автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Структура и свойства каркасных металлобетонов для защиты от радиации

На правах рукописи

Самошин Андрей Павлович

СТРУКТУРА И СВОЙСТВА КАРКАСНЫХ МЕТАЛЛОБЕТОНОВ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ РАДИАЦИИ

Специальность 05 23.05 - Строительные материалы и изделия

Автореферат '

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

11111111111111111

003167563

^ _ _ _____,'

ПЕНЗА 2008

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства».

Научный руководитель. доктор технических наук, профессор

Королёв Евгений Валерьевич

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Ерофеев Владимир Трофимович,

кандидат технических наук, доцент Очкина Наталья Александровна

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Воронежский государственный архи-

тектурно-строительный университет», г Воронеж

Зашита состоится « мая 2008 г в «4^Гчасов на заседании диссертационного совета ДМ 212.184 01 в ГОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства» по адресу 440028 г Пенза, ул Г Титова, 28, ПГУАС, 1 корпус, конференц-зал

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства»

Автореферат размещён на официальном сайте университета WEB www.gasa.penzacom.ru

Автореферат разослан « апреля 2008 г

Учёный секретарь диссертационного совета ДМ 212.184.01

В А Худяков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Экспертные оценки запасов природных углеводородов указывают, что при существующих темпах экономического и промышленного роста их природные запасы будут исчерпаны к середине XXI века. Это заставляет мировое сообщество обратить особое внимание на атомную энергетику, которая, как предполагается, станет лидером в производстве электроэнергии Приоритет в развитии атомной энергетики установлен и в России Правительством РФ одобрена программа «Стратегия развития атомной энергетики России в первой половине XXI века» Эта потребует создания новых эффективных строительных материалов для защиты от радиации

Для обеспечения радиационной безопасности на объектах атомной энергетики и других отраслей промышленности широкое применение получили металлические, полимерные и композиционные строительные материалы Металлические материалы применяют в основном для изготовления ответственных узлов и агрегатов ядерных энергетических установок, эксплуатирующихся в условиях повышенных радиационных нагрузок и температур Композиционные строительные материалы используются для изготовления биологической защиты реакторов, контейнеров и хранилищ радиоактивных материалов и отходов, а полимерные материалы - для изготовления электроизоляционных материалов проводов и кабелей, а также различных уплотнителей

В ГОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства» на кафедре «Строительные материалы» в научной школе А П Пронина в течение продолжительного периода проводятся исследования, направленные на создание новых эффективных строительных материалов, предназначенных для защиты от радиации Для обеспечения радиационной защиты на объектах атомной энергетики перспективными являются также металлобетоны, сочетающие свойства пластичных металлических матриц и каменного заполнителя В научной школе профессора Ю Б Потапова разработаны научные основы создания конструкционных металлобетонов Однако существующие литейные технологии изготовления таких материалов не обеспечивают однородного распределения заполнителя по объёму изделия и, следовательно, высокого качества металлобетона Решить эту задачу можно путем создания металлобетона каркасной структуры. Указанное лежит в основе научной гипотезы, заключающийся в том, что получить материал с однородным объемным распределением легкого заполнителя, обеспечивающего защиту от нейтронного излучения, возможно путем предварительного изготовления каркаса из заполнителя с жёсткой фиксацией зерен с последующим проливом расплавом металла, защищающем от у-излучеяия

Научные и практические данные и закономерности, установленные и обобщённые в диссертационной работе, получены автором на кафедре строительных материалов ГОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства» при выполнении НИР по тематическому плану РА-АСН. №2 4 10 «Исследование структуры и свойств радиационно-защитных ме-тонов каркасной структуры», N°2 4 16 «Исследование процесса структурообра-зования каркасных металлобетонов для защиты от радиации»

Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка составов и технологии изготовления каркасных металлобетонов для защиты от радиации

В соответствии с поставленной целью определены и решены следующие задачи

- научно обосновать выбор компонентов каркасных металлобетонов для защиты от радиации (пропиточного металла и заполнителя),

- установить закономерности влияния основных рецептурных и технологических факторов на структурообразование и свойства крупнопористых каркасов на основе ферроборового шлака, обладающих оптимальным сочетанием пропиточной способности и физических свойств,

- разработать составы эффективных каркасных металлобетонов, обладающих высокими показателями радиационно-защитных свойств, и исследовать их физико-механические и эксплуатационные свойства

Теоретической и методологической основой исследований являются разработки отечественных и зарубежных ученых в области строительного материаловедения, механики разрушения композитов, современного бетоноведения, системного анализа Ю М Баженова, А Н. Бобрышева, А М Данилова, В Т Ерофеева, А Д Зимона, М X Карапетьянца, П Г Комохова, Е В Королева, Н И Макридина, А П Прошина, Ю Б Потапова, И А Рыбьева, В П Селяева, Ю А Соколовой, В И Соломатова, В Д Черкасова, Е М Чернышова, С В Федосова и других

Информационную базу составляют монографические работы, материалы научно-технических конференций, статьи в научных сборниках и периодических изданиях по исследуемой проблеме

Работа выполнена с применением методологических основ строительного материаловедения в системе «рецептура, технология - структура - свойства» (системно-структурный подход)

При проведении исследований использовались физико-химические методы оценки характеристик структуры и свойств, методы активного планирования эксперимента, методы регрессионного и корреляционного анализа и статистической обработки экспериментальных данных с применением ЭВМ

Научная новизна работы состоит в решении проблемы получения радиационно-защитных металлобетонов каркасной структуры, обеспечивающих повышение экологической безопасности объектов атомной промышленности

Предложены принципы создания каркасных металлобетонов для защиты от радиации, заключающиеся в установлении свойств, определяющих качество каждого структурного элемента (пропиточной и клеевой композиций, крупнопористого каркаса), и в классификации выделенных свойств На основе анализа закономерностей влияния вида и количества компонентов на величину экстенсивных свойств (показатели, на характер изменения и величину которых поверхностные явления не оказывают существенного влияния) выдвигаются гипотезы о видах компонентов материала При декомпозиции интенсивных свойств (структурно-чувствительные характеристики, существенно зависящие от интенсивности физико-химических процессов, протекающих на границе раздела фаз) по процессам, явлениям и фазам определяются элементарные управляющие рецеп-турно-технологические факторы и явления, оказывающие существенное влияние

на процесс структурообразования материала Предложены методики выбора основных компонентов структурных уровней каркасных металлобетонов для защиты от радиации пропиточного металла и заполнителя

Установлены закономерности влияния основных рецептурно-технологических факторов (вид и количество клеевой композиции, концентрация модификатора, продолжительность и температура изотермической выдержки) на физико-механические и эксплуатационные свойства крупнопористых каркасов из ферроборового шлака и радиационно-защитных металлобетонов, позволяющие установить рациональные границы варьирования рецептурно-технологических факторов

Основные положения, выносимые на защиту:

- принципы создания радиационно-защитных каркасных металлобетонов, формализованные методики выбора основных компонентов структурных уровней таких бетонов пропиточного металла и заполнителя,

- экспериментальные закономерности направленного структурообразования крупнопористых каркасов из ферроборового шлака и каркасных металлобетонов для защиты от радиации с установлением рациональных границ варьирования основных рецептурных факторов, результаты экспериментальных исследований и математические модели влияния основных рецептурных факторов на структуру, физико-механические и эксплуатационные свойства предлагаемых материалов, результаты многокритериальной оптимизации составов крупнопористых каркасов,

- результаты исследований эксплуатационных свойств предлагаемых материалов (стойкость в химически активных средах, к температурному воздействию и др),

- оптимальные составы каркасных металлобетонов для защиты от радиации, обладающие заданным комплексом физико-механических и эксплуатационных свойств

Практическая значимость работы заключается в разработке и установлении технологических условий получения эффективных и долговечных крупнопористых каркасов из ферроборового шлака и радиационно-защитных каркасных металлобетонов

Предложены формализованные методики выбора пропиточного металла и заполнителя для крупнопористых каркасов

Разработан метод проектирования составов каркасных металлобетонов для защиты от радиации

Апробация работы Основные положения и результаты диссертационной работы представлялись и докладывались на Международных и Всероссийских научно-практических конференциях и совещаниях «Актуальные проблемы современного строительства» (Пенза. 2005-2007 гг), «Наука и образование тенденции развития центрального региона России как части исследовательского и образовательного пространства» (Пенза, 2006 г) «Оценка риска и безопасность строительных конструкций» (Воронеж, 2006 г) Результаты работы экспонировались на Всероссийской (МОсква, 2007 г) и региональной («Прогресс-2007», Пенза) выставках и получили высокую оценку Промышленная апробация разработанных металлобетонов проведена на предприятии ООО «Новые техноло-

гии» (г Пенза) Экономический эффект оценивается в 15310 рублей на 1 м2 поверхности пола, в ценах на начало 2007 года

Достоверность результатов работы В диссертации результаты исследований подтверждаются сходимостью большого количества экспериментальных данных, полученных с применением стандартных и высокоинформативных методов, положительными результатами внедрения составов и технологии

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ (в журналах по перечню ВАК - 1 статья)

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения. 7 глав, основных выводов, списка литературы и 2 приложений Содержит 187 страниц машинописного текста в том числе 42 рисунка и 68 таблиц Библиография включает 140 наименований

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность проблемы разработки новых радиационно-защитных композитов сформулированы цель и задачи исследования отражена научная новизна и практическая значимость работы

В первой главе проводится аналитический обзор литературы, посвященной закономерностям взаимодействия ионизирующего излучения с веществом и требованиям к материалам защиты Представлены сведения по традиционным радиационно-защитным материалам, их основным преимуществам и недостаткам

Большой вклад в теорию и практику структурообразования, оптимизацию составов и технологий получения радиационно-защитных материалов и каркасных бетонов внесли Ю М Баженов, Д Л Бродер, В Б Дубровский, В Т Ерофеев, А Н Комаровский, П Г Комохов, Е В Королев, А П Прошин, Ю Б Потапов, В П Селяев, Ю А Соколова, В И Соломатов, В Д Черкасов и др

В технологии радиационно-защитных бетонов имеются как методологические, так и технологические трудности В частности, методологические проблемы связаны с определением критериев качества таких материалов (перечня свойств и их количественных значений), а технологические - с обеспечением однородного распределения компонентов по объему изделия, предотвращением усадки и образования термических трещин при охлаждении изделия, а также со снижением затрат труда и исключением трудоемких операций

Методологические задачи решаются в рамках системно-структурного подхода и системного анализа, в соответствии с которыми оценку и анализ строительных материалов производят на основе рассмотрения материала как целостной и единой системы с присущими системными свойствами и парадоксами целостности и иерархичности Основное системообразующее свойство системы «строительный материал» определяется поверхностными явлениями и граничными взаимодействиями, обеспечивающими ее целостность

На наш взгляд основные технологические задачи во многом решаются в рамках каркасной технологии Применение этой технологии позволит обеспечить равномерное распределение заполнителя в объёме изделия и увеличить показатели эксплуатационных свойств бетона Кроме того, в таком бетоне реализуется все преимущества металла, как эффективного поглотителя у-излучения и

обладающего высокой радиационной стойкостью Применение каркаса из каменного заполнителя позволит повысить термические свойства, обеспечить защиту от нейтронного излучения и сократить расход металла Однако возникает необходимость решения ряда взаимосвязанных задач, а именно определить гранулометрический состав заполнителя (диаметр и форму зерна, количество фракций заполнителя), из которого формируется плотный и прочный каркас, обладающий высокой фильтрационной способностью, обосновать выбор металла для пропитки каменного каркаса, характеризующегося требуемыми физико-механическими и эксплуатационными свойствами

Во второй главе приведены основные характеристики применяемых материалов и методики проведения эксперимента

В качестве основного сырьевого компонента для крупнопористых каркасов использован ферроборовый шлак - отход металлургического производства Истинная плотность в сухом состоянии 2800 кг/м3 Насыпная плотность (фракция 5-10 мм) - 1150 кг/м3 Химический состав, мас% А1203 - 66,56, СаО - 13,1, Г^О - 12,0, В203- 4,34, 8Ю2 - 2,0, РеО - 2,0

