Шлакощелочное вяжущее для радиационно-защитных строительных материалов

Шлакощелочное вяжущее для радиационно-защитных строительных материалов

Реферат

Изобретение относится к составам шлакощелочных вяжущих и может быть использовано для изготовления строительных материалов, эксплуатирующихся в условиях воздействия ионизирующих излучений.

Известно вяжущее (а.с. №419489, С04В 7/14, 7/28), включающее, мас.%:

Гранулированный шлак с удельной поверхностью
350-400 м2/кг	81…90
Соединения щелочных металлов в пересчете на R2O
(гидроксид натрия, гидроксид калия, метасиликат
натрия, а также отходы производства, содержащие
эти соединения)	4…11
Зола-унос с удельной поверхностью 350-400 м2/кг	6…18

Недостатком указанного вяжущего является использование повышенного количества щелочного компонента, что в процессе эксплуатации изделия приводит к его выщелачиванию, ухудшению декоративных свойств изделий и снижению показателей эксплуатационных свойств.

Известно также шлакощелочное вяжущее (а.с. №1615161, С04В 7/153), предназначенное для изготовления строительных бетонов и включающее, мас.%:

Гранулированный доменный шлак с удельной
поверхностью 300-350 м2/кг	71…80
Пыль производства ферросилиция с удельной
поверхностью 500-550 м2/кг и содержанием
аморфного кремнезема 65-75%	15…20
Щелочной активизатор (раствор плава солей
с плотностью 1,3-1,5 г/см3)	5…9

Недостатком указанного вяжущего является использование в качестве щелочного активатора отходов химикофармацевтического производства с переменным химическим составом. Это влияет на качество бетонов, изготавливаемых с применением предлагаемого шлакощелочного вяжущего. Кроме того, технология изготовления указанного вяжущего предполагает проведение сушки шлака (до влажности не более 1%), что усложняет и повышает энергозатратность технологии, а также повышает стоимость продукции.

Близким по техническому решению является вяжущее для изготовления растворов и бетонов (а.с. №1379265 С04В 7/14), включающее, мас.%:

Доменный граншлак с удельной поверхностью
320 м2/кг	88,0…93,0
Гидроксид натрия	6,3…11,64
Феррат натрия	0,21…1,2

Недостатком указанного вяжущего является использование гранулированных шлаков, содержащих большое количество оксида кремния, который под действием ионизирующего излучения значительно изменяет кристаллическую структуру, что приводит к снижению физико-механических показателей вяжущих, бетонов и растворов [1].

Изобретение направлено на получение шлакощелочного вяжущего для радиационно-защитных строительных материалов.

Указанный технический эффект достигается тем, что для изготовления шлакощелочного вяжущего для радиационно-защитных строительных материалов используются шлак, гидроксид натрия и модификатор, при этом в качестве шлака используется ферроборовый шлак с удельной поверхностью 300-400 м²/кг, а в качестве модификатора - золь гидроксида железа (III), стабилизированный желатином, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Ферроборовый шлак с удельной
поверхностью 300-400 м2/кг	69,93…70,18
Гидроксид натрия	1,75…2,10
Золь гидроксида железа (III),
стабилизированный желатином	27,97…28,07

Шлакощелочное вяжущее для радиационно-защитных строительных материалов содержит ферроборовый шлак, гидроксид натрия, золь гидроксида железа (III), стабилизированный желатином.

Ферроборовый шлак АО «Новолипецкий металлургический комбинат» имеет следующий химический состав, мас.%: Al₂O₃ - 71,6; СаО - 10,7; MgO - 2,6; В₂О₃ - 12,2; Fe₂O₃ - 2,6; SiO₂ - 0,3. Использование указанного шлака обеспечивает получение композита с высоким содержанием бора, который является эффективным поглотителем нейтронов; наличие алюминия, железа, кальция и магния обеспечивает поглощение гамма-излучения.

В качестве щелочного активатора применяется гидроксид натрия, соответствующий ГОСТ 4328-77. В качестве модификатора, повышающего показатели эксплуатационных свойств шлакощелочного вяжущего, применяется стабилизированный желатином золь гидроксида железа (III). Для приготовления золя гидроксида железа (III) используется 6-ти водный хлорид железа (ГОСТ 4147-74). Концентрация золя гидроксида железа равна 0,2% (в пересчете на гидроксид железа), размер частиц золя железа - 5-6 нм. Для предотвращения разрушения золя гидроксида железа (III), происходящего при введении гидроксида натрия, применяется желатин (ГОСТ 11293-89) в количестве 0,5% от массы золя.

