Конструкционный Композиционный материал на основе цементного вяжущего и железооксидного наполнителя

Павленко З.В.

Павленко З. В.

Кандидат технических наук, доцент, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова КОНСТРУКЦИОННЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ ЦЕМЕНТНОГО ВЯЖУЩЕГО И

ЖЕЛЕЗООКСИДНОГО НАПОЛНИТЕЛЯ

Аннотация

Разработаны составы и технология получения радиационно-защитного композита с высоким содержанием оксидов железа. Установлено уравнение регрессии и рассчитана прочность на сжатие композита, в зависимости от исследуемых технологических параметров.

Ключевые слова: конструкционный композит, атомные реакторы, радиационная защита, свойства, уравнение регрессии.

Pavlenko Z. V.

PhD in technica, Associate professor, Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhova

CONSTRUCTIONAL COMPOSITE MATERIAL ON THE BASIS OF THE CEMENT KNITTING AND

ZHELEZOOKSIDNY FILLER

Abstract

Structures and technology of receiving a radiation protective composite with the high content of oxides of iron are developed. The equation of regression is established and durability is calculated on composite compression, depending on studied technological parameters.

Keywords: constructional composite, nuclear reactors, radiation protection, properties, regression equation.

Одной из проблем обеспечения безопасности в атомной промышленности является создание радиационно-защитных материалов и композитов с повышенными физико-техническими характеристиками.

Разработаны составы и технология получения радиационно-защитного композита (РЗК) с высоким содержанием оксидов железа, капсулированных в силикатной матрице с вяжущими свойствами [1-8]. С учетом конструкционных и радиационнозащитных характеристик подобран оптимальный состав РЗК, включающий, % масс.: цементное вяжущее - 19,0; магнетит - 76,2; кремнийорганическая добавка - этилсиликат-40 - 4,8. Химический состав полученного конструкционного композита, % масс.: СаО - 13,0; SiO2 - 6,4; Al2O3 - 1,2; Fe3O4 - 79,4.

Обработка экспериментальных данных по выбору оптимальных технологических параметров процесса формования мелкозернистого прессованного РЗК, с учетом известных решений [9-14], позволила установить уравнение регрессии и рассчитать прочность на сжатие композита, в зависимости от исследуемых технологических параметров (в диапазоне удельных давлений прессования - от 2,5 до 25 МПа):

= 24,8 + 2,5-Xi + 4,8-Х2 + 3,5-Х3 - 9,7-Х4 - 5,1Х5 - 1,1ХГХ2 -1,8-ХгХ3 + 0,8ХГХ4 - 0,4ХГХ5 - 2,5-Х2-Х3 - 1,2-Х2-Х4 -0,8Х2Х5 - 1,1Х3Х4 + 0,8Х4Х 5

(где: Х1 - давление прессования; Х2 - модуль крупности; Х3 - отношение вода - вяжущее; Х4 - отношение вяжущее - оксид железа; Х5 - отношение вяжущее - вода).

Разработанная технология получения РЗК удовлетворяет требованиям ГОСТ 16327-88, АС (ОПБ-88) и АЭ Г-1-011-89 к материалам для формирования инженерных барьеров в атомной промышленности [15-16].

Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках государственного задания №1300.

Литература

1. Матюхин П. В. Композиционный материал, стойкий к воздействию высокоэнергетических излучений / Матюхин П. В., Павленко В. И., Ястребинский Р. Н. // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. -2012. - № 2. - С. 25-27.

2. Перспективы создания современных высококонструкционных радиационно-защитных металлокомпозитов / Матюхин П. В., Павленко В. И., Ястребинский Р. Н., Бондаренко Ю. М. // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2011. - № 2. - С. 27-29.

3. Павленко В. И. Радиационно-защитный бетон для биологической защиты ядерных реакторов / Павленко В. И., Епифановский И. С., Ястребинский Р. Н. // Перспективные материалы. - 2006. - № 3. - С. 22.

4. Радиационно-защитный бетон для АЭС c РБМК на основе железо-серпентинитовых композиций с цементным связующим / Павленко В. И., Смоликов А. А., Ястребинский Р. Н., Дегтярев С. В., Панкратьев Ю. В., Орлов Ю. В. // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2004. - № 8. - С. 66.

5. Композиционный материал для защиты от гамма-излучения / Ястребинский Р. Н., Павленко В. И., Матюхин П. В., Четвериков Н. А. // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2011. - № 3. - С. 17-20.

6. Композиционный материал для радиационной защиты / Матюхин П. В., Павленко В. И., Ястребинский Р. Н., Бондаренко Ю. М. // Патент на изобретение, RUS 2470395, 20.12.2010.

7. Павленко В. И. Радиационно-защитный тяжелый бетон на основе железорудного минерального сырья / Павленко В. И., Воронов Д. В., Ястребинский Р. Н. // Известия высших учебных заведений. Строительство. - 2007. - № 4. - С. 40-42.

