3802

действий при их эксплуатации; - установлена закономерность изменения эффективной удельной активности и коэффициента

эмалирования от технологических (радиационных) воздействий; - всем радиационно-производимым материалом свойственно значительное снижение и

η.

-установлена закономерность дополнительного вклада в гамма-фон помещений от компонен­ тов сырья, используемого в строительных материалах, влияющего на усредненные эквивалент­ ные дозы облучения населения.

-разработана методика определения защитных средств для снижения гамма-фона во вновь строящихся и эксплуатируемых зданиях за счет применения отделочных материалов с низкими ( не менее, чем в 3 раза) эффективными удельными активностями по сравнению со значениями строительных материалов помещения; - выявлены эффективные защитные отделочные мате­ риалы с низкой эффективной удельной активностью (менее 20 Бк/кг) для снижения гамма-фона

впомещениях, полученные на основе радиационной технологии.

Практическое значение работы

Проверены физико-химические характеристики бетоно-полимерных плит для использо­ вания в особых условиях.

Разработаны в опытном производстве созданные многослойные стеклопластиковые тру­ бы для использования при широком диапазоне давления и агрессивных воздействий.

Разработан метод расчета защитных средств для снижения гамма-фона жилищ с учетом их плотности, эффективной удельной активности и кратности ослабления, позволяющий ис­ пользовать широкий ассортимент теплоизоляционных и отделочных материалов.

Получены усредненные годовые эквивалентные дозы облучения населения, частотное распределение и диапазоны эффективных удельных активностей в строительном сырье и мате­ риалах, влияющих на облучение населения: в Пензенской области население подвергаются большему облучению от строительных материалов с эффективной удельной активностью до 200Бк/кг, в Волгоградской - до 100 Бк/кг.

Разработан методический материал для использования в стройиндустрии с целью огра­ ничения облучения населения в регионах.

Внедрение результатов исследований. Испытаны предлагаемые новые бетонополимерные материалы и стеклопластиковые трубы для использования в строительстве и экс­ плуатации в особых условиях.

Результаты выполненных исследований по эффективной удельной активности внедре­ ны и используются предприятиями стройиндустрии при разработке минерального сырья в карь­ ерах, производстве строительных материалов, отводе участков территорий, строительстве зда-

4

ний и сооружений.

Теоретические положения диссертационной работы, а также результаты эксперимен­ тальных исследований изложены в изданном учебном пособии и используются в учебном про­ цессе при подготовке инженеров по специальности 290100, 290300, 290500, 290600, 290700, 290800, 291000, что отражено в образовательных стандартах и программах дисциплин: «Архи­ тектура», «Производство строительных материалов, изделий и конструкций», «Промышленное и гражданское строительство», «Городское строительство и хозяйство», «Теплоснабжение и вентиляция», «Водоснабжение и водоотведение», «Строительство автомобильных дорог», а также при разработке дипломных и научно-исследовательских работ.

Методология работы базировалась как на известных, так и на выдвинутых новых по­ ложениях строительного материаловедения в области создания радиационномодифицированных высоконаполненных композиций и радиционно-сшитых стеклопластиковых труб. В отличие от известных полиструктурных композиционных цементных вяжущих, на­ полненных порошками горных пород, изученных известными учеными Мартиросовым Г.М., Шахворостовым А.И. и их школами, в работе представлены многие композиционные составы (типовые), а затем пропитаны мономером и радиационно-модифицированные на гаммаустановках.