Для изготовления крупнопористых каркасов (склеивания зерен заполнителя) использованы клеевые композиции

а) модифицированный жидкостекольный клей

- натриевое жидкое стекло (ГОСТ 13078-81) с силикатным модулем М = 2,81, содержанием, мае %-8Ю2-30,18 иЫа20 -11,06,

- кремнефтористый натрий Ка281р6 (ТУ 6-09-1461-85),

- наполнитель-модификатор, отход стекольной промышленности (ОПОС), содержащий следующие компоненты, мае % Аз203 - 0,30, Ма20 - 0,50, К20 -1,27, 8Ю2- 27,00, РЬО - 70,93,

б) цементная композиция

- шлакопортландцемент ШПЦ-400 (ГОСТ 31108-2003),

- вода (ГОСТ 23732-79 «Вода для бетонов и растворов Технические условия»),

-суперпластификатор марки С-3 (ТУ 614625-80) Пропиточный металл - свинец, соответствующий ГОСТ 3778-77Е Для исследования химической стойкости каркасных металлобетонов для защиты от радиации в качестве агрессивных сред были выбраны 20%-ные растворы соляной (ГОСТ 857-95 «Кислота соляная синтетическая техническая Технические условия»), серной (ГОСТ 4204-77), азотной (ТУ 2612-046-0576164395), фтористоводородной (ГОСТ 2567-89 «Кислота фтористоводородная техническая Технические условия») и фосфорной (ГОСТ 6553-80) кислот

При исследовании физико-технических свойств каркасов и бетонов использованы современные физико-механические, физико-химические и математические методы исследований, регламентируемые действующими ГОСТ, а также авторские методики

В третьей главе приведены методологические принципы создания каркасных металлобетонов для защиты от радиации

Во многих случаях создание новых строительных материалов проводится, если способы модификации традиционных материалов исчерпаны Для каждого эксплуатационного воздействия устанавливают количественное значение и гра-

ницы изменения соответствующего свойства. Совокупность свойств определяет качество материала Установление перечня свойств осуществляется декомпозицией системы критериев качества рассматриваемого материала и его структурных составляющих (рис 1) Декомпозиция осуществляется на основе анализа области применения материала и сведений о традиционных материалах Выделенные свойства целесообразно классифицировать на экстенсивные и интенсивные Интенсивными (структурно-чувствительными) называются свойства, на величину и характер изменения которых значительное влияние оказывают процессы, протекающие на границе раздела фаз (например, прочностные и деформа-тивные свойства, стойкость в агрессивных средах и др) Интенсивные свойства по существу аналогичны интегративным свойствам системы «строительный материал», выделяемым при ее анализе Экстенсивные свойства - показатели материала, которые в основном (влияние границы раздела фаз незначительно и не превышает статистическую погрешность эксперимента) зависят от содержания компонентов и количества энергии, подведенной в материал в процессе его изготовления (средняя и истинная плотность, теплоёмкость, теплопроводность, пористость и др )

Каркасный иеталлобетон для защиты от радиации

—[ Пористость"

-с

Прочность

-{СПтрмтаяя кажущаяся

—} Преде л прочности при изгибе Г

—| прочности прц стагии }

3

—} Сопратазл

№УД»РУ

5 о

-г

Деформативные свойства

—| Модуга» деформативности _и Козффжфсенг шгвисяаметя

Средняя плотность

Стойкость е агрессивной среде

—4 Границы-трааукообраэоаадая }

I 1

? 5

4 1 ! !

в

Рис 1 Декомпозиция системы критериев качества каркасного металлобетона для защиты от радиации

Качеством материала управляют с помощью варьирования рецептурно-технологических факторов, выбор которых зависит от знаний о материале и технологии, а также с учётом фактических возможностей управления производством (уровня техники) Для установления элементарных управляющих факторов проводят декомпозицию выбранной группы свойств по процессам, явлениям и компонентам (табл 1)

Анализ области применения и расчёты значений экстенсивных свойств (например, по методу абсолютных объемов) являются основанием для выдвижения гипотез о видах вяжущего вещества и дисперсных фаз (формирование альтернатив)

Выбор основных компонентов материала может быть осуществлён на основании априорной информации, практического опыта исследователя и анализа механизмов взаимодействия эксплуатационных сред с компонентами композита Это требует также привлечения фундаментальных наук физики, химии, физической химии и других

Таблица 1

Перечень элементарных управляющих рецептурно-технологических факторов

Структурный уровень каркасного металлобетона для защиты от радиации

Клеевая композиция Крупнопористый каркас

№ п/п Наименование факторов № п/п Наименование факторов

1 Количество вяжущего вещества и дисперсных фаз, включая воздушные поры 1 Количество клеевой композиции и заполнителя

2 Прочность, модуль упругости, термическая усадка вяжущего 2 Прочность, модуль упругости, усадка клеевой композиции

3 Прочность, модуль упругости, сжимаемость наполнителя 3 Прочность, модуль упругости, сжимаемость заполнителя

4 Дисперсность наполнителя 4 Крупность зерен заполнителя

5 Вид и количество добавок 5 Вид и количество добавок

6 Химическая активность поверхности наполнителя 6 Шероховатость поверхности заполнителя

7 Шероховатость поверхности наполнителя

Разработаны методики выбора компонентов, основанные на критериальном подходе Обоснование выбора пропиточного металла проводилось по обобщённому критерию, включающему технологический (вязкость, смачивающая способность), эксплуатационный (прочность, радиационно-защитные и теплофизи-ческие свойства) и технико-экономический (энергозатратность технологии) показатели На основе анализа некоторых металлов (сталь, алюминий, свинец) показано, что для изготовления каркасного металлобетона для защиты от радиации целесообразно использовать свинец

В каркасных бетонах из заполнителя формируют крупнопористый каркас, который должен обладать требуемыми физико-механическими свойствами и высокой фильтрационной способностью С применением метода машинного моде-

лирования установлено, что получение каркасов, соответствующих указанным требованиям, возможно при незначительном варьировании диаметра зёрен заполнителя для всех типоразмеров изделий при кубической укладке зерен максимальная степень наполнения наблюдается при <а?0Р( е /[1,47. 2,57] мм, а при гексагональной - й?0Р! е /[4,04 5,74] мм Отклонение диаметра заполнителя от оптимального размера приводит к резкому снижению степени наполнения каркаса Показано, что из радиационно-защитных каркасных металлобетонов целесообразно изготавливать изделия в виде плит

В каркасных металлобетонах, в которых пропиточным металлом является свинец, заполнитель должен иметь химический состав, эффективный для поглощения нейтронного потока, а именно содержать химические элементы со средней и малой атомной массой Таким требованиям соответствует ферроборовый шлак, содержащий оксиды алюминия (66,56%) и бора (4,34%), являющиеся эффективными замедлителями и поглотителями тепловых нейтронов

Оптимизацию структуры и свойств каркасного металлобетона для защиты от радиации предполагается проводить в два этапа (алгоритм синтеза) Предварительно на основе результатов анализа условий эксплуатации, априорной информации о традиционных материалах и расчетов величин экстенсивных свойств проводится декомпозиция системы критериев качества каркасного металлобетона и его составляющих структур (крупнопористого каркаса, клеевой и пропиточной композиций), определяются виды компонентов (формулируются и сокращаются альтернативы), выделяются и ранжируются управляющие рецеп-турно-технологические факторы С целью определения границ варьирования управляющих факторов проводятся исследования (первый этап), направленные на установление влияния отдельных рецептурных и технологических факторов на структуру и эксплуатационные свойства композита (или его структурных уровней) На втором этапе получают математические модели влияния совокупности выделенных факторов на эксплуатационные свойства материала Затем определяются рецептура и технологический режим изготовления материала с заданными свойствами (проводится многокритериальная оптимизация)

В четвертой главе представлены результаты исследования влияния различных рецептурно-технологических факторов на структуру, физико-механические и эксплутационные свойства крупнопористых каркасов из ферро-борового шлака Изготовление каркаса из ферроборового шлака позволяет решить несколько важных технологических задач (обеспечить однородность распределения заполнителя по объёму, уменьшить усадку, снизить энергозатраты на приготовление бетона и др ) и повысить эксплуатационные характеристики бетона

Одним из основных показателей, определяющих качество каркаса, является его фильтрационная способность, которая характеризуется степенью заполнения объёма межзерновых пустот каркаса пропиточным металлом и временем пропитки каркаса.

Для оценки фильтрационной способности каркасов разработана модель течения пропиточной композиции по каналам каркаса, учитывающая гидродинамическое сопротивление и поверхностные явления на границе раздела фаз «заполнитель - пропиточная композиция»

t 4ФУ,1|Л(1-П)ЧЯ

"" 5П2 (п2 d'gpH + 6acp(l - n)cose] где П- пустотность каркаса, К1па- объем изделия, р— плотность пропиточного металла (расплава), 8- краевой угол смачивания, Н- высота изделия, (р- коэффициент формы, эквивалентный диаметр зерна заполнителя, коэффициент извилистости (в первом приближении можно принять 1; = л/2),о = 0,3879+2 10~АГ-2 10"7Г2, 4 = 16,62Г "б\г|,а - вязкость и поверхностное натяжение расплава свинца, соответственно

Анализ расчетных данных показывает, что поверхностные явления оказывают очевидное влияние на процесс течения расплава с увеличением краевого угла смачивания наблюдается замедление процесса пропитки каркаса Так. при изменении краевого угла смачивания в диапазоне от 0 до 180° продолжительность пропитки увеличивается на 24% Более значительное влияние на продолжительность пропитки оказывают геометрические факторы, а именно диаметр зерна заполнителя высота изделия и пустотность зернового слоя Например увеличение пустотности с 45 до 55% ведет к уменьшению г более чем в 6 раз а увеличение высоты изделия в 4 раза приводит к увеличению продолжительности пропитки в 59 раз Применение заполнителя большей крупности способствуе; сокращению продолжительности пропитки Так продолжительность пропитки каркаса толщиной 50 мм, изготовленного из заполнителя фракции 2,5-5 мм, составляет 36,5 с, а при замене заполнителя на фракцию 5-10 мм - t = 2,03 с. то есть в 18 раз меньше Аналогичное справедливо и для других типоразмеров изделий

Адекватность полученных теоретических расчетов подтверждается результатами экспериментальных исследований сколов образцов металлобетонов

Получены экспериментально-статистические модели влияния состава клеевой композиции как на основе цементной композиции, так и на основе жидкого стекла, модифицированного отходом стекольной промышленности на физико-механические свойства (среднюю плотность, прочность, пустотность. деформа-тивные свойства) каркасов (табл 2) Показано что указанные физико-механические свойства каркасов зависят от толщины прослойки клея, которая определяется его вязкостью.

