Сверхтяжелый бетон на объектах атомной энергетики и в других областях промышленности

Рис. 1.  Зависимость коэффициента ослабления некоторых связующих 
от энергии g-излучения    Интенсивное развитие науки и техники привело к созданию двух наиболее распространенных и эффективных способов получения электроэнергии – путем сжигания природного органического топлива и использования энергии деления атомного ядра. Опасность неограниченного использования органического топлива хорошо известна – это парниковый эффект. Использование ядерных технологий также имеет ряд очень опасных для человека последствий. Это, в первую очередь, проблема утилизации радиоактивного изотопа углерода 14С, который неизбежно попадает в мировой углеродный цикл. Радиационный эффект от распада 14С многократно превзойдет по воздействию на окружающую среду эффект сильно радиоактивных изотопов, таких как изотопы стронция и цезия. Рис. 2. Зависимость площадей полных сечений ослабления ядер некоторых  материалов и элементов от энергии нейтронов
  Кроме того, наряду с экологическими проблемами существует чисто экономическая проблема – это экономическая эффективность использования того или иного способа получения электроэнергии. Экономическую эффективность принято оценивать по значению коэффициента энергоотдачи. Чем выше значение коэффициента энергоотдачи, тем более экономически целесообразно использование данного вида энергосистемы (или способа получения энергии). Расчеты, проведенные В.В. Алексеевым и Н.А. Рустамовым, показывают, что коэффициент энергоотдачи для ТЭС равен приблизительно 5, а для АЭС, оборудованных энергоблоками ВВЭР-1000 и РБМК-1000 – не превышает 4. Учет расходов на захоронение радиоактивных отходов, количество которых составляет 45026 м3/год (для ВВЭР-1000), приводит к снижению величины энергоотдачи с 4 до 2.
  В связи с этим, а также со значительным ухудшением радиационной обстановки, ликвидацией ядерного оружия и необходимостью надежной консервации ядерных отходов и отработанных атомных энергоблоков, создание высокоэффективных и относительно недорогостоящих радиационно-защитных материалов является важной научной задачей, имеющей большое практическое значение. Рис. 3. Зависимость энергии Гиббса процесса растворения от вида и 
концентрации модифицирующих добавок
  В Пензенской государственной архитектурно-строительной академии на протяжении ряда лет проводятся исследования по разработке материалов, предназначенных для защиты от ионизирующих излучений. Созданный в результате многолетних исследований структуры и свойств радиационно-защитных материалов сверхтяжелый бетон выгодно отличается от российских и зарубежных аналогов как технологическими особенностями приготовления, так и реологическими, физико-механическими и эксплуатационными свойствами.
  Для изготовления сверхтяжелого бетона можно использовать стандартное оборудование, предназначенное для приготовления асфальтобетона.
  Благодаря высокой подвижности бетонных смесей из этого бетона можно изготовлять различные штучные изделия, строительные конструкции любой конфигурации и контейнеры для транспортировки радиоактивных материалов.
  Отсутствие пористо-капиллярной структуры позволяет использовать сверхтяжелый бетон для футеровки ограждающих конструкций подземных и наземных бункеров, могильников и хранилищ радиоактивных жидких и газообразных отходов. Кроме того, низкая пористость гарантирует высокие значения марок по морозостойкости, водо- и газонепроницаемости.
  Используемое для получения разработанного материала модифицированное термопластичное связующее (ТС) обеспечивает высокие радиационно-защитные свойства (рис. 1 и 2) и радиационную стойкость бетона, а также быстрое схватывание и твердение бетонной смеси.
  Последовательная оптимизация структуры сверхтяжелого бетона была проведена на трех масштабных уровнях: субмикроструктуры (термопластичного вяжущего), микро- и макроструктур (мастики и бетона соответственно). Рис. 4. Влияние удельной поверхности наполнителя на внутренние напряжения
  Оптимизация структуры и свойств термопластичного вяжущего была проведена путем введения модифицирующих добавок. Как показали проведенные исследования, при введении добавок между расплавом термопласта и модификатором протекают сложные физико-химические процессы. При этом наблюдается образование раствора модификатора в расплаве термопласта, сопровождающееся уменьшением свободной энергии Гиббса. Был разработан алгоритм расчета изменения изобарно-изотермического потенциала процесса растворения в зависимости от вида и концентрации модификатора, состава смеси модификаторов, а также от температуры расплава (рис.3).   Сопоставление расчетных и экспериментальных данных показывает, что метод расчета может быть использован для оперативного определения состава и количественного содержания отдельных компонентов комплексного модификатора. Добавки оказывают значительное влияние на механические и эксплуатационные свойства связующего. Анализ экспериментальных данных показывает, что прочность связующего имеет экстремальную зависимость от концентрации модификатора. Разработан метод определения оптимальной концентрации модифицирующей добавки для получения высокопрочного термопластичного связующего. Метод основан на определении длины термостабильного сегмента полимера. Расход добавки предлагается определять по формуле:
Рис. 5.  Зависимость показателя дефектности от объемной степени наполнения   Рд = аЧМд/(1000Чk),
  где Рд – расход добавки, отнесенный к массе связующего (%); Мд – молекулярная масса добавки; a – числовой коэффициент, равный 7,28...14,55; k – коэффициент, учитывающий вид добавки.
  Экспериментальная проверка показала, что предлагаемый метод с достаточной точностью позволяет определить концентрацию добавки, необходимой для получения высокопрочного связующего (табл.1).
Рис. 6. Зависимость пористости и средней плотности мастик от степени наполнения   Оптимизация структуры и свойств мастики была проведена на основании анализа экспериментальных данных, полученных в результате проведения исследований структуры мастики методом рентгенофазового анализа, исследований по определению влияния вида и концентрации модификатора на смачиваемость поверхности наполнителя расплавом термопласта, реологических исследований, а также влияния основных рецептурных факторов на внутренние напряжения, пористость и прочность мастики. Для определения внутренних напряжений был разработан программный комплекс, позволяющий оценить влияние различных рецептурных и технологических факторов на величину и кинетику изменения внутренних напряжений в мастике. С целью приближения расчета к реальному материалу была принята модель структурной ячейки, которая представляет собой сферическое зерно включения, окруженное слоем вяжущего материала постоянной толщины.
Табл. 1. Концентрации некоторых модифицирующих добавок   Анализ расчетных и экспериментальных данных (рис. 4 и 5) показывает, что предлагаемый метод может быть использован для определения внутренних напряжений и когда количественные сопоставления расчетных значений хорошо согласуются с экспериментальными данными.
  Исследование влияния различных факторов на пористость мастик проводили с помощью разработанного расчетно-экспериментального метода. Созданная теоретическая модель процесса порообразования позволила разработать метод прогнозирования пористости мастик. Экспериментальная проверка показала, что относительная погрешность этого метода составляет не более 3% (рис. 6).


