Розробка та оптимізація складу спеціального бетону

Abstract

Сьогодні актуальним основним матеріалом для радіаційного захисту і створення опірних конструкцій атомних електростанцій і ядерних установок (ядерні реактори, прискорювачі часток, контейнери, призначені для зберігання, транспортування, поховання і переробки ядерного палива і радіоактивних відходів) є бетон. Наведено результати розробки та оптимізації складів спеціального бетону на основі барійвмісного цементу для створення конструкцій біологічного захисту. Оптимізовано склад радіаційностійкого барійвмісного цементу. Встановлено основні технічні властивості отриманих цементів, та можливість отримувати спеціальні важкі бетони на основі синтезованих в’яжучих. Обрано трифазну систему компонентів заповнювача для синтезу бетону. В якості заповнювача обрано природні та штучно одержані матеріали: барит, хромітовий концентрат та піритні огарки. Для раціонального складу розраховано коефіцієнт масового поглинання гаммавипромінювання та за допомогою симплекс-ґратчастого методу планування експерименту спрогнозовано склад бетону. Визначено фізико-механічні властивості розроблених бетонів за стандартними методиками для спеціальних матеріалів. Встановлено суттєве підвищення захисних властивостей бетону при використанні запропонованого заповнювача. За результатами проведених розрахункових і експериментальних досліджень отримано склад важкого бетону, здатного ефективно послаблювати жорстке іонізуюче випромінювання, протистояти впливу агресивних середовищ та температур в інтервалі 1200–1400°С. Екологічний аспект розробки полягає в запропонованій можливості використання технічної сировини в якості значної частини заповнювача спеціальних матеріалів. Розроблені матеріали запропоновані при виробництві бетонних контейнерів для утилізації та тривалого зберігання твердих радіоактивних відходів з термічним навантаженням.The results of the development and optimization of special concrete compositions based on barium-containing cement to create structures for biological protection are given. The composition of radiation resistant barium-containing cement has been optimized. The main technical characteristics of the obtained cements, and the ability to produce special heavy concrete based on synthesized binders, were ascertained. A three-phase filling component system for concrete synthesis was selected. Natural and artificially obtained materials were chosen as the fillers: barite, chromite concentrate, and pyrite cinders. For the rational composition of concrete, the mass absorption coefficient of gamma radiation was calculated, and its composition was predicted using the simplex-lattice method of experiment planning. The physicomechanical properties of the developed compositions were determined by standard methods for special materials. Established a significant increase in the protective properties of concrete when using the proposed filler. According to the results of computational and experimental studies, the composition of heavy concrete was obtained, which is able to effectively attenuate hard ionizing radiation, to withstand the effects of aggressive media and temperatures in the range of 1200-1400 °C. The environmental aspect of development lies in the proposed possibility of using technical raw materials as a significant part of the filler of synthesized special materials. The developed materials can be offered in the production of concrete containers for the disposal and long-term storage of solid radioactive waste with thermal loads