Сухая строительная смесь
Изобретение относится к отделочным строительным материалам, предназначенным для защиты технических средств и человека в медицинских, производственных, научных, административных и жилых помещениях от воздействия ионизирующих излучений. Сухая строительная смесь содержит, мас.%: порошок магнезитовый каустический 10-15, баритовый концентрат 80-89, модифицирующая добавка 0,1-0,5, природный минерал шунгит III модификации остальное. Технический результат - создание материала, обеспечивающего эффективную защиту от гамма-излучения при одновременном снижении толщины слоя защитного материала и улучшении его строительных свойств. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы. 5 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к отделочным строительным материалам, предназначенным для защиты технических средств и человека в медицинских, производственных, научных, административных и жилых помещениях от воздействия ионизирующих излучений.
Известна сухая строительная смесь по патенту РФ на изобретение №№2233255 от 29.01.2003 г. (прототип), которая включает, мас.%:
| порошок магнезитовый каустический (MgO) | 15-40 |
| модифицирующая добавка | 0,5-10 |
| природный минерал шунгит III разновидности | остальное |
Смесь перемешивают с водным раствором бишофита (MgCl2) и используют для нанесения в виде штукатурки или напольного покрытия на внутренние или наружные поверхности экранируемого помещения. После окончания твердения смеси получаются прочные, монолитные поверхности строительных конструкций, обладающие токопроводящими свойствами, которые обеспечивают защиту от электромагнитных излучений, при этом эффективность экранирования в зависимости от толщины слоя материала составляет до десятков децибел.
Однако данная смесь не обеспечивает эффективной защиты от ионизирующих излучений.
Известно использование баритового заполнителя для защиты от гамма-излучений, например, в качестве составной части штукатурки для стен рентгеновских лабораторий. Один из таких составов описан в патенте РФ на изобретение №2029399. Используемая в строительстве для защиты от гамма-излучения строительная смесь представляет собой бетон, который содержит цемент в виде связующего и заполнители в виде песка, гравия, а также заполнители в виде барита, или раствор (цемент, барит и пластификатор). К недостаткам такой композиции следует отнести:
- усадочные трещины;
- невысокие прочностные характеристики;
- пылеобразование;
- слабую адгезию к основаниям (наносят на стену с применением металлической сетки);
- длительный и трудоемкий технологический процесс устройства штукатурки - послойное нанесение по 5-8 мм до нужной толщины с просушкой и грунтованием каждого слоя;
- выдержка во влажном состоянии штукатурки в течение 2-3 суток;
- шлифование после высыхания;
- нестабильность ослабляющих свойств при смешивании компонентов (цемент с баритом) непосредственно на стройплощадке.
Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности защиты от гамма-излучения при одновременном снижении толщины слоя защитного материала и улучшении его строительных свойств.
Сущность изобретения заключается в следующем. Сухая строительная смесь содержит порошок магнезитовый каустический (в качестве вяжущего), модифицирующую добавку и природный минерал шунгит III модификации. Смесь дополнительно содержит в качестве наполнителя баритовый концентрат при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| порошок магнезитовый каустический | 10-15 |
| баритовый концентрат | 80-89 |
| модифицирующая добавка | 0,1-0,5 |
| природный минерал шунгит III модификации | остальное |
Баритовый концентрат применяется в зависимости от задачи следующих модификаций: КБ-3 (90% BaSO4), КБ-5 (85% BaSO4) или КБ-6 (80% BaSO4). В некоторых конкретных условиях применения баритовый концентрат может быть дополнен другими видами наполнителя в количестве 0,5-5 мас.%, например строительным песком с фракциями 0,1-0,63 мм, мраморной или доломитовой мукой с размером частиц 0,1-0,315 мм.
Применяемый в предлагаемой смеси тонкомолотый природный минерал шунгит III модификации имеет размер частиц 20-40 мк. Шунгитовые породы III модификации характеризуются высокой механической прочностью на сжатие (800-2000 кг/см2), высокой плотностью (2,35-2,45 г/см3) и малой пористостью (не более 0,5%).
Благодаря наличию минеральных фаз различной природы полярности (полярной силикатной и неполярной углеродной фазы) шунгит III модификации хорошо совмещается со всеми неорганическими вяжущими (цемент, известь, жидкое стекло, гипс, ангидрит и др.).
