ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Номер

08-039-06

Наименование проекта

Радиационно-защитные покрытия для ограждающих конструкций

Назначение

Защита строительный конструкций от гамма-излучений

Рекомендуемая область применения

Промышленность строительных материалов, строительство

Описание

Результат выполнения НИР.

Территория юго-западных районов Брянской области имеет радиоактивное загрязнение и для зданий, расположенных в этой зоне, требуется разработка мероприятий для защиты внутренних помещений от проникновения ионизирующих излучений с целью снижения суммарной дозы облучения людей и улучшения микроклиматических характеристик.

Одной из основных задач при устройстве защитных покрытий от g-излучения является снижение веса и толщины покрытия и повышение однородности композиций. Однако создание компактной защиты с уменьшением толщины слоя ведет к возрастанию массы защитного слоя из-за использования тяжелых заполнителей. И наоборот, сохранение степени ослабления g-лучей при снижении плотности материалов влечет за собой необходимость увеличения толщины защиты В этом заключается основное противоречие при создании эффективной компактной защиты от g-излучения, поскольку одновременного снижения массы и толщины защитной конструкции практически невозможно достичь при известных заполнителях и материалах.

В качестве основного материала для штукатурки ограждающих конструкций специальных помещений (рентгеновские лаборатории и т.п.) в настоящее время используется баритовый заполнитель, имеющий плотность r=4,3-4,7 г/см³. Наличие в заполнителе элемента с большим атомным номером (барий, z=56) позволяет использовать баритовый бетон для защиты от g-излучения. Баритовый бетон (r=3,0-3,6 г/см³) содержит в качестве заполнителей песок, гравий и барит и имеет следующие характеристики для энергии g-квантов 1,25 МэВ: m=0,15-0,17 см^-1; m/r= 0,054-0,057 см²/г; d_0,5= 4,0 см. Однако барит в качестве крупного заполнителя бетона не устраняет изложенное выше основное противоречие при создании эффективной компактной защиты от g-излучения. Общая масса защиты из баритового бетона остается неизменной и значительной, что вызывает серьезные трудности при устройстве ограждающих конструкций жилых зданий, расположенных на радиоактивно-загрязненных территориях.

Использование активированных высокооднородных цементных композиций, наполняемых тонкодисперсными материалами, полученными на основе барита или промышленных отходов, позволило снизить толщину защитных покрытий и повысить защитные функции покрытий. В качестве тонкодисперсного наполнителя могут использоваться промышленные отходы, содержащие карбонаты магния и кальция, оксиды железа, хрома, кремния и т.д. (фосфогипс, нефелиновый шлам, зола ТЭС, горелая земля). Использование промышленных отходов значительно снижает стоимость радиационно-защитных конструкций и в сочетании с механо-химической активацией позволяет повысить плотность и снизить толщину защитного покрытия. Для повышения связности и декоративного эффекта в смесь в процессе активации вводились компоненты акриловых красок и красители различного цвета. Нанесе­ние высокооднородной смеси на поверхность стен может производиться методом торкретирования или обычным способом.

При контроле качества защитных покрытий получены следующие показатели: плотность композиций 1300-2900 кг/м³, предел прочности при сжатии 21-75 МПа, линейный коэффициент ослабления g-квантов 0,23-0,32 см^-1.

Повышение дисперсности компонентов цементной композиции и ее однородности при одной и той же плотности улучшает характеристики защитного покрытия (см. таблицу).

Влияние дисперсности и однородности компонентов

на коэффициент ослаблении g-лучей

Технология устройства защитных покрытий должна предусматривать не только сохранение свойств композиции (высокую однородность, прочность и т.д.), но и повысить ряд их специфических свойств. В этом плане представляет интерес технология нанесения покрытий методом торкретирования.

Известно, что среди различных технологических факторов, влияющих на структуру и прочность цементных композиций, наносимых в качестве покрытия на конструкции под давлением сжатого воздуха, наиболее существенными являются толщина и однородность слоя, наносимого за один проход на вертикальные поверхности. Эти факторы связаны с характеристиками смесей (подвижностью, вязкостью и другими реологическими свойствами), а также с условиями нанесения смесей на поверхность (давлением или скоростью нагнетания, расположением пистолета-распылителя и т.п.).

При нанесении на поверхность стен активированных цементных композиций было проведено определение потерь от отскока и предельной толщины слоя покрытия в зависимости от степени активации композиций и их состава.

Торкретирование производилось нагнетателем ПН-300 при давлении 0,45-0,65 МПа пистолетом-распылителем с диаметром выходного отверстия сопла 15 мм. Сопло располагали на расстоянии 0,8-1,2 м от поверхности стены под углом 90°. Потери от отскока определяли по отношению массы смеси, оказавшейся у основания покрываемой поверхности площадки площадью 1 м², к расчетной массе нанесенного за один проход слоя предельной толщины. Максимальную толщину слоя, нанесенного за один проход, определяли по сползанию смеси с вертикальной поверхности и измеряли с помощью маяков.

Для приготовления цементных композиций использовали цемент М500 Брянского цементного завода, кремнезем марки МК-65 и тонкодисперсные промышленные отходы (золы ТЭС и пыль-унос производства керамзитового гравия). Составы смесей отличались расходом вяжущего (цемент + ультрадисперсный наполнитель + тонкодисперсный заполнитель), степенью активации и дозировкой суперпластификатора. Из полученных результатов следует (рис.1), что увеличение времени активации способствует уменьшению потерь от отскока и увеличению предельной толщины слоя, благодаря повышению вязкости и адгезионных свойств цементной композиции.

Применение декоративных высокопрочных активированных цементных композиций для отделки зданий и устройства защитных покрытий при pемонтно-восстановительных работах показало высокую их эффективность по сравнению с традиционно применяемыми смесями. Для получения безусадочных покрытий с целью повышения их долговечности и гидроизоляционных свойств и процессе приготовления активированных цементных композиций в их состав целесообразно вводить водорастворимые полимеры и добавки для расширения системы.

Рис.1. Влияние времени активации цементной композиции

на потери от отскока (а) и предельную толщину наносимого слоя (б):

1 - цементная композиция с включением микрокремнезема

и пыли уноса производства керамзитового гравия;

2 - цементная композиция с включением золы ТЭС

Коэффициент линейного температурного расширения цементных композиций в интервале температур -30…+50°С имеет небольшие изменения и составляет 10,5?10^-6°С^-1. Исследование морозостойкости, проведенное ускоренным методом с замораживанием до –5°С и оттаиванием в водной среде, показало, что морозостойкость торкреткомпозиций повышается при увеличении времени активации и находится в пределах марки f300.

Предлагаемая технология, предусматривающая механо-химическую активацию радиационно-защитных композиций, позволяет значительно повысить дисперсность компонентов, а также однородность и плотность защитных покрытий, что положительно влияет на коэффициент ослабления g-лучей. Использование промышленных отходов в качестве наполнителя снижает стоимость радиационно-защитных конструкций.

Преимущества перед известными аналогами

Разработка технологии получения и нанесения активированных высокооднородных дисперсных цементных композиций с применением промышленных отходов в качестве наполнителя или барита

Стадия освоения

Способ (метод) проверен в лабораторных условиях

Результаты испытаний

Технология обеспечивает получение стабильных результатов

Технико-экономический эффект

Снижение толщины покрытий и повышение их защитных функций, снижение себестоимости покрытий в 1,3 раза за счет применения промышленных отходов

Возможность передачи за рубеж

Возможна передача за рубеж

Дата поступления материала

12.09.2006