8. Радиационно-защитный бетон для биологической защиты ядерных реакторов / Павленко В. И., Ястребинский Р. Н., Смоликов А. А., Дегтярев С. В., Воронов Д. В. // Перспективные материалы. - 2006. - № 2. - С. 47-50.

9. Павленко В. И. Тяжелый бетон для защиты от ионизирующих излучений / Павленко В. И., Ястребинский Р. Н., Воронов Д. В. // Строительные материалы. - 2007. - № 8. - С. 48-49.

10. Павленко В. И. Исследование тяжелого радиационно-защитного бетона после активации быстрыми нейтронами и гамма-излучением / Павленко В. И., Ястребинский Р. Н., Воронов Д. В. // Инженерно-физический журнал. - 2008. - Т. 81. - № 4. - С. 661665.

11. Павленко В. И. Полимерные радиационно-защитные композиты: монография / В. И. Павленко, Р. Н. Ястребинский. Белгород. - 2009.- 220 с.

12. Ястребинская А. В. Коррозионностойкие полимеркомпозиты на основе эпоксидных и полиэфирных олигомеров для строительства / Ястребинская А. В., Павленко В. И., Ястребинский Р. Н. // Перспективы развития строительного комплекса. - 2012.

- Т. 1. - С. 243-247.

13. Радиационно-защитный композиционный материал на основе полистирольной матрицы / Павленко В. И., Едаменко О. Д., Ястребинский Р. Н., Черкашина Н. И. // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова.

- 2011. - № 3. - С. 113-116.

14. Матюхин П. В. Исследование механизмов модифицирования поверхности природных железорудных минералов алкилсиликонатами / Матюхин П. В., Ястребинский Р. Н. // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. - 2005. - Т. 48. - № 4. - С. 140.

15. Структурообразование металлоолигомерных водных дисперсий / Ястребинский Р. Н., Павленко В. И., Ястребинская А. В., Матюхин П. В. // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2012. - № 2. - С. 121123.

65

16. Механическая активация полимерных диэлектрических композиционных материалов в непрерывном режиме / Ястребинская А. В., Павленко В. И., Матюхин П. В., Воронов Д. В. // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова.- 2009. - № 3. - С. 74-77.

Павленко З. В.

Кандидат технических наук, доцент, Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова РАДИАЦИОННОЕ УПРОЧНЕНИЕ МАТЕРИАЛА ЗАЩИТЫ ДЛЯ АТОМНЫХ РЕАКТОРОВ АЭС

Аннотация

В статье рассмотрены свойства радиационно-защитного тяжелого бетона на железооксидном заполнителе и возможность его радиационного упрочнения за счет образования в системе ферритов кальция.

Ключевые слова: тяжелый бетон, радиационная защита, радиационное упрочнение.

Pavlenko Z. V.

PhD in technica, Associate professor, Belgorod State Technological University named after V. G. Shukhova RADIATION HARDENING OF THE MATERIAL OF PROTECTION FOR NUCLEAR REACTORS OF THE NUCLEAR

POWER PLANT

Abstract

In article properties of radiation protective heavy concrete on zhelezooksidny filler and possibility of its radiation hardening due to education in system offerrite of calcium are considered.

Keywords: heavy concrete, radiation protection, radiation hardening.

В настоящее время наиболее остро стоит проблема модернизации и реконструкции энергоблоков АЭС с реакторами РБМК. Это обусловлено тем, что в блоках радиационной защиты и плитах настила серии Сб. 11 реакторов РБМК применялся железосерпентинитовый цементный камень (материал ЖБСЦК), производство которого приостановлено с 1996 г. Поэтому действующие АЭС с реакторами РБМК (Курская, Ленинградская, Смоленская) остро ставили вопрос о возобновлении производства тяжелого защитного бетона с более высокими радиационно-защитными и эксплуатационными характеристиками.

Авторами разработан железо-магнетито-серпентинитовый цементный бетон (марка ЖМСЦБ), соответствующий всем современным требованиям Ростехнадзора и по ряду радиационно-защитных и эксплуатационных свойств превосходящий известные российские и зарубежные аналоги, в том числе материала ЖБСЦК, что позволяет полностью заменить последний при проведении модернизации и реконструкции энергоблоков АЭС [1-7].

Нейтронозащитные свойства ЖМСЦБ на 25% выше аналогов. В материале не происходит накопления тепловых и промежуточных нейтронов. Поэтому, при замене блоков ЖБСЦК в Сб.11 реактора РБМК на блоки из материала ЖМСЦБ, на настиле плит реактора мощность дозы нейтронов снижается в 1,5-2 раза [8-10].

При радиационном у-облучении ЖМСЦБ с высокой поглощенной дозой 20 МГр механическая прочность композита возрастает на 27 %, за счет образования в системе ферритов кальция и радиационного упрочнения материала. При этом известный материал ЖБСЦК обнаруживает визуальные микротрещины.

Образцы ЖМСЦБ прошли испытания в ОАО «НИКИЭТ», г. Москва, ОАО «ГНЦ НИИАР» (г. Димитровград), Курской АЭС ОАО «Концерна Росэнергоатом» и получили положительные заключения экспертизы [11-16].