Таблица 2

Экспериментально-статистические модели влияния основных рецептурно-технологических факторов на физико-механические свойства крупнопористых каркасов на основе ферроборового шлака

Вид клеевой композиции

модифицированная жидкостекольная цементная

1 2

Средняя плотность, кг/м"

Р.р=С_(0,07!4Г-0,7143г-52,857)-- 0,88847"-1,7857г + 2255,5 рф = 1220,8 + 225 В/Ц- 3,75 Ct_

Продолжение табл 2

1 | 2

Пустотность, %

П = 0^(1,2788+ 1,6677Г +1,6647*)- 0,0792Г + 0,1456/ + 29,088 П = 60,86-20,5 В/Ц- 2,125Сс_,

Предел прочности при сжатии, МПа

Л ^ = (1,416 - 0,0011Г - 0,0219г)+ + 0,007774 0,1663* - 8,78 =1,91-ЗД В/Ц+ 0,0

Примечания <? - количество модификатора ОПОС (6 ¡0%), Т- температура изготовления каркаса (820 880°С), / - продолжительность изотермической выдержки (15 25 мин), В/Ц- водоцементное отношение, С(__>- содержание суперпластификатора С-3, % от массы цемента

Оценку деформагивных свойств каркасов проводили на основе анализа диаграмм «нагрузка - деформация» Типичная зависимость диаграмм «относительная нагрузка - относительная деформация» представлена на рис 2

Рис 2 Типичная диаграмма «относительная нагрузка - относит ельная деформация» крупнопористых каркасов на ферроборовом шлаке

Анализ экспериментальных данных показывает, что основные параметры диаграммы деформирования крупнопористых каркасов значения границ !г и от носительная энергия разрушения зависят от рецептурно-технологических факторов (табл 3) Так с увеличением толщины клеевой прослойки возрастает прочность каркаса и его относительная энергия разрушения Значения границ /¡, ¡2 позволяют оценить характер разрушения На участке «О-/,» происходит деформирование материала без значительного разрушения его структуры Разрушаются только перенапряженные связи, общее количество которых можно оценить по величине внутренних напряжений На участке «/¡-А» происходит интенсивное поглощение материалом внешней энергии вследствие зарождения и развития микротрешин (в том числе их ветвления на дефектах) На участке «Л - I»

(объединение микротрещин в макротрещины и зарождение магистральной трещины) интенсивно разрушается каркас

Таблица 3

Состав / технологические параметры изготовления Интервал Л h Еоти ■^сж? МПа

0-1, Irh k~l

1 2 3 4 5 6 i 7 L 8

Цементная клеевая композиция

В/Ц=0,33 СЗ-0,01% от массы цемента 0,014 3,53 0,383 96,47 0,26 1,0 0,40 0,88

В/Ц=0,43 СЗ - 0,01% от массы цемента 0,047 8,69 0,494 91,31 0,30 1,0 0,54 0,71

В/Ц=0,43 СЗ - 0,03% от массы цемента 0,114 21,55 0,415 78,45 0,45 1,0 0,53 0,59

Модифицированная жидкостекольная композиция

6,6% ОПОС /820°С /?820 + 15мин* 0,093 13,58 0,467 68,18 0,125 18,25 0,27 0,87 0,69 1,11

6,6% ОПОС/880°С / ím + 15 мин* 0,109 15,55 0,502 71,61 0,09 12,84 0,30 0,91 0,70 1,45

6,6% ОПОС /820°С / f820 + 25 мин* 0,093 12,99 0,436 60,89 0,187 26,12 0,24 0,80 0,72 1,35

Ю,1%ОПОС/ 820°С //820 + 15мин* 0,095 13,21 0,435 60,50 0,189 26,29 0,25 0,80 0,72 1,86

Примечания В числителе - абсолютное значение энергии разрушения, в знаменателе - относительное значение в %, вычисленное по формуле 100Я , * - термообработка проводилась то режиму нагрев + изотермическая выдержка, í, - продолжительность нагрева до температуры изотермической выдержки

Из табл 3 видно, что увеличение В/Ц и содержания суперпластификатора приводит к уменьшению прочности каркаса и значений Е^ вследствие повышения подвижности и снижения толщины клея

Анализ диаграмм деформирования каркасов на основе модифицированной жидкостекольной клеевой композиции, а также уравнений табл 2 показывает, что значительное влияние на физико-механические свойства оказывает концентрация модификатора ОПОС при прочих равных условиях с увеличением его количества максимальные значения прочности и энергии разрушения достигаются при более мягком режиме изготовления Это можно объяснить уменьшением вязкости кяеевой композиции с введением ОПОС, такой же эффект для композиций, содержащих малое количество модификатора, достигается при повышенной температуре (Г=880°С) и продолжительности изотермической выдержки (/=25 мин)

Произведен расчет теплопроводности крупнопористых каркасов на различных клеевых композициях Показано, что коэффициент теплопроводности каркасов на цементной клеевой композиции варьируется от 1,28 до 1,42 Вт/(м К), а на модифицированной жидкое гекольной клеевой композиции от - 1,03 до 1,18 Вт/(м К)

Оптимизацию рецептуры и технологии изготовления предлагаемых крупнопористых каркасов проводили по предлагаемому обобщённому критерию качества

+ (2) где £фМ~ коэффициент, хашктеризующий физико-механические свойства (средняя плотность, пустотность и прочность), вычисляемый по формуле = фекпкй, К„~ коэффициент, характеризующий эксплуатационные свойства (радиационно-защитные свойства и коэффициент теплопроводности), рассчитываемый по формуле = кек- технико-экономический критерий, К ~У,1Ушх' У, > >'ш„~ значения показателя свойства (к, < l)

Установлено, что оптимальными являются следующие составы крупнопористых каркасов на ферроборовом шлаке, мае % состав №1 ферроборовый шлак - 86,96, цемент - 9,76, вода - 3,28, добавка С-3 - 2,6-10"4, состав №2 ферроборовый шлак - 81,00, жидкое стекло - 8,10; ОПОС - 10,10, отвердитель -0,80 Свойства разработанных каркасов представлены в табл 4

Таблица 4

Основные свойства разработанных каркасов___

Наименование показателя Значение

показателя

Жидкостекольные клеевые композиции

Средняя плотность, кг/м3 1450

Пустотность, % 48,0

Предел прочности при сжатии, МПа 1,86

Коэффициент теплопроводности, Вт/(м К) 1,15

Линейный коэффициент ослабления у-излучения (см'1) при энергии фотонов (1,0 МэВ) 0,109

Коэффициент выведения быстрых нейтронов (2 10 МэВ), см"' 5,48 10"2

Цементная клеевая композиция

Средняя плотность, кг/м^ 1320

Пустотность, % 52,0

Предел прочности при сжатии, МПа 1,1

Коэффициент теплопроводности, Вт/(м К) 1,31

Линейный коэффициент ослабления у-излучения (см'1) при энергии фотонов (1,0 МэВ) 0,077

Коэффициент выведения быстрых нейтронов (2 10 МэВ), см"1 5,52 10"2

В пятой главе представлены метод проектирования состава каркасных ме-таллобетонов для защиты от радиации и результаты исследования его структуры и физико-механических свойств

Проектирование состава каркасного металлобетона предлагается проводить в два этапа на первом этапе по заданным размерам конструкции защиты (формула (3)), характеристикам источника ионизирующего излучения и требованиям к защите (кратности ослабления) вычисляются расходы заполнителя (формула (4)) и клеевой композиции (формула (5)), а на - втором проводится расчет расхода металла (формула (6))

_(мт™_

А =-

(о,12-0,\уМкУ°

/ехр

0,674-0,062у.

/ТЕ

V

[1-0,094у/-0Д09У

Р. =

( 13 V

I 12 )

6У ^

й2~ 48М, + —8

Ч 12

(3)

(4)

(5)

(6)

где К--

Д,£Г'- кратность ослабления,£>„,£>- дозы излучения до и после слоя защиты, \'г~ объемная доля заполнителя, Е — энергия у-из л учения. с1 - диаметр частицы заполнителя, 8 - толщина клеевого слоя, Л^- количество контактов, У0- объем конструкции (замеса), рк, р,, рс> - средняя плотность клея, заполнителя и пропиточного металча, соответственно

Каркасные металлобетоны получают совмещением крупнопористого каркаса и свинца. Для обеспечения защиты каменного каркаса от воздействия агрессивных факторов эксплуатационной среды, а также для придания изделиям эстетических свойств на поверхности металлобетона предлагается формировать защитно-декоративный слой из свинца, толщиной 2 4 мм

В технологии каркасных металлобетонов одной из важнейших задач является обеспечение прочного контакта на границе раздела фаз «пропиточный металл - крупнопористый каркас», начальной стадией формирования которого является смачивание

Определены краевые углы смачивания расплавом свинца поверхностей трех типов покрытия, нанесенных на заполнитель (ферроборовый шлак) цементная композиция, жидкостекольная композиция и модифицированная ОПОС жидкостекольная композиция Установлено, что по способности смачиваться расплавом свинца исследуемые подложки располагаются в нисходящем ряду модифицированная жидкостекольная клеевая композиция - 130±3°, цементная клеевая композиция - 137±3°, жидкостекольная клеевая композиция - 147±3°

При охлаждении металлобетона из-за различных коэффициентов температурного расширения, модулей упругости свинцовой матрицы и зерен заполнителей, а также теплофизических свойств компонентов возникают внутренние напряжения Эти напряжения, суммируясь с напряжениями от эксплутационных воздействий и нагрузок, могут быть причиной снижения физико-механических и эксплуатационных свойств материала

В работе с применением метода численного моделирования проведена оценка влияния соотношения модулей упругости заполнителя Ег и металла а

также степени наполнения материала (определяющей толщину прослойки металла К) на величину и характер изменения внутренних напряжений в радиальном и тангенциальном направлениях (рис 3) а) б)

Рис 3 Зависимость внутренних напряжений от объемной степени наполнения L¡y и соотношения модулей упругости металла и заполнителя EJE3,

а) в тангенциальном направлении, б) в радиальном направлении

Установлено, что величина внутренних напряжений значительно меньше прочности на разрыв свинца (т>св=14 18 МПа) Это позволяет прогнозировать формирование структуры каркасного металлобетона без горячих трещин

Теоретически вычислена и экспериментально определена средняя плотность р6 каркасных металлобетонов Сопоставление рб с её расчетными значениями позволяет утверждать о полном заполнении межзерновых пустот свинцом и о минимальной общей пористости предлагаемых бетонов (< 2%)

Таблица 5 Результаты экспериментачьных исследований

Материал Значения коэффициентов уравнения ^-=/(/„) Епих h h Е МПа

Сг С\ Со

Пропиточный металл (свинец) 1,932 -1,384 0,433 -0,0110 0,50 _ 0,22 -

Крупнопористый каркас на цементной клеевой композиции 0,486 -0,305 0,853 -0,0004 0,09 0,77 0,66 1.1

Крупнопористый каркас на жидко-стекольной клеевой композиции 2,273 -4,377 3,098 0,0282 0,26 0,80 0,72 1,86

Каркасный метал-лобетон (состав №1) -2,785 2,968 0,594 0,0360 0,18 0,72 0,62 13,1

Каркасный метал-лобегон (состав №2) -2,427 2,367 0,861 0,0202 0,13 0,83 0,63 16,3

» - Свинец, о - Квупнопорис гый каркас, л - Каркасный металлобетон

Рис. 4 Диаграммы «нормированная нагрузка - нормированная деформация» каркасного металлобетона на цементной клеевой композиции (состав №1) и его структурных элементов

о - Свинец, о - Крупнопористый каркас/ - Каркасный металлобетон Рис 5 Диаграммы «нормированная нагрузка — нормированная деформация» каркасного металлобетона на модифицированной жидкостекольной клеевой композиции (состав №2) и его структурных элементов

Формирование плотной структуры металлобетона оказывает закономерное влияние на его физико-механические свойства (рис 4 и 5, табл 5) Однако на механические свойства каркасных металлобетонов влияние оказывает температурная предыстория Так, предварительный нагрев каркаса перед его пропиткой расплавом свинца повышает величину внутренних напряжений каркасов на це-

ментной композиции и снижает их величину для каркасов на модифицированной жидкостекольной композиции (см табл б, интервал «О—»)

Анализ рис 4, 5 и табл 5 показывает, что диаграммы деформирования каркасного металлобетона для защиты от радиации представляет собой некоторую суперпозицию диаграмм деформирования его структурных составляющих свинца и крупнопористого каркаса

Таблица 6

Результаты обработки экспериментальных данных_

Материал Интервалы

0-1, h-h /2-1

Пропиточный металл (свинец) 0,016 7,21 0,206 92,79

Крупнопористый каркас на цементной клеевой композиции 0,003 0,67 0,246 55,16 0,197 44,17

Крупнопористый каркас на жидкостекольной клеевой композиции 0,089 12,95 0,411 59,83 0,187 и,гг

Каркасный металлобетон (состав №1) на цементной клеевой композиции 0,021 3,36 0,389 62,24 0,215 34,40

Каркасный металлобетон (состав №2) на модифицированной жидкостекольной клеевой композиции 0,011 1,74 0,465 74,58 0,156 24,68

Примечание В числителе абсолютное значение энергии разрушения, в знаменателе - относительное значение в %, вычисленное по формуле 100ЕЕ'^

