: объемную массу 3100 кг/см³, прочность на сжатие 825 кг/см², линейный коэффициент ослабления ионизирующего излучения (источник Со⁶⁰ с энергией Е=1173 кэВ) 0,12, линейный коэффициент ослабления ионизирующего излучения (источник Cs¹³⁷ с энергией Е=661 кэВ) 0,22, радиационной стойкостью 2 балла.

Для получения сравнительных данных параллельно проводились аналогичные эксперименты на других составах материала.

Результаты радиационно-защитных и физико-механических испытаний представлены в табл.3.

Измерение радиационно-защитных свойств материалов осуществлялось гамма-спектральным методом на базе многоканального анализатора с программным обеспечением "Прогресс" в аккредитованной в Госстандарте РФ лаборатории радиационного контроля "Спектр" (аттестат аккредитации 41143-96). Оценка физико-механических характеристик проводилась в государственном научном центре по сертификации строительных материалов и конструкций, аккредитованном в Госстандарте РФ "БелГТАСМ-сертификация".

Анализируя данные, приведенные в табл. 3, можно заключить, что предлагаемый неорганический материал является эффективным защитным экраном от радиоактивного воздействия и позволяет повысить радиационно-защитные и физико-механические характеристики на 60-70% по сравнению с известным материалом.

Формула изобретения

Способ приготовления неорганического материала для радиационной защиты, включающий загрузку связующего и наполнителя в смеситель и перемешивание компонентов, отличающийся тем, что в качестве связующего используют портландцемент, а в качестве наполнителя - тонкодисперсный железосодержащий гематитовый концентрат с размером частиц 40-50 мкм, вводят пластификатор и воду, осуществляют перемешивание смеси до однородного состояния и производят укладку в формы для твердения, при этом в качестве армирующей основы используют стальные фибры с соотношением длины к диаметру, равным 20-30, при следующем соотношении компонентов, мас. %: Портландцемент - 20-24 Гематитовый концентрат - 56-60
Стальные фибры - 7,1-7,79
Пластификатор - 2,5-3,0
Вода - 9,71-9,9

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3