автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Пленочные материалы для защиты от радиации

ПЕНЗЕНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

; . Г - - 4

1 о V,-

2 1\ МАР 1997

На правах рукописи Гелашвили Венера Рифатьевна ПЛЕНОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ РАДИАЦИИ

Специальность 05.23.05 "Строительные материалы и изделия"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пенза - 1997

- г -

Работа выполнена в Пензенской государственной архитектурно-строительной академии.

Научный руководитель - чл.-корр. РААСН, заслуженный

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

В.И.Калашников - кандидат технических наук, доцент A.C. Мишин

Ведущая организация - АО "Пензаводмелиорация"

Защита состоится _ 1997 года в _ часов в

блок-вставке на заседании совета К 064.73.01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Пензенской государственной архитектурно-строительной академии по адресу: г. Пенза, ул. Титова, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии. Автореферат разослан ___ 1997 г.

деятель науки и техники России, доктор технических наук, профессор А.П.Прошин

Научный консультант - академик РААСН, заслуженный

деятель науки и техники России, доктор технических наук, профессор В.И.Соломатов

Ученый секори"3^ диссертационного огрета К 064.73.01, кандидат технических наук, доцент "^ЕГ^ТЙ

Ю.П.Скачков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современное развитие атомной энергетики, медицины, химической промышленности, а также осуществление военной конверсии требуют создания новых материалов, обладающих высокой радиационной стойкостью.

Потребность в таких материалах непрерывно возрастает. Существующие полимерные покрытия, обладающие стойкостью к ионизирующему излучению, являются очень дорогостоящими. В связи с этим весьма актуальной проблемой является разработка дешевых пленочных материалов, обладающих стойкостью и защитным действием по отношению к ионизирующему излучению.

Такие пленочные материалы могут быть применены для временной защиты от радиации, в том числе от мягкого родонового излучения, например, покрытия загрязненной земли при затянувшемся сроке дезактивации, транспортировки радиоактивного грунта, временного захоронения радиоактивных отходов с целью предотвращения их бесконтрольного распространения на границе предельно допустимого уровня радиации (ПДУ) и т. д.

В данной работе для создания таких покрытий в качестве связующего применяли зкидкое стекло - технический силикат натрия. Жидкое стекло является вполне удовлетворительным радиационностой-ким вяжущим, оно вполне доступно по экономическим соображениям, его можно производить не только на специализированных промышленных предприятиях, но и наладить производство на отдельных местных предприятиях стройиндустрии.

Исходя из этого, настоящая работа была посвящена разработке и исследованию свойств пленочных материалов на основе жидкого

стекла, предназначенных для временной защиты окружающей среды от действия ионизирующих излучений.

Применение в качестве наполнителя для таких материалов отходов производства оптического стекла позволяет решить проблему их утилизации на одном из крупнейших предприятий Пензенской области. Подобные отходы имеются и на других предприятиях страны.

Работа выполнена в рамках научно-исследовательской темы "Создание и исследование свойств высоконаполненных материалов для защиты от радиации" (Ы Г.Р. 01940006418).

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является разработка и исследование свойств пленочных материалов, обладающих стойкостью к ионизирующему излучению, предназначенных для купирования радиоактивных осадков и временного захоронения радиоактивных отходов.

Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:

1. Исследовать влияние исходных компонентов на процессы структурообразования и свойства наполненных пленочных материалов (НБМ).

2. Исследовать влияние модификаторов на реологические, де-формативные и прочностные свойства, а также на внутренние напряжения, усадку и водостойкость НПМ.

3. Исследовать защитные свойства и стойкость НШ при разных дозах ионизирующего излучения.

4. Оптимизировать разработанные составы НБМ с целью обеспечения наибольшей плотности материалов с повышенными коэффициентами ослабления радиоактивного излучения.

Научная новизна. Установлены оптимальные составы жидкосте-кольных композиций для временной защиты от ионизирующих излуче-

ний, имеющие плотность 2400-2700 кг/и3, обладающие повышенным коэффициентом поглощения радиационного излучения.

Предложено для повышения защитных свойств покрытий вводить в рецептуру в качестве наполнителя тонкомолотые отходы оптического стекла в смеси с отвердителем. В качестве отвердителя предложено использовать феррохромовый шлак - побочный продукт металлургической промышленности. Установлено оптимальное содержание наполнителя и отвердителя.