На участке «/3—/2» происходит интенсивное поглощение материалом внешней энергии вследствие зарождения и развития микротрещин Сопоставление этих данных показывает, что на участке «/i-/2» нагрузку в основном воспринимает каркас металлобетона Однако из рис 4 следует, что металлобетон состава №1 значительно больше деформируется по сравнению со структурными составляющими Это указывает на разрушение межзерновых контактов в каркасе, интенсивное деформирование свинца в каналах каркаса и в защитно-декоративном слое В данном случае защитно-декоративный свинцовый слой «работает» как защитная оболочка Из рис 5 видно, что деформативные свойства металлобетона состава №2 до относительной нагрузки 0,5 0,55 определяются деформацией каркаса Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к носгепенному разрушению каркаса и диаграмма деформирования металлобетона состава №2 идентична диаграмме деформирования металлобетона состава №1

На участке «/2 - 1» (объединения микротрещин в макротрещины и зарождение магистральной трещины) интенсивно разрушается защитно-декоративный слой, сдерживающий разрушение материала Для металлобетона состава Xsl величина относительной энергии значительно выше, что свидетельствует о более весомом влиянии защитно-декоративного слоя на прочностные и деформативные свойства меташгобегонов на малопрочных каркасах

В шестой главе представлены результаты исследования основных эксплу-тационных свойств каркасных металлобетонов для защиты от радиации

Исследована химическая стойкость каркасных металлобетонов для защиты от радиации в растворах кислот Разработанные меташюбетоны, имеющие свинцовый защитно-декоративный слой, стойки в следующих кислотах (в числителе значение коэффициента стойкости металлобетона на цементном каркасе (состав №1) с толщиной защитно-декоративного слоя 2 мм), в знаменателе - металлобетона с толщиной защитно-декоративного слоя 4 мм на каркасе, склеенным модифицированной жидкостекольной композиций (состав №2) плавиковой ¿сг=| ,

„ , 0,95 , , „ , 0,86 серной к„~——, фосфорной к„ = ——, менее стоики в соляной кислоте " 0,95 * п 0,86

0 37"

к„ = —— Свинцовые металлобетоны для защиты от радиации не стойки в 0,54

азотной кислоте

Определена прочность при ударе каркасных металлобетонов Установлено, что сопротивление удару зависит от прочности каркаса и толщины защитно-декоративного слоя Так, сопротивление ударным нагрузкам металлобетона, каркас которого изготовлен на основе жидкостекольной клеевой композиции с защитно-декоративным слоем свинца толщиной 4 мм, составляет 16,66 Дж/см3, что более чем в 2 раза больше, по сравнению с металлобетоном, каркас которого изготовлен на цементной клеевой композиции с двух миллиметровым защитно-декоративным слоем

Исследована термостойкость предлагаемых бетонов при нагреве до 300°С (температура плавления свинца 324°С) Показано, что разница показателей прочности предлагаемых бетонов при нагреве и без нагрева не превышает 5% Это позволяет рекомендовать эксплуатировать предлагаемый каркасный метал-лобетон для защиты от радиации в условиях повышения температуры до 250°С и кратковременного нагрева до 300°С

Исследованы радиационно-защитные свойства и определена величина радиационного разогрева разработанных материалов Показано, что каркасные металлобетоны для защиты от радиации могут применяться для изготовления защитных покрытий в бункерах и хранилищах, предназначенных для хранения радиоактивных отходов (с активностью не более 1017 Бк), и изготовления различных строительных изделий и конструкций, эксплуатирующихся в условиях гамма-нейтронного излучения Линейный коэффициент ослабления ц = 0,458 0,570 см"® (при энергии 1 МэВ), коэффициент выведения быстрых нейтронов Ха=(1,58 1,93) 10"2 см"1

Основные свойства разработанных каркасных металлобетонов для защиты от радиации приведены в табл 7

Таблица 7 Основные свойства разработанных металлобетонов _для защиты от радиации__

Наименование показателя Значение показателя

На основе цементной клеевой композиции

Средняя плотность, кг/м3 6300

Предел прочности при сжатии, МПа 13,1

Коэффициент конструктивного качества, МПа 2,01

Максимальная рабочая температура, °С 250

Ударная прочность, Дж/см1 6,26

Коэффициент теплопроводности, Вт/(м К) 6,31

Коэффициент химической стойкости* - 20%-ный р-р Н2$04 - 20%-ный р-р на" - 20%-ный р-р НЫ03 - 20%-ный р-р да - 20%-ный р-р Н3Р04 0,95 0,37 нестоек 1,0 0,86

Линейный коэффициент ослабления у-излучения (см1) при энергии фотонов 0,662 10.0 МэВ 0,702 0,265

Коэффициент выведения быстрых нейтронов, см"' 1,93 10 2

На модифицированной жидкое гекольиой клеевой композиции

Средняя плотность, кг/м3 8250

Предел прочности при сжатии, МПа 16,3

Коэффициент конструктивного качества, МПа 1,97

Максимальная рабочая температура, °С 300

Коэффициент теплопроводности, Вт/(м К) 10,51

Ударная прочность, Дж/см3 16,66

Коэффициент химической стойкости -20%-ный р-р Н2804 -20%-ный р-р НСГ -20%-ный р-рШОз -20%-ныйр-р ГО - 20%-ный р-р Н3РО4 0,95 0,54 нестоек 1,0 0,86

Линейный коэффициент ослабления у-излучения (см") при энергии фотонов 0,662 10,0 МэВ 0,890 0,376

Коэффициент выведения быстрых нейтронов, см' 1,98 10"

Примечания - показатели определены после 360 суток экспозиции, - после 180 суток экспозиции

В седьмой главе представлена принципиальная технологическая схема изготовления каркасного металлобетона для защиты от радиации

Проведены расчёты стоимости конструкций из свинца и предлагаемого каркасного металлобетона Показано, что применение каркасной технологии позволяет сэкономить от 600 до 1200 кг свинца на 1 м3 бетона

Промышленную апробацию разработанных металлобетонов проводили на предприятии ООО «Новые технологии» (г Пенза) Экономический эффект оценивается в 15310 рублей на 1 м2 поверхности пола в ценах на начало 2007 года

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1 На основе теоретических и экспериментальных исследований разработаны эффективные составы каркасных металлобетонов, обладающих высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами (линейным коэффициентом ослабления гамма-излучения - 0,265 0,890 смкоэффициентом выведения нейтронов - (1,93 1,98) 10"" см"1, средней плотностью - 6300 8250 кг/м3, пределом прочности при сжатии - 13,1 16,3 МПа, ударной прочностью -6,26 16,66 Дж/см3, максимальной рабочей температурой - 250 300°С, коэффициентом химической стойкости в растворах кислот (H2S04, НС1, HN03, HF, Н3РО4) - 0,37. 1,0) и предназначенных для изготовления защитных конструкций бункеров и хранилищ радиоактивных отходов, а также для изготовления строительных изделий, эксплуатирующихся в условиях гамма- и смешанного гамма-нейтронного излучения

2 С применением методов системного анализа предложены научные принципы создания каркасных металлобетонов для защиты от радиации, заключающиеся в декомпозиции системы критериев качества каждого структурного элемента (пропиточной и клеевой композиций, крупнопористого каркаса) и в установлении элементарных управляющих рецептурно-технологических факторов и явлений, оказывающих существенное влияние на процесс структурообразова-ния материала, посредствам декомпозиции структурно-чувствительных свойств по процессам, явлениям и фазам

3 Разработаны методики выбора основных компонентов структурных элементов каркасного металлобетона для защиты от радиации пропиточного металла и заполнителя Обосновано применение в качестве пропиточного металла свинца, а в качестве заполнителя - ферроборового шлака

4 Для оценки фильтрационной способности разработана модель движения жидкости по каналам крупнопористого каркаса, учитывающая гидростатическое сопротивление, оказываемое каркасом, и смачиваемость поверхности заполнителя расплавом свинца Теоретически показано и экспериментально подтверждено, что каркасы из ферроборового шлака обладают высокой фильтрационной способностью и пригодны для изготовления радиационно-защитных металлобетонов

5 Установлено, что физико-механические (средняя плотность, пустотность, предел прочности при сжатии, коэффициент теплопроводности) и эксплуатационные (линейный коэффициент ослабления гамма-излучения, коэффициент выведения быстрых нейтронов) свойства крупнопористых каркасов из ферроборового шлака, склеенных композициями как на основе шлакопортландцемента, так и на основе модифицированного жидкого стекла, зависят от подвижности клеевых составов, которая регулируются для цементного теста - В/Ц-отношением и расходом суперпластификатора С-3, а для клея на модифицированном жидком стекле - концентрацией модификатора (отход производства оптического стекла), температурой и продолжительностью изотермической выдержки Формирование

однородных и прочных каркасов обеспечивается при предельном напряжении сдвига клеевых композиций, равном 100 120 Па

Получены экспериментально-статистические модели влияния основных рецептурных и технологических факторов на физико-механические и эксплуатационные свойства, определяющие качество каркасов

С применением разработанного обобщённого критерия качества, учитывающего физико-механические, эксплуатационные свойства и технико-экономический критерий, проведена многокритериальная оптимизация составов и технологии изготовления крупнопористых каркасов из ферроборового шлака, предназначенных для изготовления металлобетонов для защиты от радиации

6 Установлено, что расплав свинца плохо смачивает поверхность клеевых композиций, нанесенных на ферроборовый шлак краевой угол смачивания цементной композиции - 137±3°, жидкого стекла - 147±3° Введение отхода стекольной промышленности улучшает смачиваемость поверхности клеевой композиции на основе жидкого стекла на 15%

7 На основе численного моделирования определено влияние основных рецептурных факторов на напряженное состояние каркасных металлобетонов для защиты от радиации Установлено, что величина внутренних напряжений (в радиальном направлении - до 0,27 МПа, в тангенциальном направлении - до 0,31 МПа) значительно меньше прочности на разрыв свинца (ив = 14 18 МПа) Это обеспечивает формирование предлагаемого металлобетона без горячих трещин в структуре

8 Предложена методика проектирования составов каркасных металлобетонов для защиты от радиации на первом этапе по заданным размерам конструкции защиты, характеристикам источника ионизирующего излучения и требованиям к защите (кратности ослабления) вычисляются расходы заполнителя и клеевой композиции, а на втором - проводится расчёт расхода пропиточного металла

9 Определены физико-механические свойства каркасных металлобетонов, полученных путем совмещения крупнопористого каркаса и пропиточного металла - свинца Заполнение межзерновых пустот и образование защитно-декоративного слоя из свинца обеспечивают формирование бетона с низкой пористостью (до 2 %) Установлено, что режим изготовления материала оказывает значительное влияние на прочностные и деформативные свойства исследуемых бетонов при нагреве цементного камня наблюдается его деструкция, приводящая к снижению прочности каркаса вследствие ослабления межзерновых контактов, нагрев каркасов на основе модифицированной жидкостекольной композиции способствует термическому отжигу, приводящему к снижению величины внутренних напряжений как в каркасе, так и в металлобетоне

Исследованы эксплуатационные свойства каркасных металлобетонов определена химическая стойкость в 20%-ных растворах соляной, азотной, серной, фосфорной и плавиковой кислот (в связи с взаимодействием свинца с азотной кислотой предлагаемые бетоны не стойки в растворах указанной кислоты), а также термостойкость и сопротивление удару Показано, что стойкость металлобетонов определяется толщиной защитно-декоративного слоя, прочностью каркаса и видом клеевой композиции При прочих равных условиях металлобетоны,

полученные на каркасах, склеенных модифицированной жодкостекольной композицией, обладают наибольшей стойкостью

Установлено влияние ионизирующего излучения на свойства каркасных металлобетонов для защиты от радиации Показано, что коэффициент линейного ослабления у-излучения равен 0,458. 0,570 см"1, а коэффициент выведения быстрых нейтронов-(1,93 1,98)-10'2 см"1

10. Разработана технологическая схема изготовления каркасных металлобетонов для защиты от радиации Промышленная апробация разработанных металлобетонов проведена на предприятии ООО «Новые технологии» (г Пенза). Экономический эффект оценивается в 15310 рублей на 1 м2 поверхности пола в ценах на начало 2007 года