Табл. 2. Прочность мастики, полученная расчетным путем и экспериментально

  Основываясь на концентрационной зависимости прочности композиционных материалов, а также на экспериментальных данных, разработан метод прогнозирования прочности мастик, который позволяет учитывать влияние адгезионного взаимодействия на границе раздела фаз «связующее – наполнитель». Сопоставление расчетных и экспериментальных данных показывает, что предлагаемый метод имеет относительную погрешность не более 10% (табл. 2). Табл. 3. Основные физико-механические показатели
сверхтяжелого бетона
  Радиационно-защитные материалы относятся к группе функциональных композиционных материалов, для которых определяющим показателем эффективности является средняя плотность. Был разработан метод проектирования состава сверхтяжелого бетона с заданной средней плотностью. Изучены химическая стойкость, морозостойкость, прочность сцепления с бетонной поверхностью, радиационно-защитные свойства, радиационная стойкость и сохранность стальной арматуры в сверхтяжелом бетоне. Проведенные исследования позволили разработать рецептуру радиационно-защитных бетонов, характеризующихся следующими основными свойствами (табл. 3)
  Кроме того, сверхтяжелый бетон характеризуется быстрым набором прочности, простотой технологии изготовления и укладки, что позволяет рекомендовать разработанный материал для изготовления штучных изделий (радиационно-защитные блоки, кирпичи, плитки и др.), строительных конструкций сложной конфигурации (ограждающих конструкций бункеров, хранилищ и могильников жидких и газообразных радиоактивных отходов) и контейнеров для хранения и транспортировки радиоактивных материалов. Изделия из сверхтяжелого бетона могут найти широкое применение на объектах атомной энергетики и в других областях промышленности.
  

А.П. ПРОШИН, чл.- корр. РААСН, д-р техн. наук, проф.;
Е.В. КОРОЛЕВ, канд. техн. наук;
С.А. БОЛТЫШЕВ, аспирант



Для вас, снабженцы!
Поиск по сайту

Везде   В статьях   В материалах  
Если поиск не дал результата, попробуйте изменить текст запроса.
Примеры поиска по запросу "Потолки Armstrong": "Потолки Armstrong", "Потолок Armstrong", "Потол Arms", "Потолки Армстронг", и т. п.
Полезное для строителей...
Читайте также у нас на сайте:


Информация для строителей.

Новости строительной индустрии

Транспортный коллапс взвинтил цены на цемент

  Компания «СМПро» опубликовала статистику по росту цен на цемент, согласно которой с начала 2011 г. цены на российский цемент выросли на 35%. В частности, по итогам сентября средние цены от ...

Россия прирастет дорогами

Как недавно заявил премьер-министр Российской Федерации Владимир Владимирович Путин, в ближайшие 3 года на автомобильные дороги страны будет потрачено 1,3 трлн руб. Из этих денег 678 млрд руб. планиру ...

«ОБЪЕДИНЕНИЕ 45-М» поставит бетон для реконструкции здания университета им. Плеханова

   Московское предприятие группы ЛСР ООО «Объединение 45-М» стало основным поставщиком бетона для реконструкции старейшего корпуса РЭУ им. Плеханова. Предприятие поставит около 5 тыс. ...

Kerneos объявляет о запуске новых продуктов

  Компания Kerneos, входящая в группу компаний Materis, выводит на рынок продукты, предлагающие новые технические решения для производителей готовых к использованию строительных смесей:< ...

Ярославская область: переселение граждан из аварийного жилья

  Фондом содействия реформированию жилищно-коммунального хозяйства принята к заявка Ярославской области на предоставление финансовой поддержки для переселения граждан из аварийного жилищно ...

«Бецема»: в Красногорске выпустили «Истру»

  В рамках выставки СТТ-2011 машиностроительный завод "Бецема" совместно со своим партнером "Мерседес Бенц Тракс Восток" организовали Дни "Бецемы". Журналисты ...

Лифтовая отрасль в России: быть или не быть?

В Москве состоялся I съезд Национального союза лифтовых саморегулируемых организаций (НСЛ СРО), на котором специалисты пришли к выводу о необходимости перехода к обязательному саморегулированию и заро ...

В Думе решили обязать использовать новые материалы при ремонте дорог

На заседании Госдумы России представителями комитета по транспорту принято решение о внесении поправок в действующий техрегламент строительства дорог. В частности, в них предлагается сделать обязатель ...
 
 Архив строительных новостей

 Архив строительных новостей (продолжение)

Строителям на заметку.

Новости сайта

Строительные материалы в Интернете