Установлены закономерности структурообразования жидкосте-кольных композиций. Ж-спектроскопическим методом выявлено химическое взаимодействие между связующим, тонкодисперсным наполнителем ТФ 110 и отвердителем.

Для повышения водостойкости композиции, снижения вязкости и достижения оптимальной жизнеспособности предложено вводить в композицию модифицирующие добавки (суперпластификатор С-3 в количестве 0.3% от массы жидкого стекла и гидрофобизируюшую кремни-йорганическую жидкость 136-41 - 0.IX).

Получены расчетные зависимости для прогнозирования реологических и физико-механических свойств, радиационной стойкости покрытий от содержания наполнителя, отвердителя и концентрации модифицирующих добавок.

Исследованы технологические и эксплуатационные свойства разработанных композитов. На основании полученных результатов определены рациональные области применения композитов и эффективность их использования в строительстве и других отраслях промышленности.

Практическое значение, разработаны новые эффективные покрытия, обладающие стойкостью к ионизирующему излучению, с повышен-

- б -

ными коэффициентами ослабления ионизирующих излучений, наносимые на защищаемую поверхность всеми способами лакокрасочной техники. Использование в качестве наполнителя отходов производства тяжелого стекла позволяет решить вопросы их утилизации на различных предприятиях страны.

Определены технологические режимы приготовления модифицированных композиций. Разработаны рекомендации по изготовлению и применению составов для временной защиты от ионизирующих излучений при транспортировке радиоактивного грунта, временного захоронения радиоактивных отходов с целью предотвращения их бесконтрольного распространения и т.д.(проект технических условий).

Реализация работы. Разработанные составы наполненных пленочных материалов получили промышленную проверку и опытное внедрение на территории г.Пензы и области (п/я А-3293, Областной комитет по охране природы).

Апробация работы. По результатам исследований сделаны доклады и сообщения: на III Международной научно-практической конференции "Вопросы планировки и застройки городов" (23-24 мая 1996 г.), г. Пенза; XXVIII Научно-технической конференции ПГАСИ (27-31 марта 1995г., г. Пенза; VII Научно-практической конференции "Прогрессивные технологии и конструкции в строительстве" (6-7 июня 1995г.), г.С-Петербург, 1995 г.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано б работ, получено положительное решение по заявке на патент (приоритет от 27.06.95 г., N 95110999/25).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, приложений, содержит _страниц машинописного текста, _рисунков, _

таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы. Приведены цель и задачи исследований, научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе проведен анализ состояния вопроса. В обзоре литературных источников показаны положительные качества и основные недостатки существующих материалов для защиты от ионизирующих излучений.

Большинство традиционно используемых защитных пленочных материалов (эпоксидные, перхлорвиниловые, полиэфирные лакокрасочные покрытия, полиэтиленовые и поливинилхлоридные пленки) обладает высокой себестоимостью, что ограничивает их применение для временной защиты от радиации.

Для непродолжительной защиты от действия ионизирующего излучения (например, временное захоронение радиоактивных отходов или купирование радиоактивных осадков) целесообразно применение дешевых пленочных материалов, обладающих стойкостью к действию радиации и имеюпщх достаточно высокий коэффициент ослабления ионизирующего излучения.

Во второй главе сформулированы цели и задачи исследований с учетом выводов и заключений, сделанных в первой главе. Приведены основные характеристики исходных материалов и методы испытаний основных физико-механических свойств разработанных композиций.

Для приготовления НПМ использовали в качестве пленкообразующего натриевое жидкое стекло различной плотности (ГОСТ 9179-70). В качестве наполнителя были использованы молотые отходы стекла

марки ТФ 110 с плотностью 5100 кг/м3.

Для отверждения жидкостекольной композиции в работе применяли феррохромовый шлак - побочный продукт при флюсовой выплавке безуглеродистого феррохрома (ТУ 14-11-95-74).

В качестве модификаторов использовали гидрофобизирующую кремнийорганическую жидкость 136-41 (ГОСТ 10834-76) и суперпластификатор С-3 (ГУ 6-14625-80).

Исследование свойств НШ проводили с применением современных механических, физико-химических и математических методов. Физико-механические характеристики определяли по методам соответствующих ГОСТов.