Разработанные каркасные металдобетоны для защиты от радиации демонстрировались на региональной выставке «Прогресс - 2007» (Пенза, 2007 г ) и Всероссийской выставке «VII Московский Международный салон инноваций и инвестиций» (Москва, 2007 г ), награждены бронзовой медалью.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1 Баженов, Ю M Теоретические основы выбора вида заполнителя для каркасных бетонов [Текст] /ЮМ Баженов, Е В. Королев, А П. Прошин, О В Королева, А П. Самошин//Изв вузов. Строительство. - 2005 - №5. - С 38-42

2 Прошин, А П Основные положения выбора вида заполнителя для каркасных бетонов [Текст] / А П Прошин, О-В. Королева, А П. Самошин, Е В Королёв - материалы Междунар. науч -техн конф Актуальные проблемы современного строительства. Строительные материалы и конструкции - Пенза ПГУАС, 2005. - С 162-166

3 Самошин, А П Металдобетоны каркасной структуры для защиты от радиации [Текст] / А.П Самошин, ЕВ Королев Сб матер науч конф «Наукаи образование тенденция развития центрального региона России как часта исследовательского и образовательного пространства» - Пенза ПТУ, 2006 - С 8689

4. Самошин, А.П Выбор вяжущего для каркасных металлобетонов [Текст] / А П. Самошин, Е.В Королёв Сб матер Первой Междунар науч.-практ. конф. «Оценка риска и безопасность строительных конструкций» - Воронеж- ВГАСУ, 2006. -т 1 - С.132-135

5 Соколова, Ю А Методологические принципы создания радиацион-но-защитных каркасных бетонов [Текст] учеб пособие / Ю А. Соколова, О .В Королева, А П Самошин, Е В. Королев. - M. Гос акад переподготовки и повышения квалификации руководящих работников и специалистов инвестиционной сферы, 2006 - 54 с

6 Мирзоев, В.В Радиационно-защитные композиты каркасной структуры [Текст] / В В Мирзоев, Ю А. Соколова, Е В Королев, А.П Самошин, О В Королева. Науч -техн сб - Балашиха Военно-технический университет Федерального агентства специального строительства, 2006 - Вьш №13.—С 3-9

7. Королев, Е В. Экономическая эффективность производства каркасных металлобетонов [Текст] /ЕВ Королев, А П Самошин - матер II Всерос-

сийской конф студентов, аспирантов и молодых ученых «Теория и практика повышения эффективности строительных материалов». - Пенза ПГУАС, 2007 -С.200-204

8 Самошин, А П. Проектирование состава каркасных металлобетонов для защиты от радиации [Текст] / А П Самошин, Е В Королев сб статей меж-дунар науч -практ конф «Эффективные конструкции, материалы и технологии в строительстве и архитектуре» - Липецк ЛГТУ, 2007 - С.67-72

9 Самошин, А П Пропиточная способность каркасов каркасных металлобетонов [Текст] / А П Самошин, Е В Королев - сб статей междунар науч -практ конф «Эффективные конструкции, материалы и технологии в строительстве и архитектуре» - Липецк: ЛГТУ, 2007 - С 127-133

Самошин Андрей Павлович

СТРУКТУРА И СВОЙСТВА КАРКАСНЫХ МЕТАЛЛОБЕТОНОВ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ РАДИАЦИИ

Специальность 05 23 05 - Строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Подписано в печать «08» апреля 2008 Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная Печать на ризографе Уч -изд л 1 0 Тираж 100 экз Заказ №61 Бесплатно

Издательство ПГУАС Отпечатано в полиграфическом центре ПГУАС 440028, г Пенза, ул Г Титова, 28 ,

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ТРАДИЦИОННЫЕ Р А ДИАЦИОННО-ЗАЩИТНЫЕ И

КАРКАСНЫЕ БЕТОНЫ.

1.1. Ионизирующие излучения и требования к материалам защиты.

1.2. Традиционные радиационно-защитные композиционные материалы.

1.3. Металлобетоны. Их разновидности, составы, физико-механические свойства, способы получения.

1.4. Свойства и технология изготовления каркасных бетонов.

I ' Выводы.

ГЛАВА 2. ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Цель и задачи исследования.

2.2. Применяемые материалы и их характеристики.

2.3. Методы исследования и аппаратура.40*

2.4. Статистическая оценка результатов измерений и методы математического планирования эксперимента.

ГЛАВА 3. МЕТОДОЛОГИЯ СИНТЕЗА КАРКАСНЫХ

МЕТАЛЛОБЕТОНОВ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ РАДИАЦИИ.

3.1. Декомпозиция системы качества и алгоритм синтеза радиационно-защитных металлобетонов.

3.2. Выделение и ранжирование управляющих рецептурно-технологических факторов.

3.3. Выбор компонентов металлобетона.

3.3.1. Выбор пропиточного металла.

3.3.2. Выбор вида заполнителя.

Выводы.

ГЛАВА 4. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КАРКАСОВ.

4.1. Пропиточная способность.

4.2. Средняя плотность и пустотность.

4.3. Прочностные и деформативные свойства.

4.4. Теплофизические свойства.

4.5. Многокритериальная оптимизация составов каркасов.

Выводы.

ГЛАВА 5. СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КАРКАСНЫХ МЕТАЛЛОБЕТОНОВ ДЛЯ

ЗАЩИТЫ ОТ РАДИАЦИИ.

5.1. Проектирование состава каркасных металлобетонов для защиты от радиации.

5.2. Смачиваемость поверхности заполнителя расплавом свинца.

5.3. Внутренние напряжения.

5.4. Средняя плотность и пористость.

5.5. Прочностные и деформативные свойства.

5.6. Теплофизические свойства.

Выводы.

ГЛАВА 6. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА КАРКАСНЫХ

МЕТАЛЛОБЕТОНОВ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ РАДИАЦИИ.

6.1. Химическая стойкость.

6.2. Сопротивление удару.

6.3. Термическая прочность.

6.4. Радиационно-защитные свойства.

6.5. Радиационный разогрев.

Выводы.

ГЛАВА 7. ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ

КАРКАСНЫХ МЕТАЛЛОБЕТОНОВ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ

РАДИАЦИИ.

7.1. Принципиальная технологическая схема изготовления каркасных металлобетонов для защиты от радиации.

7.2. Экономическая эффективность.

7.3. Промышленное внедрение каркасных металлобетонов для защиты от радиации.

Актуальность темы. Экспертные оценки запасов природных углеводородов указывают, что при существующих темпах экономического и промышленного роста их природные запасы будут исчерпаны к середине XXI века. Это заставляет мировое сообщество обратить особое внимание на атомную энергетику, которая, как предполагается, станет лидером в производстве электроэнергии. Приоритет в развитии атомной энергетики установлен и в России: Правительством РФ одобрена программа «Стратегия развития атомной энергетики России в первой половине XXI века». Это потребует создания новых эффективных строительных материалов для защиты от радиации.

Для обеспечения радиационной безопасности на объектах атомной энергетики и других отраслей промышленности широкое применение получили металлические, полимерные и композиционные строительные материалы. Металлические материалы применяют в основном для изготовления ответственных узлов и агрегатов ядерных энергетических установок, эксплуатирующихся в условиях повышенных радиационных нагрузок и температур. Композиционные строительные материалы используются для изготовления биологической защиты реакторов, контейнеров и хранилищ радиоактивных материалов и отходов, а полимерные материалы - для изготовления электроизоляционных материалов проводов и кабелей, а также различных уплотнителей. ^

В ГОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства» на кафедре «Строительные материалы» в научной школе А.П. Прошина в течение продолжительного периода проводятся исследования,- направленные на создание новых эффективных строительных материалов, предназначенных для защиты от радиации. Для обеспечения радиационной защиты на объектах атомной энергетики перспективными являются также металлобетоны, сочетающие свойства пластичных металлических матриц и каменного заполнителя. В научной школе профессора Ю.Б. Потапова разработаны научные основы создания конструкционных металлобетонов. Однако существующие литейные технологии изготовления таких материалов не обеспечивают однородного распределения заполнителя по объёму изделия и, следовательно, высокого качества металлобетона. Решить эту задачу можно путём создания металлобетона каркасной структуры. Указанное лежит в основе научной гипотезы, заключающийся в том, что получить материал с однородным объёмным распределением лёгкого заполнителя, обеспечивающего защиту от нейтронного излучения, возможно путём предварительного изготовления каркаса из заполнителя с жёсткой фиксацией зёрен с последующим проливом расплавом металла, защищающем от у-излучения.

Научные и практические данные и закономерности, установленные и обобщённые в диссертационной работе, получены автором на кафедре строительных материалов ГОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства» при выполнении НИР по тематическому плану РААСН: №2.4.10 «Исследование структуры и свойств радиационно-защитных метонов каркасной структуры», №2.4.16 «Исследование процесса структурообразования каркасных металлобетонов для защиты от радиации».

Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка составов и технологии изготовления каркасных металлобетонов для защиты от радиации.

В соответствии с поставленной целью определены и решены следующие задачи:

- научно обосновать выбор компонентов каркасных металлобетонов для защиты от радиации (пропиточного металла и заполнителя);

- установить закономерности влияния основных рецептурных и технологических факторов на структурообразование и свойства крупнопористых каркасов на основе ферроборового шлака, обладающих оптимальным сочетанием пропиточной способности и физических свойств;

- разработать составы эффективных каркасных металлобетонов, обладающих высокими показателями радиационно-защитных свойств, и исследовать их физико-механические и эксплуатационные свойства.

Теоретической и методологической основой исследований являются разработки отечественных и зарубежных учёных в области строительного материаловедения, механики разрушения композитов, современного бетоноведения, системного анализа: Ю.М. Баженова, А.Н. Бобрышева,.А.М. Данилова, В.Т. Ерофеева, А.Д. Зимона, М.Х. Карапетьянца, П.Г. Комохова, Е.В. Королева, Н.И. Макридина, А.П. Прошина, Ю.Б. Потапова, И.А. Рыбьева, В.П. Селяева; Ю.А. Соколовой, В.И. Со-ломатова, В.Д. Черкасова, Е.М. Чернышова, С.В. Федосова и других.

Информационную базу составляют монографические работы, материалы научно-технических конференций, статьи в научных сборниках и периодических изданиях по исследуемой проблеме.

Работа выполнена с применением методологических основ строительного материаловедения в системе «рецептура, технология - структура - свойства» (системно-структурный подход).

При проведении исследований использовались физико-химические методы оценки характеристик структуры и свойств, методы активного планирования эксперимента, методы регрессионного и корреляционного анализа и статистической обработки экспериментальных данных с применением ЭВМ.

Научная новизна работы состоит в решении проблемы получения радиа-ционно-защитных металлобетонов каркасной структуры, обеспечивающих повышение экологической безопасности объектов атомной промышленности.

Предложены принципы создания каркасных металлобетонов для защиты от радиации, заключающиеся в установлении свойств, определяющих качество каждого структурного элемента (пропиточной и клеевой композиций, крупнопористого каркаса), и в классификации выделенных свойств. На основе анализа закономерностей влияния вида и количества компонентов на величину экстенсивных свойств (показатели, на характер изменения и величину которых поверхностные явления не оказывают существенного влияния) выдвигаются гипотезы о видах компонентов материала. При декомпозиции интенсивных свойств (структурно-чувствительные характеристики, существенно зависящие от интенсивности физико-химических процессов, протекающих на границе раздела фаз) по процессам, явлениям и фазам определяются элементарные управляющие рецептурно-технологи-ческие факторы и явления, оказывающие существенное влияние на процесс струк-турообразования материала. Предложены методики выбора основных компонентов структурных уровней каркасных металлобетонов для защиты от радиации: пропиточного металла и заполнителя.

Установлены закономерности влияния основных рецептурно-технологических факторов (вид и количество клеевой композиции, концентрация модификатора, продолжительность и температура изотермической выдержки) на физико-механические и эксплуатационные свойства крупнопористых каркасов из ферроборового шлака и радиационно-защитных металлобетонов, позволяющие установить рациональные, границы варьирования рецептурно-технологических факторов.

