ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2117645
БЕТОННАЯ СМЕСЬ "БЕТОНОСИЛ-С СОРБИРУЮЩИЙ"
Имя изобретателя: Александров Н.И.; Ваучский М.Н.; Ким Ю.А.; Попик В.П.; Заманский В.Я.; Черногоров Ю.В.
Имя патентообладателя: Центральный научно-исследовательский институт технологии судостроения
Адрес для переписки:
Дата начала действия патента: 1996.08.30
Бетонная смесь "Бетоносин-С,
сорбирующий" относится к бетонам,
защищающим от ионизирующих излучений и
бетонам-консервантам, применяемым при
отверждении радиоактивных отходов.
Техническими результатами являются
повышение радиационной стойкости бетона,
снижение проницаемости, увеличение
плотности, прочности и долговечности при
сохранении высокой подвижности смеси, в
сочетании со способностью к сорбции
долгоживущих изотопов. Бетонная смесь
содержит, мас.%: портландцемент 36 - 40,
модифицирующую добавку - аморфный
микрокремнезем 6,8 - 8, заполнитель - шунгизит
36 - 40, наполнитель - цеолит 3 - 6, воду 11 - 13,
суперпластификатор 0,8 - 1,0. Бетонная смесь
обеспечивает получение материала с
прочностью в 28 суточном возрасте не ниже 65
МПа, водонепроницаемостью не ниже W - 12,
имеющего коэффициент воздухопроницаемости
в пределах (3,5 - 4)Ч10-10 м/с, морозостойкость свыше F-300,
хорошо сорбирующего и удерживающего
изотопы Sr-90, Cs-137, Pu-239, Am-241.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к защитным
бетона, преимущественно от ионизирующего
излучения, а также к бетонам-консервантам,
применяемым в качестве отверждающих смесей,
при установке защитных укрытий, при
бетонировании радиационно-опасных
объектов.
Технологические разработки носят
пионерный характер, поэтому в качестве
аналогов и прототипа используются бетонные
смеси, имеющие иной состав.
Известно техническое решение по авт. св.
СССР N 1423527 (кл. C 04 B 28/00, опубл. 15.09.88), где в
бетонную смесь, состоящую из цемента, песка,
суперпластификатора на основе натриевой
соли, для улучшения структурных
характеристик, снижения теплопроводности и
повышения прочности бетона при сохранении
удобоукладываемости, дополнительно
вводится карбонат калия.
Другие известные смеси на основе
портландцемента, путем добавки в них тех
или иных компонентов, решают ту или иную
задачу частного порядка (Венюа М. Цементы и
бетоны в строительстве. Перевод с
французского. - М.: Стройиздат, 1980, с. 415).
Известны бетонные смеси на основе
портландцемента, используемые для тех же
целей, что и защищаемая композиция. В их
состав входят серпентинитовый наполнитель,
заполнитель-щебень из плотных скальных
пород, модифицирующая добавка, например,
зола-унос и вода (В.Б. Дубровский и др.
Строительные материалы и конструкции для
защиты от ионизирующего излучения. - М.:
Строитель, 1983, с. 240). Эти бетонные смеси
близки к заявляемой и выбраны в качестве
прототипа. Серпентинитовые бетоны из этих
смесей, снижая количество воды затворения,
существенно ограничивают радиолиз воды и
обеспечивают радиационную защиту, однако
не позволяют получить необходимые
показатели по водонепроницаемости и
газопроницаемости.
Техническим результатами изобретения
является достижение радиационной
стойкости бетонной смеси до 6000 Мрад,
существенное улучшение таких показателей,
как водонепроницаемость и
газопроницаемость, создание состава,
обладающего достаточной прочностью и
высокой долговечностью, в сочетании со
способностью к сорбции долгоживущих
изотопов, обеспечивающего возможность
пассивной защиты металлических
конструкций от коррозии, надежность даже в
агрессивных средах, нетоксичность, пожаро-
и взрывобезопасность, наличие доступных
компонентов и обладание пригодностью к
механизированной укладке. Бетонная смесь
должна быть нерасслаивающейся, однородной,
обладать текучестью, позволяющей заполнять
конструктивные объемы сложной
конфигурации.
Для решения поставленной задачи к защите
предложена бетонная смесь, включающая
портландцемент, модифицирующую добавку,
заполнитель, наполнитель и воду, причем она
содержит в качестве модифицирующей добавки
аморфный микрокремнезем, в качестве
заполнителя - шунгизит, в качестве
наполнителя - цеолит и дополнительно
суперпластификатор при следующем
соотношении компонентов, мас.%:
-
Портландцемент - 36-40
-
Аморфный микрокремнезем - 6,8-8
-
Шунгизит - 36-40
-
Суперпластификатор - 0,8-1,0
-
Цеолит - 3-6
-
Вода - 11-13
Новыми компонентами в смеси являются
аморфный кремнезем, шунгизит (заполнитель),
цеолит (наполнитель) и суперпластификатор.
Присутствие в смеси аморфного
микрокремнезема в указанном количестве,
наряду с увеличением прочности и
долговечности состава, путем модификации
его структуруы, позволяет связать в
маслорастворимые соединения такие
долгоживущие изотопы, как Sr-90, Pu-239, Am-241.
Частицы аморфного микрокремнезема, обладая
высокой удельной поверхностью (24 м2/г)
и хорошей растворимостью, реагируют в
поровом пространстве с гидроокисью кальция,
связывая последнюю в труднорастворимый
низкоосновный гидросиликат. Благодаря
этому в структуре бетона возникает система
тончайших микропор, проницаемых для газов,
но практически непроницаемых для жидкостей,
увеличивается плотность бетона, его
прочность и долговечность. Передозировка
аморфного микрокремнезема свыше
заявленного приводит к росту
водопотребности смеси и снижению прочности.
