БЕТОННАЯ СМЕСЬ Российский патент 1998 года по МПК C04B28/04 C04B28/04 C04B24/20 C04B24/04 C04B22/04 C04B14/06 

Изобретение относится к защитным бетонам, преимущественно от ионизирующего излучения, а также к бетонам-консервантам, применяемым в качестве отверждающих смесей при установке защитных укрытий, при бетонировании радиационно-опасных объектов.

Известна бетонная смесь, включающая цемент, воду и заполнитель из тяжелых материалов - барита, магнетита, лимонита, чугунной дроби и прочее, предназначенная для изготовления бетонов для биологической защиты от радиоактивных излучений [1].

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой является бетонная смесь, включающая портландцемент, щебень гранитный 5-25 мм, песок М_кр 1,9, суперпластификатор, добавку смолы нейтрализованной воздухововлекающей и воду.

Состав бетонной смеси по массе: цемент : песок : щебень : вода = 1: 2,08 : 3,06 : 0,5.

Количество добавок составляет соответственно 0,2-1,0 и 0,005 - 0,1% от массы цемента [2].

Задача изобретения - повышение радиационной стойкости бетона, улучшение показателей водонепроницаемости и газонепроницаемости, создание состава, обладающего повышенными реологическими показателями (текучесть и пластичность для обеспечения заполнения объемов сложной конфигурации), достаточной долговечностью, который может быть использован в качестве консерванта при выводе из эксплуатации, утилизации и длительном хранении ядерно- и радиционно-опасных объектов. Состав должен обеспечивать активную защиту металлических конструкций от коррозии, должен быть надежным даже в агрессивных средах, не ядовит, пожаро- и взрывобезопасен, доступен по используемому материалу, обладать способностью к механизированной укладке. Смесь должна быть нерасслаивающейся, однородной, обладающей высокой жидкотекучестью и быть способной заполнять конструктивные объемы сложной конфигурации. Состав должен соответствовать определенному термонапряженному состоянию бетонного массива, который будет создан в результате омоноличивания.

Для решения поставленной задачи предложена бетонная смесь следующего состава: портландцемент в качестве вяжущего, шунгизитовый наполнитель двух различных фракций (пыль и песок), добавка суперпластификатора C-3 (на основе нафталинформальдегидных составляющих), воздухововлекающая добавка СДО (смола древесноомыленная), вода. Для обеспечения ядерной безопасности от самопроизвольной цепной реакции в состав введен карбид бора B₄C.

При этом компоненты взяты в следующем соотношении:
Портландцемент - 37,04-39,14
Шунгизитовая пыль (с удельной поверхностью 2800 см/г, размер частиц 50-250 мкм) - 12,28-13,21
Шунгизитовый песок (размер частиц 0,14-2,5 мм) - 29,45-31,68
Добавка суперпластификатора C-3 (на основе нафталинформальдегидных составляющих) - 0,259-0,274
Воздухововлекающая добавка СДО (смола древесноомыленная) - 0,018-0,02
Карбид бора B₄C - 1,68-1,73
Вода - 17,7-18,8
Новым в составе является шунгизитовый наполнитель и карбид бора. Совокупность заявляемых признаков позволяет получить бетон с улучшенными защитными показателями по газонепроницаемости и водонепроницаемости. Присутствие в составе бетонной смеси шунгизита, обладающего свойствами сильного восстановителя, в различных фракциях и в заявленном количестве позволяет повысить эффективность защитных свойств бетона. Шунгизит выполняет функцию поглотителя радионуклидов. Шунгизитовая добавка пористая, работает как сорбент. Для регулирования пористости межзернового пространства берется две модификации шунгизитового наполнителя (фракции). Таким образом, обеспечивается оптимальное межзерновое пространство, когда газ мигрирует в процессе радиолиза воды, а ее оставшаяся часть задерживается.

Повышение фильтрации (в частности атомов H через систему субмикропор, размер которых лежит в пределах от 10 до 15 ), улучшающее показатель водонепроницаемости, дает возможность практически свести к нулю выщелачивание радионуклидов, что повышает защитные и иммобилизационные функции защитных барьеров до полного исчезновения радиации, так как бетон предложенного состава не только обладает защитными свойствами, но и удерживает радионуклиды. За счет улучшения фильтрации по газу таковые не скапливаются, а удаляются наружу, радиолизные свойства состава смягчаются, причем во времени этот процесс ослабевает по экспоненте, материал становится не взрывоопасным, его долговечность увеличивается, так как исчезают разрушающий и распирающий факторы, которые могут спровоцировать взрыв.

Карбид бора B₄C применяется в качестве активной тонкодисперсной добавки, так как он является поглотителем нейтронов, обеспечивает ядерную безопасность от самопроизвольной цепной реакции. Нужен в тех случаях, где имеется ядерное топливо, обеспечивает также поглощение теплового излучения.

При γ -облучении в результате разложения воды образуются группы OH и атомарный H, что способствует интенсификации процесса гидратации цемента, за счет этого повышается прочность бетона.

Технология приготовления защитного бетона включает следующие операции: исходные материалы загружают в бетономешалку в следующей последовательности: сначала перемешиваются портланд-цемент и пыль, затем вводят шунгизитовый песок. Отдельно в воду затворения вводят суперпластификатор C-3 и воздухововлекающую добавку СДО, а затем в смесь портланд-цемента с шунтизитовым наполнителем и заполнителем вводится вода и все перемешивается. Вводится карбид бора.

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, наблюдается также снижение других показателей бетона. При значениях, превышающих максимальные, наблюдается расслоение бетона, помимо этого использование компонентов в таких количествах экономически нецелесообразно.

Экспериментальные показатели свойств защищаемого состава в сравнении с известным составом представлены в табл.2.

Использование: изобретение относится к защитным бетонам, используемым в качестве консервантов, преимущественно от ионизирующего излучения. Сущность изобретения: бетонная смесь включает, мас.%: портландцемент 37,04 - 39,17; шунгизитовая пыль с удельной поверхностью 2800 см²/г, размер частиц 50 - 250 мкм 12,28 - 13,21; шунгизитовый песок с размером частиц 0,14 - 2,5 мм 29,45 -31,68; добавка суперпластификатора 0,259 - 0,274; воздухововлекающая добавка - смола древесная, омыленная 0,018 - 0,02; карбид бора (B₄C) 1,68 - 1,73; вода 17,7 - 18,8. Прочность на сжатие образцов после облучения дозой 3500 Мрад через 1 год составила до 26,7 МПа, на растяжение - до 5,2 МПа, водонепроницаемость до 10,0 кгс/см², газопроницаемость до 4,2 с/см³. 2 табл.

Бетонная смесь, включающая портландцемент, наполнитель, комплексную добавку из суперпластификатора на основе натриевой соли продукта конденсации нафталинсульфокислоты с формальдегидом и воздухововлекающего агента - смолы древесной омыленной и воду, отличающаяся тем, что она содержит в качестве наполнителя шунгизитовую пыль с удельной поверхностью 2800 см²/г и шунгизитовый песок фракции 0,14 - 2,5 мм и дополнительно содержит высокодисперсный порошок карбида бора при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Портландцемент - 37,04 - 39,17
Указанная шунгизитовая пыль - 12,28 - 13,21
Указанный шунгизитовый песок - 29,45 - 31,68
Указанный суперпластификатор - 0,259 - 0,274
Указанный воздухововлекающий агент - 0,018 - 0,02
Высокодисперсный порошок карбида бора - 1,68 - 1,73
Вода - Остальноео