Производство же труб из стеклоткани при послойном отверждении полиэфирного свя­ зующего для производства трубобетонов предложено нами и проверено на опытной установке с ускорителем электронов. Этот метод обеспечивает производство труб на любое давление хо­ лодной и горячей воды. Таким образом, по своей методологической сущности в достижении прочностного эффекта для использования материалов в особых условиях строительства и экс­ плуатации радиационное модифицирование частично адекватно методологии Ю.М. Баженова с существенными отличиями от них. Во-первых, в части от использования цементов высоких ма­ рок, которые значительно повышают цены на конечный материал. Во-вторых, используя поли­ мерные материалы для производства трубобетонов, значительно снижают их прочность. В- третьих, разработаны новые теоретические подходы в производстве радиационномодифищзрованньгх материалов из любых (местных) вяжущих, учитывая затраты на сушку композиций или их автоклавирование, а также активность их ЕРН. Нами осуществлен глубокий комплексный анализ результатов исследований материалов на основе школ многих отечествен­ ных и зарубежных ученых: П.П. Бутникова, А.А. Байкова, Ю.М. Баженова, В.И. Бабушкина, А.И. Бобрышева. П.И. Баженова, А.В. Волжанского, В.А. Воробьева, Г.И. Горчакова, В.Д. Глуховского, И.М. Грушко, Ю.И. Гончарова, B.C. Горшкова, B.C. Грызлов, Ю.П. Горлова, В.Т. Ерофеева, И. А. Иванова, Ю.Г. Иващенко, П.Г. Комохова, В.И. Калашникова, А.Г. Комера, Ю.Д. Козлова, Т.В. Кузнецовой, Б.С. Комисаренко, В.Ф. Кореньковой. И.В. Кравченко, B.C.

5

Лесовика, И.Г. Лучининой, О.П. Мчедлова-Петросяна, Н.И. Макридина, А.В. Нехорошева, А.П. Прошина, А.А. Пащенко, В.В. Прокофьевой, Т.М. Петровой. П.А. Ребиндера, Р.З. Рахимова, И.А. Рыбьева, Р.Ф. Руновой, ОЛ.Сидельниковой, Б.Г. Скрамтаева, В.И. Соломатова, В.Ф. Степаново, Ю.А. Соколовой, В.П. Селяева, СВ. Федосова, В.Г. Хозина, В.М. Хрулев, Е.М. Черны­ шева, В.Д. Черкасова, Н.Г. Чумаченко, С. Брунаура, М. Даймона, Г. Калусека, Ф. Лехера, У. Людвига, И. Одлера, Т. Тейлоар и др.

Экспериментальные исследования свойств компонентов и производства материалов вы­ полнены с использованием современных аттестованных приборов, оборудования, а также по методикам, разработанным автором. Достоверность и обоснованность полученных автором данных определяется: использованием классических методов физической химии, математиче­ ской статистики современных компьютерных технологий, достаточным объемом лабораторных исследований эффективной удельной активности материалов и объемной активности радона, комплексом методов исследования, результаты применения которых дополняют и подтвержда­ ют друг друга.

Апробация работ. Основные положения диссертационной работы и результаты докла­ дывались на международных, региональных и университетских научных конференциях, симпо­ зиумах и конгрессах: «Эффективные строительные конструкции: теория и практика, 2003, 2004г.г. (г. Пенза); «Градостроительство, реконструкция городов Поволжья; 2004г. (г. Тольят­ ти), «Современные проблемы строительного материаловедения», Академические чтения РААСН 2005г. (Н. Новгород); социально-экономические и технологические проблемы развития строительного комплекса и жилищно-коммунального хозяйства региона». 2006г. (г. Михайловка, филиал ВолгГАСУ). Значительный объем исследований автора опубликован в учебном по­ собии для технических ВУЗов России «Высокие технологии с использованием источников из­ лучений в промышленности ». М: Энергоатомиздат, 2006 г.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 12 работах, в том числе: учебное пособие, две статьи в Вестнике Волжского регионального отделения РААСН.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 186 странице машино­ писного текста, включающего 32 таблицы, 28 рисунков, список литературы из 199 наименова­ ний, приложения.

На защиту выносятся:

физико-химические характеристики бетоно-полимерных плит и стержневых бетонополимерных стыков стен многоэтажных зданий;

-технология радиационного сшивания многослойных стеклопластиковых труб;

-метод расчета защитных средств для снижения гамма-фона в помещениях с учетом плотно-

6

ста, эффективной удельной активности материалов и кратности ослабления;

-защитные материалы с низкой эффективной удельной активностью для снижения доз облуче­ ния населения в помещениях, создаваемых долгоживущими радионуклидами 226Ra, 223Th, 40K;

-результаты внедрения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Особыми условиями в эксплуатации зданий принято считать в строительной индустрии те, которые по тем или иным признакам могут отличаться от обычных. К особым условиям экс­ плуатации относятся: строительство высотных домов (небоскребов), зданий для эксплуатаций при сейсмических воздействиях, высоких технологических температур, вечной мерзлоты, мест захоронения активных источников излучений, подземных сооружений для прокладки дорог, канализационных, водяных коммуникаций, в местах с грунтами, имеющими аномальную высо­

кую активность ЕРН и др.