Основные положения, выносимые на защиту:

- принципы создания радиационно-защитных каркасных металлобетонов; формализованные методики выбора основных компонентов структурных уровней таких бетонов: пропиточного металла и заполнителя;

- экспериментальные закономерности направленного структурообразования крупнопористых каркасов из ферроборового шлака и каркасных металлобетонов для защиты от радиации с установлением рациональных границ варьирования основных рецептурных факторов; результаты экспериментальных исследований и, математические модели влияния? основных рецептурных факторов на структуру, физико-механические и эксплуатационные свойства предлагаемых материалов; результаты многокритериальной оптимизации составов крупнопористых каркасов;

- результаты исследований эксплуатационных свойств предлагаемых материалов (стойкость в химически активных средах, к температурному воздействию и др-);

- оптимальные составы каркасных металлобетонов для защиты от радиации, обладающие заданным комплексом физико-механических и эксплуатационных свойств.

Практическая значимость работы заключается в разработке и установлении технологических условий получения эффективных и долговечных крупнопористых каркасов из ферроборового шлака и радиационно-защитных каркасных металлобетонов.

Предложены формализованные методики выбора пропиточного металла и заполнителя для крупнопористых каркасов.

Разработан метод проектирования составов каркасных металлобетонов для защиты от радиации.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы представлялись и докладывались на Международных и Всероссийских научно-практических конференциях и совещаниях: «Актуальные проблемы современного строительства» (Пенза, 2005-2007 гг.), «Наука и образование: тенденции развития центрального региона России как части исследовательского и образовательного пространства» (Пенза, 2006 г.), «Оценка риска и безопасность строительных конструкций» (Воронеж, 2006 г.). Результаты работы экспонировались на Всероссийской (Москва, 2007 г.) и региональной («Прогресс-2007», Пенза) выставках и получили высокую оценку. Промышленная апробация разработанных металлобетонов проведена на предприятии ООО «Новые технологии» (г. Пенза). Экономический эффект оценивается в 15310 рублей на 1 м2 поверхности пола в ценах на начало 2007 года.

Достоверность результатов работы. В диссертации результаты исследований подтверждаются сходимостью большого количества экспериментальных данных, полученных с применением стандартных и высокоинформативных методов, положительными результатами внедрения составов и технологии.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ (в журналах по перечню ВАК - 1 статья).

Объём и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из* введения, 7 глав, основных выводов, списка литературы и 2 приложений. Содержит 187 страниц машинописного текста, в том числе 42 рисунка и 68 таблиц. Библиография включает 140 наименований.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработаны эффективные составы каркасных металлобетонов, обладающих высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами (линейным коэффициентом ослабления гамма-излучения - 0,265.0,890 см"1, коэффициентом выведения нейтронов - (1,93.1,98)-10"2 см"1, средней плотностью - 6300.8250 кг/м3, пределом прочности при сжатии - 13,1.16,3 МПа, ударной прочностью - 6,26.16,66 Дж/см , максимальной рабочей температурой - 250.300°С, коэффициентом химической стойкости в растворах кислот (H2S04, НС1, HN03, HF, H3P04) - 0,37. 1,0) и предназначенных для изготовления защитных конструкций бункеров и хранилищ радиоактивных отходов, а также для изготовления строительных изделий, эксплуатирующихся в условиях гамма- и смешанного гамма-нейтронного излучения.

2. С применением методов системного анализа предложены научные принципы создания каркасных металлобетонов для защиты от радиации, заключающиеся в декомпозиции системы критериев качества каждого структурного элемента (пропиточной и клеевой композиций, крупнопористого каркаса) и в установлении элементарных управляющих рецептурно-технологических факторов и явлений, оказывающих существенное влияние на процесс структурообразования материала, посредствам декомпозиции структурно-чувствительных свойств по процессам, явлениям и фазам.

3. Разработаны методики выбора основных компонентов структурных элементов каркасного металлобетона для защиты от радиации: пропиточного металла и заполнителя. Обосновано применение в качестве пропиточного металла свинца, а в качестве заполнителя - ферроборового шлака.

4. Для оценки фильтрационной способности разработана модель движения жидкости по каналам крупнопористого каркаса, учитывающая гидростатическое сопротивление, оказываемое каркасом, и смачиваемость поверхности заполнителя расплавом свинца. Теоретически показано и экспериментально подтверждено, что каркасы из ферроборового шлака обладают высокой фильтрационной способностью и пригодны для изготовления радиационно-защитных металлобетонов.

5. Установлено, что физико-механические (средняя плотность, пустотность, предел прочности при сжатии, коэффициент теплопроводности) и эксплуатационные (линейный коэффициент ослабления гамма-излучения, коэффициент выведения быстрых нейтронов) свойства крупнопористых каркасов^ из ферроборового шлака, склеенных композициями как на основе шлакопортландцемента, так и на основе модифицированного жидкого стекла, зависят от подвижности клеевых составов, которая регулируются: для цементного теста - В/Ц-отношением и расходом суперпластификатора С-3, а для клея на модифицированном жидком стекле - концентрацией модификатора (отход производства оптического стекла), температурой и продолжительностью изотермической выдержки. Формирование однородных и прочных каркасов обеспечивается при предельном напряжении сдвига клеевых композиций, равном 100. 120 Па.

Получены экспериментально-статистические модели влияния основных рецептурных и технологических факторов на физико-механические и эксплуатационные свойства, определяющие качество каркасов.

С применением разработанного обобщённого критерия качества, учитывающего физико-механические, эксплуатационные свойства и технико-экономический критерий, проведена многокритериальная оптимизация составов и технологии изготовления крупнопористых каркасов из ферроборового шлака, предназначенных для изготовления металлобетонов для защиты от радиации.

6. Установлено, что расплав свинца плохо смачивает поверхность клеевых композиций, нанесённых на ферроборовый шлак: краевой угол смачивания цементной композиции - 137±3°, жидкого стекла - 147±3°. Введение отхода стекольной промышленности улучшает смачиваемость поверхности клеевой композиции на основе жидкого стекла на 15%.

7. На основе численного моделирования определено влияние основных рецептурных факторов на напряжённое состояние каркасных металлобетонов для защиты от радиации. Установлено, что величина внутренних напряжений (в радиальном направлении - до 0,27 МПа, в тангенциальном направлении - до 0,31 МПа) значитёльно меньше прочности на разрыв свинца (ив = 14. 18 МПа). Это обеспечивает формирование предлагаемого металлобетона без горячих трещин в структуре.

8. Предложена методика проектирования составов каркасных металлобетонов для защиты от радиации: на первом этапе по заданным размерам конструкции защиты, характеристикам источника ионизирующего излучения и требованиям к защите (кратности ослабления) вычисляются расходы заполнителя и клеевой композиции, а на втором — проводится расчёт расхода пропиточного металла.

9. Определены физико-механические свойства каркасных металлобетонов, полученных путём совмещения крупнопористого каркаса и пропиточного металла - свинца. Заполнение межзерновых пустот и образование защитно-декоративного слоя из свинца обеспечивают формирование бетона с низкой пористостью (до 2 %). Установлено, что режим изготовления материала оказывает значительное влияние на прочностные и деформативные свойства исследуемых бетонов: при нагреве цементного камня наблюдается его деструкция, приводящая к снижению прочности каркаса вследствие ослабления межзерновых контактов; нагрев каркасов на основе модифицированной жидкостекольной композиции способствует термическому отжигу, приводящему к снижению величины внутренних напряжений как в каркасе, так и в металлобетоне.

Исследованы эксплуатационные свойства каркасных металлобетонов: определена химическая стойкость в 20%-ных растворах соляной, азотной, серной, фосфорной и плавиковой кислот (в связи с взаимодействием свинца с азотной кислотой предлагаемые бетоны не стойки в растворах указанной кислоты), а также термостойкость и сопротивление удару. Показано, что стойкость металлобетонов определяется толщиной защитно-декоративного слоя, прочностью каркаса и видом клеевой композиции. При прочих равных условиях металлобетоны, полученные на каркасах, склеенных модифицированной жидкостекольной композицией, обладают наибольшей стойкостью.

Установлено влияние ионизирующего излучения на свойства каркасных металлобетонов для защиты от радиации. Показано, что коэффициент линейного ослабления у-излучения равен 0,458.0,570 см"1, а коэффициент выведения быстрых нейтронов - (1,93.1,98)-10"2 см"1.

10. Разработана технологическая схема изготовления каркасных металлобетонов для защиты от радиации. Промышленная апробация разработанных металлобетонов проведена на предприятии ООО «Новые технологии» (г. Пенза). Экономио ческий эффект оценивается в 15310 рублей на 1 м поверхности пола в ценах на начало 2007 года.

Разработанные каркасные металлобетоны для защиты от радиации демонстрировались на региональной выставке «Прогресс - 2007» (Пенза, 2007 г.) и Всероссийской выставке «VII Московский Международный салон инноваций и инвестиций» (Москва, 2007 г.), награждены бронзовой медалью.

1. Бродер, Д.М. Бетон в защите ядерных установок Текст.: монография / Д.М. Бродер, J1.H. Зайцев, М.М. Колмочков. - М.: Атомиздат, 1966. - 240 с.

2. Горшков, Г.В. Проникающие излучения радиоактивных источников Текст.: монография / Г.В. Горшков. Д.: Наука, 1967. - 395 с.

3. Защита от радиоактивных излучений Текст. /Под ред. А.В. Николаева. -М.: Металлургиздат, 1961. 420 с.

4. Дубровский, В.Б. Строительные материалы и конструкции защиты от ионизирующих излучений Текст.: монография / В.Б. Дубровский, 3. Аблевич. -М.: Стройиздат, 1983. 240 с.

5. Дубровский, В.Б. Радиационная стойкость строительных материалов

6. Текст.: монография / В.Б. Дубровский, М.: Стройиздат, 1977. -240 с.

7. Защита от ионизирующих излучений Текст. /Под ред. Н.Г. Гусева // т.1 Физические основы защиты от излучений // М.: Энергоатомиздат, 1969. - 367с.

8. Дубровский, В.Б., Строительство атомных электростанций Текст.: монография / В.Б. Дубровский, П.А. Лавданский, Ф.С. Нешумов и др. М.: Энергия, 1979.-232 с.

9. Комаровский, А.Н. Строительные материалы для защиты от излучений ядерных реакторов и ускорителей Текст.: монография / А.Н. Комаровский. М.: Атомиздат, 1958. - 116 с. ' ,

10. Биологическая защита ядерных реакторов Текст.: Справочник / Перевод с английского ред. под Ю.А Егорова. М.: Атомиздат, 1965. - 180 с.

11. Кореневский, В.В. О требовании к бетону и к конструкции защиты реактора из железобетона Текст. /. В.В. Кореневский, Б.К. Пергаменщик // Вопросы физики защиты реакторов. М.: 1974, - с. 12.

12. Бетоны корпусов ядерных реакторов Текст. // Библиографический указатель / Прочность и радиационная стойкость материалов, применяемых в корпусах ядерных реакторов. Л.: ВНИИГ им. В.К. Веденеева., 1973. - 118 с.

13. Прошин, А.П. Строительные растворы для защиты от радиации Текст.: монография / А.П. Прошин, Е.В. Королев, Н.А. Очкина, С.М. Саденко Пенза: ПГАСА, 2002. - 202 с.

14. Дубровский, В.Б. Защитные свойства борсодержащих бетонов Текст.: монография / В.Б. Дубровский, М.Я. Кулаковский. М.: Атомная энергия, 1967.

15. Galleaher, R. Summary Report on Portland Cement Concretes for Shielding

16. Текст. / R. Galleaher, A. Kitzes // Oak Ridge National Lab. March, 1953. №2. - P. 611.

17. Воскресенский, Е.В. К вопросу о применении барийсерпетинитового цемента в защите реакторов атомных электростанций Текст. /. Е.В. Воскресенский, Ю.А. Егоров // Вопросы физики защиты реакторов. М.: Атомиздат, 1974, -с. 18-20.