Смачиваемость жидким стеклом поверхности наполнителя определяли по геометрическим параметрам капли связующего на горизонтальной поверхности наполнителя. Внутренние напряжения определяли консольным методом в соответствии с ГОСТ 13036-67. Линейную усадку исследовали на горизонтальном оптическом компараторе ИВА-2. Предельное напряжение сдвига жидкостекольных композиций определяли на коническом пластометре КП-3. Вязкость пленочных составов определяли с помощью вискозиметра ВЗ-4. Твердость покрытий определяли по маятниковому прибору М-3. Определение поверхностного натяжения производили сталагмометрическим методом.

Деформативные показатели измеряли на коническом инденторе Гепплера.

Кинетику отверждения и молекулярную структуру изучали методом ИК-спектроскопии на инфракрасном спектрометре ЗРЕСОИО 75-Ш .

Радиационную стойкость покрытий изучали по коэффициенту ослабления рентгеновского излучения с помощью стационарного ренгге-нодефектоскопического аппарата типа РАП 150/300-13.

Коэффициент диффузии влаги оценивали весовым методом. Водо-поглощение определяли на аналитических весах по изменению массы композитов после экспозиции в воде.

Исследования проводили в соответствии с методами математического планирования. Обработку результатов испытаний проводили по современным статистическим методам с использованием ПК 1ВМ-386.

В третьей главе приведены результаты исследований влияния компонентов на структуру и свойства НПМ. Установлено, что при введении в состав жидкостекольной композиции модифицирующих добавок - гидрофобизирующей жидкости 136-41 и суперпластификатора С-3, улучшается смачиваемость поверхности наполнителя. Это позволило регулировать наполнение композиций молотыми отходами стекла марки ТФ 110, имеющими высокую плотность (5100 кг/м3) и эффективный химический состав, что явилось важным условием при создании покрытия с повышенным коэффициентом ослабления ионизирующих излучений.

Введение модифицирующих добавок способствует снижению поверхностного натяжения на границе жидкое стекло - воздух с 58 до 52.08 мДж/м2 в зависимости от концентрации добавок. Определены оптимальные концентрации добавок - 0.1% для жидкости 136-41 и 0.3% - для пластификатора С-3.

Проведены комплексные исследования реологических и физико-механических свойств. Установлен характер кривой течения и кинетика изменения свойств во времени. Для силикатного состава характерно псевдопластическое течение. Получена расчетная зависимость вязкости состава от степени содержания наполнителя, позволяющая подобрать рецептуру в зависимости от способа нанесения ма-

териала. Установлено, что изменение вязкости в зависимости от степени наполнения удовлетворительно подчиняется зависимости в соответствии с уравнением Гута - Гольда, однако более адекватно зависимость вязкости состава и от содержания наполнителя х в пределах от 0 до 85% описывает модель вида:

П = А ехр (осх) (1)

где А и й - числовые коэффициенты. Получена расчетная зависимость, имеющая вид:

т» = 27.227 ехр (0.0249 х) (2)

При добавлении в жидкостекольную композицию пластификатора С-3 в оптимальном количестве, равном 0.3% от массы жидкого стекла, вязкость состава уменьшается, и зависимость вязкости от степени наполнения выражается уравнением:

Т] = 19.724 ехр (0.016 х) (3)

Исследование кинетики структурообразования показало, что процесс структурообразования можно представить состоящим из двух стадий: инкубационной, когда наблюдается низкий рост пластической прочности, и активной стадии, когда наблюдается быстрый рост предельного напряжения сдвига, обусловленный образованием значительного количества коллоидных частиц геля кремнезема и их последующей агрегацией.

Активная стадия отверждения покрытий с содержанием шлака 50 - 70% начинается спустя 90 минут с момента отверждения, а с содержанием шлака 90% - 60 минут.

Математическая обработка результатов исследования показала, что зависимость предельного напряжения сдвига от времени отверждения в активной стадии может быть выражена уравнением:

У = а хь (4)

где х - Бремя отверждения.

Определены числовые значения коэффициентов а и b в зависимости от содержания отвердителя.

а = 2.59'1D~7 ; b = 2.55 для составов с содержанием шлака 50% от объема жидкого стекла;

а = 1.807-Ю-7 ; b = 2.56 при содержании шлака 70% от объема жидкого стекла;

а = 9.130 ; b = 2.22 при содержании шлака 90% от объема жидкого стекла.