Модифицирующие добавки служат для придания смеси различных потребительских свойств в зависимости от условий конкретного применения смеси. В качестве модифицирующих добавок в количестве 0,1-0,5%, предпочтительно 0,1-0,3% от массы смеси могут быть использованы:
- полимерный редиспергируемый порошок, например гомо и сополимеры винилацетата, этилена, виниллаурата, или винилверсалата;
- компонент, содержащий активный кремнезем микрокремнезем или кварцевую муку;
- стабилизирующая и водоудерживающая добавка, в качестве которой может быть использован водорастворимый модифицированный эфир целлюлозы метил гидроксиэтил;
- водопонижающая добавка, в качестве которой может быть использован суперпластификатор - соль сульфонированных нафталинформальдегидных или меламиноформальдегидных полимеров;
- антивспенивающая добавка, в качестве которой может быть использован пеногаситель - смесь жирных углеводородов и полигликолей на инертном носителе - аморфном кремнеземе.
Смесь может быть усилена порошком оксида железа в количестве 0-5 мас.%.
В качестве вяжущего компонента в предлагаемой смеси использован порошок магнезитовый каустический, который содержит массовую долю активного оксида магния от 0,75 до 0,95. Для этого используются порошки магнезитовые каустические по ГОСТ 1216-87.
Предлагаемый состав смеси обеспечивает эффективное ослабление ионизирующего излучения широкого ряда радионуклидов при меньшей толщине слоя, чем известные строительные материалы.
Технология изготовления сухой строительной смеси включает следующие операции: подготовка, дозирование и перемешивание в механическом смесителе порошка магнезитового каустического, концентрата баритового, песка, шунгита, оксида железа и модифицирующих добавок с последующей расфасовкой в бумажные мешки по 20-25 кг.
Готовые сухие смеси доставляются на объекты строительства в сухом виде и смешиваются в определенной пропорции непосредственно перед использованием с природным бишофитом - солевым раствором хлористого магния MgCl2 плотностью 1,1-1,25 кг/л.
Данный состав используется для изготовления защищающей от гамма-излучения штукатурки (стяжки пола) с прочностью на сжатие 15 (25) МПа соответственно, через 28 суток с начала затвердевания.
Таким образом, в предлагаемом изобретении решена задача создания высокотехнологичных специальных сухих строительных смесей, которые изготавливаются в заводских условиях, обладают стабильными защитными свойствами и оптимальными эксплуатационными характеристиками. К вышеназванным характеристикам относятся: высокая прочность, быстрый темп твердения, отсутствие пористости, безусадочность (трещиностойкость), высокая адгезия к различным строительным материалам, негорючесть, отсутствие вредных выделений в воздух помещений. Смесь заглаживается и выравнивается до окончания твердения и не требует дальнейшего шлифования.
В таблице 1 приведены результаты экспериментальной оценки защитных свойств предлагаемой смеси толщиной 10 мм, которую использовали в качестве слоя штукатурки (напольной стяжки пола) в диапазоне энергий от 1,25 до 0,06 МэВ.
| Таблица 1 | |
| Радионуклид | Кратность ослабления магнезиально-баритовым составом (толщина 10 мм) |
| Кобальт - 60 | 1,37 |
| Цезий - 137 | 1,09 |
| Натрий - 22 | 1,22 |
| Барий -133 | 1,80 |
| Кобальт - 57 | 5,00 |
| Америций - 241 | 10,00 |
Как показывает таблица 1, при толщине слоя в 10 мм предлагаемый состав обеспечивает ослабление излучений различных радионуклидов от 1,09 до 10 раз. С увеличением толщины слоя эффективность ослабления повышается. Расчетная оценка для толщины слоя магнезиально-баритового состава в 28 мм - от 1,27 до 63 раз соответственно.
В таблице 2 приведены данные расчетной оценки требуемой толщины защиты с использованием магнезиально-баритовой штукатурки в сравнении с известными данными по барито-бетонной штукатурке (на портландцементе).
| Таблица 2 | |||
| Свинцовый эквивалент | Магнезиально-баритовая штукатурка (на КБ-5) | Свинцовый эквивалент | Барито-бетонная штукатурка |
| 1,0-1,4 мм Pb | 15,4 мм | 1,0 мм Pb | 20-25 мм |
| 2,0-3,0 мм Pb | 19,7 мм | 2,0 мм Pb | 36-40 мм |
| 3,0-4.0 мм Pb | 24-28 мм | 3,0 мм Pb | 60-68 мм |
| 4,0-6,0 мм Pb | 34,6 мм | 4,0 мм Pb | 90 мм |
Из таблицы видно преимущество в снижении толщины слоя образцов штукатурки из предлагаемой строительной смеси перед барито-бетонным составом, что дает существенный выигрыш в стоимости, сроках проведения работ и весе строительной конструкции в целом.