Присутствие в составе бетонной смеси
шунгизита, обладающего свойствами сильного
восстановителя, в заявленном количестве
позволяет повысить эффективность и
долговечность защитных свойств бетона. В
процессе твердения бетона поры шунгизита
постепенно заполняются гелеобразными
продуктами гидратации, надежно закупоривая
попавшие в них радиоактивные продукты
распада. При этом прочность увеличивается,
а проницаемость уменьшается.
Присутствие в составе цеолита в указанном
количестве позволяет значительно
уменьшить вымывание из состава такого
долгоживущего изотопа, как Sr-137. Наиболее
эффективный в данном случае является
клиноптилолит, представляющий собой
высококремнеземистый цеолит группы
гейландита. Цеолиты имеют сравнительно
низкую прочность, поэтому их применение в
количествах, превышающих заявленные, может
повлечь за собой существенное снижение
прочности состава. Наибольший сорбирующий
эффект достигается в случае применения
молотого клиноптилолита, имеющего удельную
поверхность (0,3-0,4) м2/г.
Присутствие в составе бетонной смеси
суперпластификатора в указанном
количестве позволяет снизить
водопотребность смеси и, как следствие,
увеличить прочность и водонепроницаемость
композита. Передозировка
суперпластификатора свыше заявленного
приводит к неоправданному удорожанию смеси.
Таким образом, совокупность существенных
признаков изобретения обеспечивает
достижение указанного технического
результата, т.е. получение бетона с
улучшенными показателями долговечности,
прочности, газопроницаемости,
водонепроницаемости и сорбирующей
способности.
Технология приготовления защитного бетона
включает следующие операции: в
бетономешалке перемешиваются цемент,
аморфный микрокремнезем, заполнитель и
наполнитель. Отдельно в воду затворения
вводится суперпластификатор. В случае
применения сухого суперпластификатора
необходимо осуществлять перемешивание до
полного растворения последнего.
Дозирование суперпластификатора
осуществляется по весу, в пересчете на
сухое вещество. Затворение смеси
осуществляется после окончания
перемешивания компонентов. После
затворения смесь перемешивается в
бетономешалке принудительного действия 3-4
мин. Промежуток времени между затворением и
укладкой смеси не должен превышать 45 мин. В
противном случае действие
суперпластификатора ослабнет и
значительно ухудшится удобоукладываемость.
Портландцемент - широко распространенный
материал, промышленный выпуск которого
осуществляется целым рядом цементных
заводов, например Пикалевским.
Микрокремнезем - побочный продукт
производства, получаемый в больших
количествах на заводах по выпуску
ферросилиция, например Челябинский и
Новокузнецкий заводы ферросплавов.
Шунгизит - искусственный материал,
получаемый при обжиге природного материала
- шунгита, широко распространенного на
территории Карелии, например Ковдорское
месторождение на Кольском полуострове.
Клиноптилолит - природный материал, широко
распространенный на территории Российской
Федерации, например месторождения в
Брянской, Курской и Орловской областях.
Конкретные примеры смесей с максимальным,
оптимальным и минимальным содержанием
компонентов представлены в табл. 1.
При соотношениях, меньше минимальных, не
обеспечиваются необходимые качества
бетонной смеси и надежность защиты бетона,
бетон становится неудобоукладываемым.
При значениях, превышающих максимальные,
наблюдается расслоение бетона, помимо
этого, использование компонентов в таких
количествах экономически нецелесообразно.
Таким образом, из табл. 1 видно, что
конкретным примером применения смеси "Бетоносил-С"
может служить смесь оптимального состава (смотри
вариант 2 табл. 1), в которой компоненты взяты
в следующем соотношении, мас.%:
-
Портландцемент (Пикалевского завода, М-500) -
38
-
Аморфный микрокремнезем (пыль рукавных
фильтров Челябинского завода ферросплавов)
- 7,2
-
Шунгизит (песок Петрозаводского завода) - 38,9
-
Суперпластификатор (С-3) - 0,9
-
Цеолит (клиноптилолит) - 3,5
-
Вода - 11,5
Экспериментальные показатели свойств
защищаемого состава, в сравнении с
известным составом, представлены в табл. 2.
Применение бетонной смеси, приготовленной
из предложенных компонентов, в заявленном
соотношении позволяет получить защитный
материал со стабильными во времени
свойствами, имеющий прочность на сжатие в 28-суточном
возрасте не ниже 65 МПа, водонепроницаемость
не ниже W - 12, коэффициент фильтрации воздуха
в пределах (3,5-4)Ч10-10
м/с, морозостойкость свыше F - 300, хорошо
сорбирующий и удерживающий изотопы Sr-90, Cs-137,
Pu-239, Am-241. Такой состав может быть
использован в качестве консерванта при
выводе из эксплуатации и длительном
хранении ядерно- и радиационно опасных
объектов.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Бетонная смесь, включающая
портландцемент, модифицирующую добавку,
заполнитель, наполнитель и воду,
отличающаяся тем, что она содержит в
качестве модифицирующей добавки -
аморфный микрокремнезем, в качестве
заполнителя - шунгизит, в качестве
наполнителя - цеолит и дополнительно -
суперпластификатор при следующем
соотношении компонентов, мас.%:
-
Портландцемент - 36 - 40
-
Аморфный микрокремнезем - 6,8 - 8
-
Шунгизит - 36 - 40
-
Цеолит - 3 - 6
-
Вода - 11 - 13
-
Суперпластификатор - 0,8 - 1,0
Версия для печати
Дата публикации 12.05.2007гг
вверх
|
