RU2107049C1 - Concrete mixture - Google Patents

Abstract

FIELD: production of protective concrete which may be used as protection against ionized irradiation. SUBSTANCE: mixture comprises, mas.%: portland cement, 37.04-39.17; schungisite dust (having specific surface 2800 cm²/g and particles being 50-250 mcm in size), 12.28-13.21; schungisite sand (size of particles being 0.14-2.5 mm), 29.45-31.68; superpeptizing additive, 0.259-0.274; saponified woody resin being used as air-implicating additive, 0.018-0.02, boron carbide having formula B₄C, 1.68-1.73; water, 17.7-18.8. Compressive strength of samples being irradiated by 3500 Mrad dose in a year is up to 26.7 MPa, their tensile strength is up to 5.2 MPa, waterproofness is up to 10.0 kgf/cm², gas permeability is up to 4.2 s/cm³. EFFECT: improved quality. 2 tbl

Description

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. The invention relates to protective concrete, mainly from ionizing radiation, as well as to concrete preservatives used as curing mixtures when installing protective shelters, when concreting radiation-hazardous objects.

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]. Known concrete mixture, including cement, water and aggregate from heavy materials - barite, magnetite, limonite, cast iron and others, intended for the manufacture of concrete for biological protection against radioactive radiation [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.The closest in technical essence and the achieved result to the proposed one is a concrete mixture, including Portland cement, crushed granite 5-25 mm, sand M _cr 1.9, superplasticizer, the addition of neutralized air-entraining resin and water.

Состав бетонной смеси по массе: цемент : песок : щебень : вода = 1: 2,08 : 3,06 : 0,5. The composition of the concrete mixture by weight: cement: sand: crushed stone: water = 1: 2.08: 3.06: 0.5.

Количество добавок составляет соответственно 0,2-1,0 и 0,005 - 0,1% от массы цемента [2]. The amount of additives is respectively 0.2-1.0 and 0.005 - 0.1% by weight of cement [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. The objective of the invention is to increase the radiation resistance of concrete, improve water resistance and gas tightness, create a composition with improved rheological parameters (fluidity and ductility to ensure filling volumes of complex configuration), sufficient durability, which can be used as a preservative during decommissioning, disposal and long-term storage of nuclear and hazardous facilities. The composition must provide active protection of metal structures against corrosion, it must be reliable even in aggressive environments, it is not toxic, fire and explosion proof, accessible by the material used, and possess the ability to mechanized installation. The mixture must be non-stratified, homogeneous, with high fluidity and be able to fill structural volumes of complex configuration. The composition should correspond to a specific thermal stress state of the concrete mass, which will be created as a result of monolithic.

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.To solve this problem, a concrete mixture of the following composition was proposed: Portland cement as a binder, shungizitic filler of two different fractions (dust and sand), the addition of C-3 superplasticizer (based on naphthalene formaldehyde constituents), air-entraining additive SDO (wood-saponified resin), water. To ensure nuclear safety from spontaneous chain reaction, boron carbide B ₄ C was introduced into the composition.

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.The components are taken in the following ratio:
Portland cement - 37.04-39.14
Shungizitic dust (with a specific surface area of 2800 cm / g, particle size of 50-250 microns) - 12.28-13.21
Shungizit sand (particle size 0.14-2.5 mm) - 29.45-31.68
Additive of superplasticizer C-3 (based on naphthalene formaldehyde components) - 0.259-0.274
SDO air-entraining additive (wood-saponified resin) - 0.018-0.02
Boron Carbide B ₄ C - 1.68-1.73
Water - 17.7-18.8
New in the composition is shungizit filler and boron carbide. The combination of the claimed features allows to obtain concrete with improved protective performance for gas and water tightness. The presence of shungizite in the composition of the concrete mixture, which has the properties of a strong reducing agent, in various fractions and in the declared amount can increase the effectiveness of the protective properties of concrete. Shungizit acts as an absorber of radionuclides. Shungizitovy porous additive, works as a sorbent. To regulate the intergranular porosity, two modifications of the schungizite filler (fraction) are taken. Thus, an optimal intergranular space is ensured when the gas migrates during the radiolysis of water, and its remaining part is delayed.

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.Increased filtration (in particular, H atoms through a system of submicropores, the size of which lies in the range from 10 to 15

), which improves the waterproof performance, makes it possible to practically reduce the leaching of radionuclides to zero, which increases the protective and immobilization functions of protective barriers until the radiation disappears completely, since the concrete of the proposed composition not only has protective properties, but also retains radionuclides. Due to improved gas filtration, these do not accumulate, but are removed to the outside, the radiolysis properties of the composition are softened, and this process decreases exponentially, the material becomes non-explosive, its durability increases, since the destructive and bursting factors that can trigger an explosion disappear.

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.Boron carbide B ₄ C is used as an active finely dispersed additive, since it is a neutron absorber, provides nuclear safety from spontaneous chain reaction. Needed in cases where there is nuclear fuel, it also provides absorption of thermal radiation.

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. During γ-irradiation, OH and atomic H groups are formed as a result of water decomposition, which contributes to the intensification of the cement hydration process, thereby increasing the strength of concrete.

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. The technology for preparing protective concrete includes the following operations: the starting materials are loaded into the concrete mixer in the following sequence: Portland cement and dust are mixed first, then shungizit sand is introduced. Separately, C-3 superplasticizer and an SDL air-entraining additive are introduced into the mixing water, and then water is introduced into the mixture of Portland cement with shuntisite filler and aggregate and everything is mixed. Boron carbide is introduced.

Конкретные примеры смесей с максимальным, оптимальным и минимальным содержанием компонентов представлены в табл. 1. Specific examples of mixtures with a maximum, optimal and minimum content of components are presented in table. one.

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. When the ratios are less than the minimum, the necessary qualities of the concrete mixture and the reliability of concrete protection are not provided, concrete becomes unstable, a decrease in other concrete indicators is also observed. At values exceeding the maximum, stratification of concrete is observed; in addition, the use of components in such quantities is not economically feasible.

Экспериментальные показатели свойств защищаемого состава в сравнении с известным составом представлены в табл.2. The experimental properties of the protected composition in comparison with the known composition are presented in table.2.

Claims (1)

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 - ОстальноеоConcrete mixture including Portland cement, filler, a complex additive of a superplasticizer based on sodium salt of the condensation product of naphthalene sulfonic acid with formaldehyde and an air-entraining agent - saponified wood resin and water, characterized in that it contains shungizite dust with a specific surface area of 2800 cm ² / g and shungizit sand of a fraction of 0.14 - 2.5 mm and further comprises a fine powder of boron carbide in the following ratio of components, wt.%:
Portland cement - 37.04 - 39.17
Indicated shungizite dust - 12.28 - 13.21
Indicated shungizit sand - 29.45 - 31.68
Specified superplasticizer - 0.259 - 0.274
Specified air-entraining agent - 0.018 - 0.02
Fine powder of boron carbide - 1.68 - 1.73
Water - Rest

Images