При проектировании зданий, возводимых в сейсмических районах, необходимо руково­ дствоваться требованиями СНиП «Строительство в сейсмических районах» и «Руководства по

проектированию жилых и общественных зданий возводимых в сейсмических районах». Карта

сейсмического районирования территории нашей страны в баллах и повторяемости сейсмиче­

глинистыми грунтами и низким горизонтом грунтовых вод.

Общая компоновка сейсмостойкого здания заключается в таком расположении несущих вертикальных конструкций (рам, вертикальных опор и фундаментов, связевых диафрагм и дру­ гих конструктивных элементов), при котором удовлетворяются требования симметричности и равномерности распределения масс и жесткостей.

Антисейсмические швы обычно совмещают с температурными и осадочными швами. Чтобы повысить сейсмичность здания, фундаменты в пределах одного блока должны залегать на одной глубине. При слабых грунтах устраивают перекрестные фундаментные ленты или же сплошную фундаментную плиту. При хороших грунтах допустимы отдельные фундаменты под колонны, связанные поверху балками-связями в обоих направлениях. В многоэтажном здании целесообразно устройство подвала или свайного основания.

Оптимальная конструктивная схема сейсмостойкого многоэтажного каркасного здания, обладающая лучшими технико-экономическими показателями, может быть скомпонована вы­ сокопрочными материалами. Развитие пластических деформаций примененных материалов при сейсмическом воздействии повышает сейсмостойкость каркасного здания.

При выборе материала и конструктивной схемы зданий для северных районов страны следует учитывать, что здания возводятся на вечномерзлых грунтах. Решение конструкций в

7

этих условиях принимается в зависимости от типа и свойств грунта, применяемых материалов и характера застройки, температурного режима здания, времени строительства. В этих условиях предусматривают специальные меры по сохранению вечномерзлого состояния основания или же учитывают возможность неравномерной осадки здания при оттаивании основания.

Материалы и конструкции отдельных цехов промышленных зданий могут подвергаться систематическому воздействию технологических температур выше 50°С (литейные, электро­ плавильные и аналогичные горячие цехи).

При систематическом воздействии технологической температуры до 200°С применяют обыч­ ный железобетон на портландцементе (или шлакопортландцементе); если температура выше 200 °С, применяют специальный жаростойкий бетон.

Благодаря новым технологиям и разработанным материалам специалисты научились создавать эффективные высотные сооружения. За последние годы наиболее интересные три проекта ведущих европейских архитекторов: итальянца Ренуо Пьяно, испанца Сантьяго Калатравы и француза Жана Нувеля.

Согласно инженерным исследованиям, небоскреб в 1000 этажей, то есть высотой 3 км, - осуществимая задача. Причем решаема даже проблема влияния сильных ветров (правда, при этом же современном уровне техники строительства и применяемых строительных материалов никогда не окупится). Следует учитывать, что супервысокие башни должны строится из высо­ копрочного материала с жесткими для сопротивления ветровым нагрузкам креплениями изги­ баться и не ломаться).

В последние годы для использования в особых условиях применяют трубобетон. Трубобетон характеризуется большой областью применяя в высотных зданиях и сооружениях специ­ ального назначения в условиях стесненных деформаций. За счет новой технологии (см, ниже) возможно снижение расхода бетона в 3-4 раза, стоимость конструкции снижается почти на 50% за счет уменьшения расхода стали (до 45%).

Трубобетон эффективно используется в верхних этажах многоэтажных зданий, которые более подвержены ветровым нагрузкам. Известно, что давление ветра на цилиндрическую по­ верхность в 1,4 раза меньше давления на плоские поверхности.

Как показывает опыт специалистов мира, наиболее эффективными процессами произ­ водства материалов с высокими физико-химическими и механическими характеристиками яв­ ляются строительные материалы и изделия, выполненные с использованием источников иони­ зирующих излучений.