18. Весёлкин, А.П. Исследование защитных свойств бетонов разных составов Текст. / А.П. Весёлкин, Е.В. Воскресенский, В.А. Егоров // Вопросы физики защиты реакторов. М.: Атомиздат, 1974. - 230 с.

19. Комаровский, А.Н. Строительство ядерных установок Текст.: монография / А.Н. Комаровский. М.: Атомиздат, 1969. - 196 с.

20. Десов, А.Е. Технология и свойства тяжелых бетонов Текст. / А.Е. Десов // Труды НИИЖБ.-М., 1959. 129 с.

21. Дубровский, В1Б. Гематитовый жароупорный бетон для биологической защиты атомных электростанций Текст. / В.Б. Дубровский, А.Ф. Ширенков, В.И. Поспелов // Энергетическое строительство. М., 1967. - №7. - С. 8-11.

22. Дубровский, В.Д. Бетоны на железорудных заполнителях в условиях высоких радиационно-температурных нагрузок Текст.: монография / В.Д. Дубровский, Г.И. Жолдак // Вопросы физики защиты реакторов. М.: Атомиздат, 1972. -124 с.

23. Ма, Б.М. Материалы ядерных энергетических установок Текст.: монография / Б.М. Ма. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 405 с. •

24. Машкович, В.П. Защита от ионизирующих излучений Текст.: монография / В.П. Машкович, А.В.Кудрявцева. М.: Энергоатомиздат, 1995. - 128 с.

25. Паршин,' A.Mi Радиационная повренедаемость и свойства сплавов Текст.: монография / A.M. Паршин, А.Н. Тихонов, Г.Г. Бондаренко, Н.Б. Кириллов. СПб.: Политехника, 1995. - 301 с.

26. Князев, В.К. Радиационная стойкость материалов радиотехнических конструкций Текст. / В.К. Князев. М.: Советское радио, 1978. - С. 151-172.

27. Чарльзби, А. Ядерные излучения и полимеры Текст.: монография / А. Чарльзби. -М.: ИЛ, 1962. 522 с.

28. Милинчук, В.К. Основы радиационной стойкости органических материалов Текст.: монография / В.К. Милинчук, Э.Р. Клиншпонт, В.И. Тупиков. — М.: Энергоатомиздат, 1994. 256 с.

29. Хакимуллин, Ю.Н. Высоконаполненные композиционные материалы строительного назначения на основе насыщенных эластомеров Текст.: автореферат доктора техн. наук. Казань, 2003. - 36 с.

30. Худяков, В.А. Разработка и исследование свойств модифицированных эпоксидных композитов для защиты от ионизирующих излучений Текст.: дисс.канд. техн. наук. / В.А. Худяков. Пенза, 1994. - 141 с.

31. Бормотов, А.Н. Пластифицированные эпоксидные композиты повышенной плотности Текст.: дисс.канд. техн. наук. / А.Н. Бормотов. Пенза, 1998. -195 с.

32. Паркинсон, А. Действие радиации на органические материалы Текст.: монография / А. Паркинсон. М.: Атомиздат, 1965. - 364 с.

33. Ларичева-Банаева, В.П. Эпоксидные смолы и радиация Текст.: монография / В.П. Ларичева-Банаева. М.: НИИТЭХИМ, 1976. - 33 с.

34. Облегченные защитные материалы: USA, Newtron, III, № 3,1, 1970

35. Патент №1167459 Нейтронная защита Текст. / Пат. ФРГ, кл. 21,21/32, № 1167459, 20. V 1960-1964, Yoodyear Fire and Rubber Co.

36. Патент №1448730 31.1 Защитный материал для атомных реакторов и способ его изготовления Текст. / Пат. Франция, кл. Y 21 f, № 1448730 31.1, 19641966, S. A. Alsetex.

37. Козлов, В.Ф. Справочник по радиационной безопасности Текст.: справочник / В.Ф. Козлов. М.: Энергоатомиздат, 1999. - 520 с.

38. Михайлов, К.В. Полимербетоны и конструкции на их основе Текст.: монография / К.В. Михайлов, В.В. Патуроев, Р. Крайс. М.: Стройиздат, 1989. -301с.

39. Потапов, Ю. Б. Композиционные строительные конструкции Текст.: монография./ Ю. Б. Потапов, В.П. Селяев, Б.М. Люпаев. М.: Стройиздат, 1984. - 100 с.

40. Задворнев, Г.А. Создание конструктивных элементов сооружений в горных породах низкотемпературной плазмой и их расчет Текст.: автореферат дис. д-ра техн. наук / Г.А. Задворнев — Новосибирск, 1972. 39 с.

41. Соломатов, В.И. Метой новый конструкционный материал Текст.: В.И. Соломатов, Ю.Б. Потапов // Строительные материалы - 1978. - № 3. - С. 1819.

42. Потапов, Ю.Б. Метоны высокоэффективные композиты Текст.: Ю.Б. Потапов, В.И. Соломатов, Г.А. Лаптев // Известия вузов. Строительство. - 1996. -№9. - С. 76-86.

43. Соломатов, В.И. Эффективные композиционные строительные материалы и конструкции Текст.: монография / В.И.Соломатов, Ю.Б.Потапов, К.Ч.Чощшиев // М.Г. Бабаев. Ашхабад: Ылым, 1991. - 268 с.

44. Задворнев, Г.А. Плазменные технологии для строительства Текст.: монография / Задворнев Г.А. Новосибирск.: СО АН СССР. - 1986. - 26 с.

45. Задворнев, Г.А. Плазменные технологии в строительном производстве Текст.: Г.А. Задворнев // Сварочное производство. 1993.-№ 4. - С. 15-17

46. Затуловский, С.С Литые композиционные материалы Текст.: монография / С.С. Затуловский, В.Я. Кузик, Р.К. Иванова К.: Техника, 1990. - 240 с.

47. Патент №561713 Способ изготовления металлобетоииых изделий Текст. / В.И.Соломатов, Ю.Б.Потапов, Г.А.Лаптев, А.И.Белозеров; опуб. 15.06.77, Бюл. № 22.

48. Патент №590295 Металлобетонная смесь Текст. / Ю.Б.Потапов, В.И.Соломатов, Г.А.Лаптев, А.И.Белозеров, Е.П.Романов; опуб. 30.01.78, Бюл. № 4.

49. Патент №649680 Металлобетонная смесь Текст. / Ю.Б.Потапов, В.И.Соломатов, А.И.Бульенов, Г.А.Лаптев; опуб. 28.02.79; Бюл. № 8.

50. Патент №546591 Металлобетонная смесь Текст. / В.И.Соломатов, Ю.Б.Потапов, Г.А.Лаптев, Н.А.Катков; опуб. 15.02.77, Бюл. № 6.

51. Патент №742411 Металлобетонная смесь Текст. / В.И.Соломатов, ЮЛШотапов, Г.А.Лаптев, Е.П.Романов; опуб. 25.06.80, Бюл. № 23.

52. Патент №658108 Металлобетонная смесь Текст. / Ю.Б.Потапов, В.И.Соломатов, Г.А.Лаптев, Е.П.Романов; опуб. 25.04.79, Бюл. № 15.

53. Патент №558887 Металлобетонная смесь Текст. / В.И.Соломатов, Ю.Б.Потапов, Г.А.Лаптев, В.И.Клюкин; опуб. 25.05.77, Бюл. № 19.

54. Патент №666151 Металлобетонная смесь Текст. / Ю.Б.Потапов, В.И.Соломатов, Г.А.Лаптев, А.И.Белозеров; опуб. 05.06:79, Бюл. № 21.

55. Патент №614069 Металлобетонная, смесь Текст. / Ю.Б.Потапов, В.И.Соломатов, Г.А.Лаптев, Е.П.Романов; опуб. 05.07.78, Бюл. № 25.

56. Патент №591430 Металлобетонная смесь Текст. / Ю.Б.Потапов, В.И.Соломатов, Г.А.Лаптев, А.И.Белозеров, Е.П.Романов; опуб. 05.02.78, Бюл. № 5.

57. Патент №561712 Металлобетонная смесь Текст. / В.И.Соломатов, Ю.Б.Потапов, Г.А.Лаптев, Я.И.Швидько; опуб. 15.06.77, Бюл. № 22.

58. Патент №773017 Металлобетонная смесь Текст. / В.И.Соломатов, Ю.Б.Потапов, Г.А.Лаптев, И.А.Кусляйкин, Е.П.Романов; опуб. 23.1080, Бюл. № 39.

59. Патент №600116 Металлобетонная смесь Текст. / Ю.Б.Потапов, В.И.Соломатов, Г.А.Лаптев, Э.Л.Марьямов; опуб. 30.03.78, Бюл. № 12.

60. Патент №65/685 Металлобетонная смесь Текст. / Ю.Б.Потапов, : В.И.Соломатов, Г.А.Лаптев, А.И.Белозеров. Бюл. № 13.

61. Патент №637375 Металлобетонная смесь Текст. / Ю.Б.Потапов, В.И.Соломатов, Г.А.Лаптев, Б.М.Люпаев; опуб. 15.12.78, Бюл. № 46.

62. Патент №657002 Металлобетонная смесь Текст. / Ю.Б.Потапов,

63. В.И.Соломатов, Г.А.Лаптев, В.П.Селяев, Е.П.Романов; опуб. 15.04.79, Бюл. № 14.

64. Рубцова, Е.Г. Исследование особенностей формирования соединений ме-яеду металлической матрицей и неметаллическим заполнителем при создании металлобетонных композиций Текст.: дисс.канд. техн. наук. / Рубцова. Воронеж, 1998. - 195 с.

65. Болдырев, A.M. Технологическая прочность металлической матрицы при изготовлении металлобетонов Текст. / A.M. Болдырев, А.С. Орлов, Е.Г. Рубцова // Вестник РАССН. Москва, 2000. - С. 122-125.г

66. Баландин, Г.Ф. Основы теории формирования отливки Текст.: монография / Г.Ф. Баландин М.: Машиностроение, 1979. - 335 с.

67. Селяев, В.П. Композиционные строительные материалы каркасной структуры Текст.: монография / В.П. Селяев, В.И. Соломатов, В.Т. Ерофеев Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 1993. - 167 с.

68. Ерофеев, В.Т. Каркасные строительные композиты Текст.: монография / В.Т. Ерофеев, Н.И.Мищенко, В.П. Селяев, В.И. Соломатов. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 1995. 243 с.

69. Ерофеев, В.Т. Каркасные строительные композиты Текст.: автореферат дис. д-ра техн. наук / В.Т. Ерофеев. М., МИИТ, 1993. - 52 с.

70. Волков, М.И. Методы испытаний строительных материалов Текст. / М.И. Волков М.: Стройиздат, 1974. - 301 с.

71. Калашников, В.И. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Вяжущие вещества» Текст. / В.И. Калашников, М.О. Коровкин, Ю.С. Кузнецов. Пенза: ПГАСИ, 1995. - 33 с.

72. Горшков, B.C. Вяжущие. Керамика и стеклокристаллические материалы. Структура и свойства Текст. / B.C. Горшков. М.: Стройиздат, 1995. - 584 с.

73. Горшков, B.C. Методы физико-химического анализа вяжущих веществ Текст. / B.C. Горшков, В.В. Тимошев, В.Г. Савельев. М.: Высшая школа, 1981. -334 с.

74. Карпенко, Н.И. Общие модели механики железобетона Текст. / Н.И. Карпенко. М.: Стройиздат, 1996. - 416 с.

75. Тейлор, Дж. Введение в теорию ошибок Текст. / Дж. Тейлор. М.: Мир, 1985.-272 с.

76. Вознесенский, В.А. Численные методы решения строительно-технологических задач на ЭВМ Текст. / В.А. Вознесенский, Т.В. Ляшенко, Б.Л. Огарков. Киев: «Высшая школа», 1989. - 326 с.

77. Вознесенский, В.А. Оптимизация состава многокомпонентных добавок в композитах Текст.: брошюра / В.А. Вознесенский. Киев: Общество «Знание» УССР, 1981.-20 с.