Шлакощелочное вяжущее готовится следующим образом. Приготавливается 0,2% золь гидроксида железа (III). Для этого в кипящую водопроводную воду порционно добавляется раствор хлорида железа. Затем в охлажденный золь добавляется отдозированное количество желатина, в течение 40-60 мин выдерживается до набухания желатина. Далее золь, содержащий желатин, подвергается нагреву до кипения. Продолжительность кипения - 3-5 мин. В охлажденный стабилизированный желатином золь гидроксида железа (III) добавляется отдозированное количество гидроксида натрия. Полученный раствор добавляется в ферроборовый шлак, измельченный в шаровой мельнице до удельной поверхности 300-400 м²/кг. Смесь тщательно перемешивается. Далее в приготовленное шлакощелочное вяжущее можно добавлять наполнители и заполнители для получения строительных растворов или бетонов.

Составы предлагаемого шлакощелочного вяжущего приведены в табл.1, а свойства затвердевшего шлакощелочного камня - в табл.2.

Таблица 1
Компоненты смеси	Содержание компонентов, мас.%
Состав
Прототип	Предлагаемое вяжущее
№1 [2]	№2 [3]	№3 [4]
Состав №1	Состав №2
Гранулированный доменный шлак	81-90	71-80	88-93	-	-
Ферроборовый шлак с удельной поверхностью 300-400 м2/кг	-	-	-	70,18	69,93
Гидроксид натрия	-	-	6,3-11,64	1,75	2,10
Щелочной активизатор (раствор плава солей)	-	5-9	-	-	-
Феррат натрия	-	-	0,21-1,2	-	-
Соединения щелочных металлов в пересчете на R2O	4-11	-	-	-	-
Зола-унос	6-18	-	-	-	-
Пыль производства ферросилиция	-	15-20	-	-	-
Стабилизированный желатином золь железа	-	-	-	28,07	27,97

Таблица 2
Свойство	Прототип	Предлагаемое вяжущее
№1	№2	№3
Состав №1	Состав №2
Сроки схватывания, мин:
- начало	71-980	-	-	130	120
- конец	130-1430	-	-	360	340
Диаметр расплыва, мм	-	-	-	120	115
Средняя плотность, кг/м3	-	-	-	1870	1780
Предел прочности, МПа (естественное твердение):
- при сжатии	48,7-83,4	54,4-78,2	30,0-50,0	33,4	34,2
- при изгибе	6-8,9	9,3-16,4	-	7,4	8,3
Предел прочности, МПа тепловлажностное твердение):
- при сжатии	44-81,7	56,4-76,0	50,0-60,0	-	-
- при изгибе	5,5-8,9	9,5-15,9	-	-	-
Морозостойкость, цикл	-	-	200	-	-
Воздухостойкость,цикл	-	-	Не менее 200	-	-
Модуль упругости, МПа, E·104	-	-	1,8-2,8	-	-
Ползучесть, МПа	-	-	0,18-0,23	-	-
Нормальная густота, %	-	-	26,0	-	-
Коэффициент линейного ослабления гамма-излучения, 1/см, при энергии:
- 0,5 МэВ	-	-	-	0,16	0,159
- 1,0 МэВ	-	-	-	0,11	0,116
- 3,0 МэВ	-	-	-	0,065	0,066

Как видно из табл.2, предлагаемое вяжущее обладает высокими значениями коэффициента линейного ослабления γ-излучения и сопоставимой с прототипом прочностью.

Литература

1. Дубровский В.Б. Радиационная стойкость строительных материалов. - М.: Стройиздат, 1977. - 285 с.

2. А.с. №419489, МКИ С04В 7/14, С04В 7/28 «Вяжущее».

3. А.с. №1615161, МКИ 7/153 «Шлакощелочное вяжущее».

4. А.с. №1379265, МКИ С04В 7/14 «Вяжущее».

Шлакощелочное вяжущее для радиационно-защитных строительных материалов, включающее шлак, гидроксид натрия и модификатор, отличающееся тем, что оно содержит в качестве шлака ферроборовый шлак с удельной поверхностью 300-400 м²/кг, в качестве модификатора - 0,2%-ный золь гидроксида железа (III), стабилизированный желатином в количестве 0,5% от его массы при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Ферроборовый шлак с удельной
поверхностью 300-400 м2/кг	69,93-70,18
Гидроксид натрия	1,75-2,10
Золь гидроксида железа (III),
стабилизированный желатином	27,97-28,07