Процессы могут быть успешно реализованы как на γ-установках, так и на установках с ускорителями электронов. Обоснованный выбор источников излучений осуществляется на ос­ нове анализа результатов исследований технологического процесса и расчетов производитель-

8

ности и экономических показателей. Радионуклидные источники излучений широко применяют в производстве радиационно-модифицированных материалов, в научных исследованиях, сель­ ском хозяйстве, медицине и других отраслях науки и техники. Для обеспечения экологической безопасности и исключения попадания радиоактивного вещества в окружающую среду радио­ активные материалы, применяемые для изготовления источников, надежно герметизируют; их активность имеет значение ниже порога ядерных реакций (< 10 МэВ).

Основные виды взаимодействия ионизирующих излучений - рассеяние и поглощение, в результате снижается энергия и изменяется их первоначальное движение, при поглощении - они перестают существовать.

Защитная способность различных составов в ослаблении излучения зависит от атомного номе­ ра элементов, образующих защитный материал, или, от числа электронов в атомах элементов и энергии излучения.

Для обеспечения безопасности людей возводят защитные экраны из местных строитель­ ных материалов, которые используются для возведения промышленных, жилых и обществен­ ных зданий и сооружений.

Для защиты от ионизирующих излучений могут применяться практически все природ­ ные материалы: горные породы, концентраты, получаемые при обогащении руд; пески, глины, грунты, вода, а также традиционные строительные материалы: металлы, бетоны, строительные растворы, керамика, силикаты и др.

В материалах для защиты от ионизирующих излучений желательно минимальное со­ держание элементов, образующих долгоживущие нуклиды: хром, кремний, никель, кобальт, марганец, натрий, медь, мышьяк, сурьма, цинк и некоторые другие.

Сталь и чугун применяют для устройства защиты от низкоэнергетического фотонного излучения. При этом ослабление гамма-излучений на единицу площади происходит гораздо эффективнее, чем в водной или графитовой защите.

Одним из самых лучших материалов для защиты от низкоэнергетических гамма- и рент­ геновского излучений является свинец, либо БПМ. Исследования показали, что в качестве вя­ жущих веществ могут быть цементы, местные добавки.

Общими требованиями к материалам, используемых в особых условиях являются: высо­ кая плотность; прочность; низкая эффективная удельная активность природных радионуклидов в их составе; стойкость к агрессивным воздействиям. Поэтому к разработке новых композитных составов обращается особое внимание на компоненты (добавки, наполнители), а также содер­ жание в них естественных радионуклидов (ЕРН). Например, используя местное сырье - алюми­ ниевую пудру, фосфатное связующее с тонкомолотыми добавками и заполнителями, в том чис­ ле и из отходов промышленности вместо портландцемента, открываются возможности качест-

9

венного улучшения свойств жаростойких бетонов, расширяются возможности получения цело­ го ряда жаростойких теплоизоляционных материалов, а также газо- и поризованных бетонов.

Проведенные исследования взаимодействия алюмохромфосфатного связующего с алю­ миниевой пудрой показали, что с увеличением количества вводимого алюминия уменьшается время начала интенсивного взаимодействия алюминия со связкой, а температура повышается. Как показано на рис. 1, максимальный эффект наблюдается при введении алюминия в количе­ стве 15-18%.

Нами проверено, что при большом количестве введенного алюминия процесс ста­ билизируется, затем время начала интенсивного взаимодействия увеличивается, а температура снижается. Объясняется это определенным соотношением алюминия и фосфатного связующе-

го.

Анализ полученных результатов показал, что начало реакции интенсивного взаимодей­ ствия можно в довольно широких пределах регулировать качественным изменением состава связующих. Это имеет важное значение при выборе технологических параметров изготовления изделий из фосфатного газобетона.

Яри изготовлении композиций на основе АХФС для ее отверждение используется алю­ миниевая пудра. Количество последней составляет в смеси с АХФС 10%.

Расширение сырьевой базы для жаростойкого фосфатного газобетона и повышение его жаростойких свойств на базе отходов промышленности, является важнейшим направлением технологии для его использования в особых условиях эксплуатации за счет применения новых видов фосфатных связующих и огнеупорных материалов.

Исследованиями установлено, что прочность бетона при сжатии зависит от расхода алюминиевой пудры, оптимальное количество которой составляет 5-7%

10