Бетон для защиты от радиоактивного воздействия

Среди лучей ядерного распада наибольшую опасность для живых организмов представляют гама лучи и нейтронное излучение.

Степень защиты от гама лучей определяется толщиной ограждения и его весом. Совсем недавно основным материалом для защиты от гама лучей служили тяжелые металлы – свинец, кобальт. Но эти материалы дороги, кроме того, свинец – малопрочный металл.

От нейтронного излучения эффективнее всего защищает то вещество, которое содержит значительное количество водорода в своем химическом составе. Таким веществом является в первую очередь вода. Но поскольку она обладает небольшим удельным весом, для одновременной защиты от нейтронного и гамма излучения требуется очень большая толщина водяного граждения, что сложно и дорого.

Материалом, в котором сочетаются эти два качества – большой объемный вес и значительное содержание воды, – является бетон.

В качестве заполнителей для защитного бетона применяют тяжелые материалы: барит, магнезит, слимонит, а также металлический скрап в виде чугунной дроби, обрезков арматурного полосового и профильного металла, металлические стружки и другие.

Объемный вес защитных особо тяжелых бетонов на заполнителях:

• Слимонитный  = 28–30 кН/м³;

• Магнетитовый  = 28–40 кН/м³;

• Баритовый  = 33–36 кН/м³;

• Чугунной дроби  = 35–39 кН/м³;

• Чугунного скрапа  = 37–50 кН/м³.

Марки особо тяжелых бетонов 100–200 (10–20 МПа).

Более эффективным вяжущим веществом является портландцемент с большим количеством трехкальцевого алюмината и гипса.

Кислотоупорный бетон

Такой бетон используют для изготовления различных конструкций, резервуаров, труб и аппаратуры в химической промышленности, заменяя им такие дорогие материалы, как листовой свинец, кислотоупорная керамика и т.д.

Кислотоупорный бетон состоит из жидкого стекла, молотого кремнефтористого натрия и плотных кислотостойких заполнителей: кварца, щебня из дорожного кирпича и др.

Примерный состав по весу: 1 часть каменной пыли, 1 часть жидкого стекла. Осадка конуса – 2–3 см, при применении вибратора, 4–10 см., при применении ручной укладки со штыкованием.

Предел прочности – 11–15 МПа.

Жаростойкие бетоны

Жаростойким называют бетон, способный сохранять в заданных пределах свои физико-механические свойства при длительном воздействии высоких температур.

Жаростойкие бетоны изготовляют с применением вяжущих –портландцемента, шлакопортландцеметна, глиноземистого цемента, жидкого стекла и т.д.

Жаростойкие бетоны бывают: высокоогнеупорные – стойкость 1770 °С и выше, огнеупорные – 1580–1770 °С, жароупорные – ниже 1580 °С.

Тонкомолотые добавки: шамот, лёсс, шлак, зола, пемза, базальт, диабаз, ангидрит, туф и т.д.

Коэффициент линейного расширения – ; пористость – 20–35 %; водопоглащение – 10–20 %; объемный вес 17–20 кН/м³.

Лекция № 14 Тема: Легкие бетоны

Легкими бетонами считают группу бетонов с объемным (удельным) весом в высушенном состоянии менее 18 кН/м³, применяют их для изготовления сборных бетонных и железобетонных конструкций с целью веса несущих конструкций и снижения теплопроводности ограждающих.

Название разновидности легкого бетона на пористых искусственных или естественных заполнителях (керамзитобетон, шлакобетон, аглопоритобетон, туфобетон и т.д.)

Современная технология позволяет получать легкие бетоны с большим диапазоном показателей прочности при сжатии – от 1 до 40 МПа, а иногда и более показателем объемного (удельного) веса от 5 до 18 кН/м³.

Основными техническими характеристиками легких бетонов на пористых заполнителях подразделяют на следующие:

• обычные легкие бетоны с плотным строением, в которых межзерновое пространство заполнено плотным цементно-песчаным раствором;

• поризованые бетоны, в которых межзерновое пространство заполнено цементным камнем или раствором с искусственно созданной пористостью;

• крупнозернистые бетоны, зерна крупного заполнителя в них прочно склеены тонким слоем цементного раствора без заполнения межзернового пространства.

В качестве заполнителей для легких бетонов применяют пористые каменные материалы, различные по происхождению, технологии получения по своим техническим характеристикам.

Пористые заполнители бывают: природные (пемзы, керамзиты, ракушечники, опоки, трепсли, диатомиты, и т.д.) и искусственные (шлаки, керамзиты, шлаковые пемзы, аглопориты и т.д.).

Кроме требуемой прочности подвижности бетонной смеси, для легких бетонов имеют важное значение объемный вес и коэффициент теплопроводности.