Степень наполнения пленочного материала оказывает сильное влияние на кинетику нарастания предельного напряжения сдвига. Так, например, при содержании наполнителя ТФ 110 в количестве 50% от объема жидкого стекла значение предельного напряжения сдвига через 180 минут твердения составило 0.087 Ша, при содержании наполнителя 70% - 0.11 МПа, а при 90 %-ном содержании ТФ 110 -0.148 МПа.

С позиции теории перколяции оценено влияние степени наполнения на процесс структурообразования покрытий.

На основе полученных экспериментальных данных выбраны оптимальные технологические режимы приготовления модифицированных композиций.

Исследованием закономерностей структурообразования силикатных покрытий, проведенных с помощью ИК-спектроскопии, показано, что существует химическое взаимодействие между связующим, тонкодисперсным наполнителем ТФ 110 и отвердителем.

В четвертой главе приведены результаты исследований усадочных деформаций и внутренних напряжений, возникающих в покрытии в процессе отверждения.

Процесс отверждения покрытий сопровождается усадкой, которая приводит к образованию внутренних напряжений, отрицательно влияющих на монолитность покрытия. Проведенные исследования усадки пленочного покрытия от степени наполнения показали, что зависимости усадочных деформаций У от содержания наполнителя носят экспоненциальный характер и описываются уравнением:

У = А [1 - ехр(- Вх)] (5)

где А, В - числовые коэффициенты.

По времени усадка максимальна в течение первых двух месяцев твердения. Затем рост значений усадочных деформаций затухает и постепенно прекращается после 5 месяцев твердения материала. Резкое нарастание внутренних напряжений происходит при переходе системы в студнеобразное состояние вследствие замедления релаксационных процессов. Установлено, что это время составляет 10 - 12 суток.

Увеличение удельной поверхности наполнителя при одинаковой концентрации твердой фазы способствует уменьшению значений усадки, очевидно, за счет образования пленочной фазы матрицы в свободном пространстве между плотно упакованными частицами и более активного взаимодействия тонкодисперсного наполнителя - стекла ТФ 110 со связующим. Для снижения усадочных деформаций нами предложено использовать кремнийсрганические соединения. При введении оптимального количества жидкости 136-41, равного 0.1%, усадочные деформации снизились статистически на 4 - 5% по сравнению с контрольными образцами в результате увеличения подвижности надмолекулярных структур.

Исследована зависимость внутренних напряжений от степени наполнения композиции. Влияние степени ■ наполнения на внутренние

напряжения носит сложный характер. С увеличением степени наполнения материала свыше 50 - 70% внутренние напряжения возрастают. Очевидно, причина этого явления связана с тем, что частицы активного наполнителя изменяют надмолекулярную структуру связующего, существенно снижая подвижность структурных элементов. Замедление релаксационных процессов в наполненных пленочных материалах наряду со снижением усадки приводит к нарастанию внутренних напряжений, увеличению модуля упругости системы и понижению прочности на растяжение.

Наиболее интенсивный рост внутренних напряжений во всех составах наблюдается в течение первых 5-6 суток. При этом внутренние напряжения достигают 60 - 70% своих максимальных значений. В этот период возникает опасность зарождения дефектов структуры вследствие заторможенности релаксационных процессов.

Введение в состав композиции модифицирующей добавки - жидкости 136-41 в количестве 0.1Z от массы связующего понижает внутренние напряжения.

Физико-механические свойства огверждённых покрытий приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Свойства отвержденных покрытий

Содержание налол нителяД Содержание ог-вердите-ля, % Твердость , Ша Модуль упругости, .МПа Плотность, кг/м

условно-мгновенный равновесный

30 50 203 10718 5737 2360

50 50 322 14573 9337 2480

70 50 970 37540 24863 2690

50 30 178 8982 6549 2420

50 70 724 17114 10349 2520

С целью оптимизации составов покрытий применяли математичес-

кое планирование эксперимента. Для построения матрицы использовался центральный композиционный план. Реализация принятого плана позволила получить модели оптимизированных свойств в виде полных квадратных уравнений регрессии, полный статистический анализ которых, проведенный с помощью критериев Стьюдента и Фишера, показал, что полученные уравнения адекватно описывают исследуемую зависимость .