Штукатурка из предлагаемой строительной смеси может использоваться для выравнивания кирпичных, бетонных, оштукатуренных стен для последующей окраски, облицовки кафелем и т.п., а также для ремонта стен уже эксплуатирующихся помещений. Наносится на стену без использования металлической сетки. Допускается многослойное нанесение покрытий без просушки и грунтования (мокрый по мокрому). Смесь твердеет в течение примерно 40 минут. Готовая штукатурка не требует ухода (увлажнения) в процессе твердения. Аналогичная напольная смесь может применяться в качестве несущей стяжки пола с защитными свойствами одновременно. Техническим результатом использования магнезиально-баритовой штукатурки (напольной стяжки) является возможность использования их для защиты от источников гамма и рентгеновского излучения, энергия которых равна или меньше 0,4 МэВ. При этом увеличение толщины облицовки в 3 раза повышает эффективность защиты на 1-2 порядка по энергетическому диапазону.
Предлагаемый строительный отделочный материал, ввиду надежности и простоты работы с ним, экологической безопасности, может полностью заменить барито-цементные составы и свинцовую защиту.
Проведенные испытания показали существенные преимущества предлагаемой смеси перед известными материалами для решения задачи защиты от гамма-излучений. Магнезиально-баритовая штукатурка, кроме того, имеет дополнительные преимущества:
- Не накапливает статическое электричество.
- Является безусадочным, высокопрочным материалом, стойка к образованию трещин.
- Устойчива против грызунов, плесени и грибка - микромицета.
- Обладает повышенной адгезией к любым минеральным основаниям.
- Устойчива к сползанию.
- Относится к категории непылящих и негорючих материалов.
- Может использоваться в неотапливаемых помещениях.
Технология получения предложенной сухой строительной смеси иллюстрируется следующими примерами, в которых в качестве модифицирующей добавки используют микрокремнезем.
Пример 1.
Составляют смесь, состоящую из следующих компонентов, мас.%
| порошок магнезитовый каустический | 10 |
| баритовый концентрат КБ-5 (85% BaSO4) | 89 |
| модифицирующая добавка | 0,2 |
| природный минерал шунгит III модификации | 0,8 |
Данный состав имеет наилучшие защитные свойства.
Пример 2.
Составляют смесь, состоящую из следующих компонентов, мас.%
| порошок магнезитовый каустический | 10 |
| баритовый концентрат КБ-3 (90% BaSO4) | 80 |
| песок | 5 |
| модифицирующая добавка | 0,5 |
| природный минерал шунгит III модификации | 4,5 |
Данный состав больше подходит для штукатурных работ и имеет повышенную устойчивость к сползанию.
Пример 3
Составляют смесь, состоящую из следующих компонентов, мас.%
| порошок магнезитовый каустический | 15 |
| баритовый концентрат КБ-6 (80% BaSO4) | 80 |
| модифицирующая добавка | 0,5 |
| природный минерал шунгит III модификации | 4,5 |
Данный состав имеет лучшую адгезию к различным основаниям.
Пример 4
Составляют смесь, состоящую из следующих компонентов, мас.%
| порошок магнезитовый каустический | 10 |
| баритовый концентрат | 80 |
| доломитовая мука | 1,6 |
| модифицирующая добавка | 0,1 |
| оксид железа | 5 |
| природный минерал шунгит III модификации | 3,3 |
Данная смесь эластичная при достаточной прочности.
После дозирования компоненты в сухом виде перемешивают в смесителе и расфасовывают по бумажным мешкам емкостью 20-25 кг. Готовую смесь уже на стройке смешивают с солевым раствором бишофита плотностью 1,2 кг/л.
Применение предложенного состава сухой смеси позволит обеспечить эффективную защиту человека и оборудования от гамма-излучений.
1. Сухая строительная смесь, содержащая порошок магнезитовый каустический, модифицирующую добавку и природный минерал шунгит III модификации, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит баритовый концентрат в качестве наполнителя при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| порошок магнезитовый каустический | 10-15 |
| баритовый концентрат | 80-89 |
| модифицирующая добавка | 0,1-0,5 |
| природный минерал шунгит III модификации | остальное |
2. Сухая строительная смесь по п.1, отличающаяся тем, что содержит баритовый концентрат КБ-3.
3. Сухая строительная смесь по п.1, отличающаяся тем, что содержит баритовый концентрат КБ-5.
4. Сухая строительная смесь по п.1, отличающаяся тем, что содержит баритовый концентрат КБ-6.
5. Сухая строительная смесь по п.1, отличающаяся тем, что наполнитель дополнен песком, мраморной или доломитовой мукой в количестве 0,5-5 мас.%.
6. Сухая строительная смесь по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит оксид железа в количестве 0-5 мас.%.