Подбор состава легкого бетона сводится к следующим операциям:

1) выбор наибольшей крупности и назначение содержания крупного и мелкого заполнителей;

2) выбор расхода вяжущих и добавок для пробного замеса;

3) предварительный расчет расхода заполнителей на 1 м³ смеси для приготовления пробных замесов;

4) уточнение расхода воды по заданной подвижности (жесткости);

5) установление зависимости между расходом вяжущего и прочностью бетона при заданной подвижности смеси.

Подбор состава легкого бетона ведут на трех пробных замесах при различном расходе цемента с уточнением расхода воды для каждого замеса в соответствии с заданной подвижностью. Средний расход цемента принимается из расходов этих трех замесов.

Крупнопористые бетоны – отличаются пониженным объемным весом (6-9 кН/м³) и прочностью при сжатии до 0,5 МПа. Крупнопористый бетон состоит из щебня или гравия крупностью от 5 до 40 мм, портландцемента или шлакопортландцемента (марки 400–500 или 40–50 МПа) и воды. Объемный вес 5–18 кН/м³, а коэффициент теплопроводности  = 0,5–0,85 ккал/м.ч.град при известковом или гранитном щебне, а при керамзитовой гравии 6–10 кН/м³.

Ячеистые бетоны, являющиеся разновидностью легких, отличаются большим количеством (85 % от общего объема бетона) искусственно созданных условно замкнутых пор в виде ячеек размером 0,5–2 мм, заполненных воздухом или газом.

Воздушные поры, равномерно распределены в теле бетона, разделены тонкими и прочными перегородками отвердевшего цементного камня, образующими несущий пространственный каркас материала.

Ячеистые бетоны различают двух видов: пенобетон, получаемый смешиванием вяжущего воды и кремнеземистого компонента с пеной, и газобетон, получаемый смешиванием аналогичной смеси с газообразователем.

Газо- и пенобетоны, получаемые на портландцементе, цементно-известковым и известково-нефенеливом вяжущем;

Газо- и пеносиликаты, основной составляющей которых служит молотая известь – кипелька;

Газо- и пеношлакобетоны, изготовляемые на основе молотых доменных шлаков с активизирующими добавками.

Пенобетон изготовляют смешиванием цементного теста или раствора со специально пеной устойчивой структуры.

Для получения пены применяют клееканифольный, смолосапониновый, алюмосульфонафтеновый пенообразователи, а также пенообразователь на основе гидролизованных белковых веществ, в частности гидролизованной боенской крови ГК.

Техническую пену получают взбиванием жидкой смеси канифольного мыла и животного (костного) клея или водного раствора сапонина. Такая пена имеет длительно устойчивую структуру, хорошо смешивается с цементным тестом и раствором, затвердевает в этом положении.

Лучшими пенообразователями являются алюмосульфонафтеновые и гидролизованный кров ГК.

Из теплоизоляционного пенобетона отливают плиты или блоки. Такой пенобетон имеет прочность до 2,5 МПа, коэффициент теплопроводимости  = 0,08–0,11 ккал/м.ч.град. [1 ккал/(м.ч. °С) = 1,163 Вт/(м. °С)]

Конструктивный пенобетон имеет прочность 2,5–7,5 МПа,  = 0,2–0,4 ккал/м.ч.град. могут достичь 7,5–15 МПа,  = 0,4–0,6 ккал/м.ч.град.

Газобетон – автоклавного твердения готовят на цементном или известковом вяжущем в смеси с молотым кварцевым песком или золой. Для схватывания цементов применяют хлористый калий или жидкое стекло.

Активных окислей и должно быть не менее 70 % (желательно 80–85 %) при использовании известковых вяжущих.

Тонкость полома песка должна быть просеяна через ситы №: 0085 не менее 20 %.

В качестве газов, образующих поры, используются водород, кислород или углекислый газ.

Распространенным газообразователем для цементного газобетона служит тонкоизмельченный алюминиевый порошок (пудра) в смеси с известью пушонкой или тонкомолотой негашеной известью.

Процесс газообразования происходит вследствие химической реакции между гидратом окиси кальция и алюминием по реакции:

Выделяющийся водород вспучивает цементное тесто, которое, затвердевая, охраняет пористую структуру.

Особенностью алюминиевого порошка как газообразователя является позднее начало газообразования (не раньше 10–15 мин. После заливки смеси в формы); процесс этот длится не менее 20 мин. За этот период выделяется большое количество газа, благодаря чему можно получать теплоизоляционный бетон с объемным весом 6–8 кН/м³, прочностью 6–7 МПа.

Примерное соотношение составляющих для газобетона: 90 % портландцемента по весу, 9,75 % извести-пушонки, 0,25 % алюминиевого порошка при  = 0,55–0,65. Песка берут (молотого) примерно 2/3 к весу цемента. Температура автоклава 175 °С и давлении около 8 атм.

Твердение газобетона в автоклаве обеспечивает высокую прочность и существенно уменьшает расход цемента.