В пятой главе приведены результаты исследований эксплуатационной стойкости защитных пленочных материалов, в частности, их водо- и трещиностойкости, радиационной стойкости.

Было определено предельное влагосодержание пленок, рассчитан коэффициент диффузии влаги в зависимости от количества наполнителя, отвердителя, а также определено время достижения предельного влагосодержанияСтабл. 2).

Таблица 2.

Состав и свойства пленок

Содержа- Содержа- Плот- Время Предельное Коэффициент

ние на- ние от- ность достиже влагосодер- диффузии ,

полните- вердите- пленок, кг/м^ ния пре жание, % влаги-хЮ 0

ля, % от ля, % от дельно- сиг/с

объема объема го вла-

жидкого жидкого содер-

стекла стекла жания, мин.

30 50 2360 140 8.70 0,232

70 50 2690 170 6.88 0,204

70 90 2760 195 5.04 0,130

Увеличение содержания отвердителя от 50 до 90% в рецептуре покрытия приводит к снижению числового значения коэффициента диффузии влаги и повышению водозащитных свойств покрытия.

Проведенные исследования показали, что зависимость влагосо-

держания W от времени увлажнения в координатах W=/t аппроксимируется прямой линией, что свидетельствует о том, что диффузия влаги в исследуемом покрытии подчиняется закону Фика.

Установлено, что зависимость коэффициента диффузии влаги от температуры хорошо аппроксимируется уравнением Аррениуса, что позволило рассчитать значение энергии активации диффузии в зависимости от плотности жидкого стекла, количества отвердителя, наличия модифицирующих добавок.

Показано, что процесс диффузии влаги в покрытии наиболее интенсивен для состава, приготовленного на связующем плотностью 1200 кг/м3 и содержащего наименьшее количество отвердителя (20%). Максимальное значение энергии активации, равное 9.87 кДж/моль, получено для состава на жидком стекле плотностью 1450 кг/м3, содержащем 50% отвердителя, и модифицированного гидрофобизирующей жидкостью 136-41 в количестве 1%, что свидетельствует о большей водостойкости покрытия.

Установлено, что между величиной влагосодержания в покрытии и изменением физика-механических свойств, в частности твердости, существует корреляционная зависимость. Анализ корреляционной зависимости свидетельствует, что она имеет вид:

Т = A e-aW (6)

где W - количество сорбированной влаги, X. Методом наименьших квадратов получены эмпирические формулы зависимости твердости покрытий от влагосодержания для различных составов композиций:

Т = 31,98 e-°-0139W (7) - для покрытий, содержащих 50%

отвердителя при плотности жидкого стекла 1450 кг/м3;

Т = 29,51 е

гО. 01б?ш

(8) - для покрытий, содержащих 30%

отвердителя при плотности жидкого стекла 1450 кг/м3;

Т = 23,44 е

-О. 012Ш

(9) - для покрытий, содержащих 50%

отвердителя при плотности жидкого стекла 1200 кг/м3

Дополнительно для характеристики диффузии влаги через покрытие определяли характер изменения электрического сопротивления покрытий при контакте их с влагой. Установлено, что наблюдается резкое падение омического сопротивления в процессе увлажнения, особенно значительное в первые 60 минут. У образцов, приготовленных на жидком стекле с плотностью 1450 кг/м3, содержащих 50 % отвердителя, наблюдается меньшее изменение омического сопротивления в процессе увлажнения. Объемная гидрофобизация покрытий кремнийор-ганической жидкостью 136-41 способствует уменьшению проницаемости и незначительному снижению омического сопротивления.

Установлено, что распределение свойств покрытий подчиняется нормальному закону распределения, что позволило вычислить вероятность получения треданостойкого покрытия по формуле :

где Н - вероятность события-, Ф - функция Лапласа; 6 - напряжения, возникающие в покрытии; 1?р- когезионная прочность материала покрытия; 31 и Зг - среднеквадратичные отклонения величин Г?р и б.

С позиции теории надежности установлена область покрытий с обеспеченной усадочной трещиностойкостью.

Дополнительно для оценки трещиностойкости был рассчитан коэффициент трещиностойкости, равный отношению значений когезионной прочности покрытия и внутренних напряжений.