78. Вознесенский, В.А. Современные методы оптимизации композиционных материалов Текст.: монография / В.А. Вознесенский, В.Н. Выровой, В.Я. Керш. -Киев: Буд1вельник, 1983. 144 с.

79. Ахназарова, C.JI. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии Текст.: монография / C.JI. Ахназарова, B.JI. Кафаров. М.: Высшая школа, 1985. - 327 с.

80. Ляшенко, Т.В. ЭВМ и оптимизация композиционных материалов Текст.: монография / Т.В. Ляшенко, Я.П. Иванов, Н.И. Николов Киев: Бущвельник, 1989. - 240 с.

81. Анализ эффективной вязкости полимерной системы на основе модели «смесь I, смесь И, технология свойства» Текст. / В.А. Вознесенский, Я.П. Иванов, Т.В. Ляшенко, В.И. Соломатов //Физико-химическая механика дисперсных систем. - Киев, 1986. - С. 122-128.

82. Новик, Ф.С. Планирование эксперимента на симплексе при изучении металлических систем Текст.: монография / Ф.С. Новик. М.: Металлургия, 1985.-256 с.

83. Баженов, Ю.М. Перспективы применения математических методов в технологии сборного железобетона Текст.: монография / Ю.М. Баженов, В.А. Вознесенский. -М.: Стройиздат, 1974. 191 с.

84. Антонов, А.В. Системный анализ Текст.: учебное пособие / А.В. Антонов -М.: Высшая школа, 2004. 454 с.

85. Данилов, A.M. Строительные материалы как системы Текст. / A.M. Данилов, Е.В. Королев, И.А. Гарькина //Строительные, материалы. 2006. - №7. — С.55-57. ' ' '

86. Еремин, Н.Ф. Процессы и аппараты в технологии строительных материалов Текст.: учебник / Н.Ф. Еремин. М.: Высшая школа, 1986. - 280 с.

87. Соломатов, В.И. Развитие полиструктурной, теории композиционных строительных материалов Текст. / В.И. Соломатов // Материалы юбилейной конференции. М.: МИИТ, 2001. - С. 56-66.

88. Соколова, Ю.А. Методологические принципы создания радиационно-защитных каркасных бетонов Текст.: учебное пособие / Ю.А. Соколова, О.В. Королёва, А.П. Самошин, Е.В. Королёв. М.: ГАСИС, 2006. - 54 с.

89. Рыбьев, И.А. Строительное материаловедение Текст.: учебное пособие / И.А. Рыбьев. М.: Высшая школа, 2002. - 701 с.

90. Прангишвили, И.В. Идентификация систем и задачи управления: на пути к современным системным методологиям Текст. / И.В. Прангишвили, В.А. Лотоцкий, К.С. Гинсберг, В.В. Смолянинов // Проблемы управления. 2004. -№4.-С. 2-15.

91. Королев, Е.В. Радиационно-защитные и коррозионно-стойкие серные строительные материалы Текст.: монография / Е.В. Королев, А.П. Прошин, Ю.М. Баженов, Ю.А. Соколова. -М.: Палеотип, 2006. 272 с.

92. Королёв,. Е.В. Радиационно-защитные и коррозионно-стойкие серные строительные материалы Текст.: монография / Е.В. Королёв, А.П. Прошин, Ю.М Баженов, Ю.А. Соколова М.:Палеолит, 2004. - 464 с

93. Баженов, Ю.М, Теоретические основы выбора вида заполнителя для каркасных бетонов, Текст.: Ю.М. Баженов, А.П. Прошин, Е.В. Королёв, А.П. Са-мошин // Известия вузов. Строительство. 2005. - №5. - С. 38-42.

94. Яглом, И.М. О комбинаторной геометрии Текст.: монография / И.М. Яглом М.: Едиториал урсс, 2004. -64 с.

95. Нигматулин, Рс.И. Физическая гидродинамика Текст.: учебное пособие / Рс.И. Нигматулин, А.А. Соловьёв М.: ГЭОТАР, 2005. - 512 с.

96. Королёв, Е.В. Строительные материалы на основе серы^Текст.: монография / Е.В. Королёв, А.П. Прошин, В.Т. Ерофеев, В.М. Хрулёв, В.В. Горетый Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2003. - 372 с.

97. Циборовский, Яi Процессы химической технологии Текст.: монография / Я. Циборовский Ленинград: ГНТИ химической литературы, 1958. - 932 с.

98. Дытнерский, Ю.№ Процессы m аппараты химической технологии -Часть 1: Теоретические основы процессов химической технологии. Гидромеханические и тепловые процессыг и аппараты Текст.: учебное пособие / Ю.И. Дытнерский М.: Химия, 1995. - 400 с.

99. Шестаков, В.М. Основы гидрогеологических расчетов* при фильтрации' из*хранилищ промышленных стоков,Текст.: монография / В.М. Шестаков М.: ВНИИ «Водгео», 1961. - 100 с.

100. Ицкович, С.М. Заполнители для бетона Текст.: учебное пособие / С.М. Ицкович. -М.: Высшая школа, 1972. С. 208-211.

101. Скрамтаев, Б.К Крупнопористый бетон и его применение в строительстве Текст.: монография / Б.Г. Скрамтаев М.: Госстройиздат, 1955. - С. 119.

102. Николодышев, И.С. Исследование фильтра из пористого бетона Текст.: И.С. Николодышев // Гидротехника и мелиорация. 1958. -№10.

103. Воробьёв, Ю.Л. Вопросы прочности крупнопористого бетона Текст.: Ю.Л. Воробьёв // Труды Харьковского института инж. ж.-д. транспорта Харьков. -1960.-вып. 39.-С. 57-66.

104. Татевосян, А.Т. К вопросу о прочности крупнопористого бетона Текст.: А.Т. Татевосян // Бетон и железобетон. 1959 — №6.

105. Ерофеев, В.Т. Исследование физико-технических свойств Ht технологии приготовления крупнопористых полимербетонов Текст.: В.Т. Ерофеев, С.М. Курченко // Композиционные строительные материалы. Саранск. - 1987. - С. 5254.

106. Урьев, Н.Б. Высококонцентрированные дисперсные системы Текст.: монография / Н.Б.Урьев М.: Химия. 1980. - 320с.

107. Ребиндер, П.А. Физико-химическая механика дисперсных структур

108. Текст.: учебное пособие / П.А. Ребиндер -М.: Наука, 1966. 347 с.

109. Ицкович, С.М. Крупнопористый бетон (технология и свойства) Текст.: монография / С.М. Ицкович М.: Стройиздат, 1977. - 117 с.

110. Бабичев, А.П.Физические величины Текст.: справочник / А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, A.M. Братковский и др.; Под ред. И.С Григорьева., Е.З. Мейлихо-ва-М.: Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.

111. Немец, О.Ф. Справочник по ядерной физике Текст.: справочник / О.Ф. Немец, Ю.В. Гофман Киев: Наукова думка, 1975. - 414 с.

112. Найдич, Ю.В. Контактные явления в металлических расплавах Текст.: монография / Ю.В. Найдич К.: Наукова думка, 1972. - 197 с.

113. Nourbaksh, S. Processing of continuons-ceramicnber-reinforced intermetallic composites by pressure casting Текст.: S. Nourbaksh, H. Margoling // Mater. Sci and Eng.A. 1991. - 144 №1-2. -p.133-141.

114. Баландин, Г.Ф. Физико-химические основы литейного производства

115. Текст.: монография / Г.Ф. Баландин, В.А. Васильев М.: Машиностроение, 1971. -216 с.

116. Горюнов, Ю.В. Смачивание Текст.: монография / Ю.В. Горюнов, Б.Д. Сумм -М.: Знание, 1972.-60 с.

117. Попель, С.И. Поверхностные явления в расплавах Текст.: монография / С.И. Попель М.: Металлургия, 1994. -432 с. , '

118. Повышение стойкости бетона и железобетона при воздействии агрессивных сред Текст.: учебное пособие / Под ред. В.М. Москвина, Ю.А Саввиной. М.: Стройиздат, 1975. - 240 с.

119. Галушко, А.И. Внутренние напряжения в герметизирующих компаундах

120. РЭА Текст.: монография / А.И. .Галушко М.: Советское радио, 1974. - 104 с.

121. Береговой, В.А. Теплофизические свойства композиционных материалов для защиты от радиации Текст.: дисс.канд. техн. наук. / В.А. Береговой — Пенза, 1997.- 151 с.

122. Очкина, Н.А. Радиационно-защитные растворы на основе высокоглиноземистого цемента Текст.: дисс. канд. техн. наук. Пенза, 2002. - 206 с.

123. Фокин, К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий Текст. / К.Ф. Фокин. М.: Стройиздат, 1973. - 273 с.

124. Беляев, Н.М. Методы теории теплопроводности Текст.: учебное пособие /Н.М. Беляев, А.А. Рядно 4.1. - М.: Высшая школа, 1982. - 327 с.

125. Поляков, К.А. Коррозия и химически стойкие материалы Текст. / К.А. Поляков, Ф.Б. Сломянская, К.К. Полякова -M.-JL: Госхимиздат, 1953.-203 с.

126. Стромберг, А.Г. Физическая химия Текст. / А.Г. Стромберг, Д.П. Семчен-ко. М.: «Высшая школа», 1999. - 527 с.

127. Рабинович, В.А. Краткий химический справочник Текст. / В.А. Рабинович, З.Я. Хавин. Л.: «Химия», 1978.'- 392 с.

128. Равдель, А.А. Краткий справочник физико-химических величин Текст. / А.А. Равдель, К.П. Мищенко. JL: «Химия», 1974. - 200 с.

129. Карапетьянц, М.Х. Основные термодинамические константы неорганических и органических веществ Текст. / М.Х. Карапетьянц, M.JI. Карапетьянц. -М.: «Химия», 1968. 472 с.

130. Вернигорова, В.Н. Коррозия строительных материалов текст.: монография / В.Н. Вернигорова, Е.В. Королев, А.И. Еремкин, Ю.А. Соколова М.: Палео-нтип, 2007. 176 с.

131. Батраков, В.В. Коррозия конструкционных материалов. Газы и неорганические кислоты Текст.: справочник / В.В. Батраков, В.П. Батраков, JI.H. Пиво-варова, В.В. Соболь М.: Интермет Инжиниринг, 2000. - 320 с.

132. Коррозия Текст.: справочник / под ред. JI.JI. Шрайера М.: Металлургия, 1981.-632 с.

133. Волженский, А.В. Минеральные вяжущие вещества (технология и свойства) Текст. / А.В. Волженский, Ю.С. Буров, B.C. Колокольников М.: Стройиздат, 1966.-407 с.

134. Павлушкин, Н.М. Основы технологии ситалов Текст.: учебное пособие / Н.М. Павлушкин М.: Стройиздат, 1979. - 360 с.

135. Егорев, С.И. Стеклокристаллические материалы для защиты от радиации текст.: монография / С.И. Егорев, А.П. Прошин, С.М. Саденко, Е.В. Королев. -Пенза, 2004.- 186 с.

136. Головкин Н.В. Специальные бетоны Текст. / Н.В. Головкин, B.C. Искрин Л.: ЛВИКА им. А.Ф.Можайского, 1964. 133 с.

137. Козлов, Ю.А. Особо тяжелые композиты на основе жидкого стекла для защиты от радиации Текст.: Дис. канд. техн. наук. / Ю.А. Козлов. Пенза, 1998. -151 с.

138. Калашников, Д.В. Особо тяжелый высокопрочный бетон для*защиты от радиации Текст.: Дис. канд. техн. наук. / Д.В. Калашников. Пенза, 2001. - 185 с.

139. Машкович, В.П. Защита от ионизирующих излучений Текст.: Справочник / В.П. Машкович. — М.: Энергоатомиздат, 1982. 296 с.

140. Евстифеева, И.Ю. Предельные состояния структуры серных композитов Текст. / И.Ю. Евстифеева, Е.В. Королёв, Н.И. Макридин, С.И. Егорев // Строительные материалы. 2007. №7 - С.61-63.