Показано, что составы даже с 30%-ным содержанием отвердителя имеют высокое значение обеспеченности усадочной трещиностойкости, но вследствие снижения водозащитных свойств покрытия из-за недостатка отверждения жидкостекольной композиции применение их не рекомендуется и для получения покрытий с комплексом высоких эксплу-' атационных свойств содержание отвердителя должно быть не менее 50%.

Исследованы защитные свойства композиций.. Установлено, что коэффициент линейного ослабления рентгеновского излучения с энергией 0.20 МзВ предлагаемого покрытия в 1.12 раза больше, чем традиционного строительного материала, используемого для защиты от радиации, - бетона (р = 2350 кг/м3). В табл.3 приведены экспериментально полученные данные линейных коэффициентов ослабления рентгеновского излучения разработанного материала и бетона.

При действии ионизирующих излучений, как известно, изменяются физико-механические свойства материалов - прочность, деформа-тивность, теплопроводность и другие характеристики." В табл.4 приведены результаты, характеризующие радиационную стойкость разработанных покрытий. Снижение твердости, модуля упругости покрытия после 36 часов облучения мощностью 3600 Р/ч составляет менее 25%, что свидетельствует о стойкости покрытия в условиях облучения рентгеновскими лучами.

Таблица 3.

Линейные коэффициенты ослабления рентгеновского излучения предложенных составов и бетонов, см"1

Материал Плотность, кгЛг Энергия облучения, МэВ

0.200 0.250 0.279

Бетон Разработанный состав 2350 2690 0.291 0.323 0.315 0.256

Таблица 4.

Изменение механических свойств образцов после облучения рентгеновскими лучами Е = 0.25 МэВ

N Мощность дозы, Р/ч Время облучения, ч. Доза облучения, Р Плотность, кгЛг Твердость , МПа Модуль упругости, МПа

0 - - _ 2690 846 19706

1 3600 12 43200 2690 802 18024

2 3600 24 84600 2690 743 16839

3 3600 36 129600 2690 685 15627

Для большей наглядности рассчитано эквивалентное время пре-

бывания защитных материалов в реальных условиях эксплуатации и относительное изменение твердости и модуля упругости исследуемых образцов за эквивалентное время эксплуатации. Результаты расчета приведены в табл.5.

Таблица 5.

Изменение механических свойств облученных образцов за эквивалентное время эксплуатации (U = 250 кВ)

N образца 5т, % 5Е, Z Эквивалентное время, год (Е = 0.25 МэВ)

1 5.2 8.5 14.9

2 17.2 14.5 28.18

3 19.0 20.6 43.08

Проведенные исследования послужили основанием для рекомендации выбора состава пленочного материала для временной защиты от радиации. Экспериментальные исследования и расчет вероятности получения трещиностойкого покрытия свидетельствуют, что с целью повышения трешиностойкости, водостойкости, радиационной,стойкости покрытия необходимо применять составы с содержанием • -отвердителя 50 - 70% от объема связующего в зависимости от способа нанесения: при безвоздушном распылении целесообразно использовать составы. с 50%-ным содержанием феррохромового шлака (при этом вязкость состава не должна превышать 160 с. по технологическим требованиям), а при нанесении покрытия наливом можно использовать составы с 70%-ным содержанием отвердителя (повышенная водостойкость и тре-щиностойкость).

Основные физико-механические свойства разработанного покрытия приведены в табл. 6.

Таблица 6. ОСНОВНЫЕ ФИЗИК0-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛЕНОЧНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ВРЕМЕННОЙ ЗАЩИТЫ ОТ РАДИАЦИИ

Наименование показателей Норма

Плотность, кг/м3 Жизнеспособность, час. Твердость, МПа Вязкость, с. по ВЗ-4 Водопог лощение, %. Коэффициент диффузии влаги, хЮ 0 см^/с Время высыхания до степени 5, час., при температуре 18°С 2320 - 2690 1.5 - 2 322 - 1290 35 - 160 5.04 - 8.70 0.130 - 0.232 5-6

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработаны оптимальные составы пленочных материалов с плотностью 2400-2700 кг/м3,обладающие защитным действием и стойкостью к ионизирующему излучению, предназначенные для купирования радиоактивных осадков и временного захоронения радиоактивных отходов.

2. Показана целесообразность применения в покрытиях, предназначенных для временной защиты от ионизирующих излучений, тонкомолотого наполнителя ТФ 110 оптимального химического состава и феррохромового шлака в качестве отвердителя.

3. Рассмотрено взаимодействие наполнителя с жидким стеклом. Установлено уменьшение краевого угла смачивания при введении модифицирующих добавок - суперпластификатора С-3 и жидкости 136-41. Установлены закономерности изменения реологических свойств разработанных композиций от степени содержания наполнителя, отвердителя и модифицирующих добавок. Получена расчетная зависимость вязкости, позволяющая подобрать рецептуру в зависимости от способа

нанесения материала на защищаемую поверхность.

4. Установлены закономерности структурообразования жидкосте-кольных композиций. Ж-спектроскопическим методом выявлены химическое взаимодействие между связующим, тонкодисперсным наполнителем ТФ 110 и отвердителем - феррохромовым шлаком.

5. Установлен механизм защитного действия покрытий. Выявлена корреляционная зависимость свойств покрытий от количества сорбированной влаги. Получена расчетная зависимость твердости покрытий от влагосодержания.

Предложено для повышения водостойкости материала вводить в композицию модифицирующие добавки: суперпластификатор С-3 в количестве 0.3% и гидрофобизирующую кремншорганическую жидкость 136-41 в количестве 0.1%.

6. Получены математические модели, выражающее зависимость когезионной прочности от количества наполнителя, отвердителя и плотности жидкого стекла. Это позволило с позиции теории надежности установить область покрытий для защиты от радиации с обеспеченной усадочной трещиностойкостью.

7. Исследована радиационная стойкость композиций. Установлено, коэффициент линейного ослабления рентгеновского излучения с энергией 0.20 МэВ предлагаемого покрытия в 1.12 раза больше, чем традиционного строительного материала, используемого для защиты от радиации, - бетона (р = 2350 кг/м3). Рассчитано эквивалентное время пребывания материала в реальных условиях эксплуатации при мощности дозы 0.33 мР/ч (по санитарным нормам).

8. На основании полученных экспериментальных данных выбраны оптимальные технологические режимы приготовления модифицированных композиций для временной защиты от радиации, определены рацио-

наяьные области применения композитов и эффективность их использования в строительстве и других отраслях промышленности.

Разработаны нормативные документы, способствующие рациональному применению материалов для защиты от радиации ( ТУ "Изготовление и применение составов для временной защиты от ионизирующих излучений".1996, г.Пенза). Разработанные композиции получили опытно-промышленную проверку на территории г.Пензы, и области.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

1. Соломатов В.И., Прошин А.П., Козлов Ю.А., Худяков В.А., Гелашвили В.Р. Эффективные материалы для защиты от радиации//Защитные строительные материалы и конструкции: Тезисы докладов VII Международной научно-практической конференции "Прогрессивные технологии и конструкции в строительстве". С-Петербург, 1995. -С.54-55.

2. Гелашвили В.Р. Влияние степени наполнения на линейную усадку пленочных материалов//Материалы XXVIII научн.-техн. конф. Пенза, 1995. - С.75.

3. Прошин А.П., Гелашвили В.Р., Логанина В.И. Пленочные материалы для защиты от радиации. Пенза ЦНГИ. Информационный листок N 462-95.

4. Прошин А.П., Гелашвили В.Р. Жидкостекольные композиции для временной защиты от ионизирующих излучений//Материалы III Международной научно-практической конференции "Вопросы планировки и застройки городов". Пенза, 1996. - С.96.

5. Прошин А.П., Логанина В.И., Гелашвили В.Р. Силикатные покрытия для защиты от радиации//Лакокрасочные материалы и их применение. 1996. - N 8-9. - С.33-35.

S3

6.Соломатов В.И., Прошин А.П., Логанина В.И., Гелашвили В.Р. Радиационностойкие материалы//Известия ВУЗов.Строительство. 1996. - N11.- С.64-66.

7.Положительное решение по заявке N 95110999/25 от 21.01.97 г. Композиция для защиты от радиации /Пензенский государственный архитектурно-строительный институт; авт. пат. А.П.Прошин, В.Р.Ге-лашвили.

Подписано в печать 20.02.97. Формат 60x84/16.

Бумага офсетная N2. Печать офсетная. Тираж 80 экз. Заказ 67.

Участок множительной техники

Пензенской государственной архитектурно-строительной академии 440028, г.Пенза, ул. Г.Титова, 28.