THE AVERAGE DENSITY OF FILLING COMPOSITIONS BASED ON WATER GLASS AND BARIUM CHLORIDE FOR PROTECTION RADIATION

Гришина А.Н.¹, Королев Е.В.²

¹Кандидат технических наук; ² доктор технических наук, профессор, Московский государственный строительный университет

СРЕДНЯЯ ПЛОТНОСТЬ НАПОЛНЕННЫХ РАДИАЦИОННО-ЗАЩИТНЫХ ЖИДКОСТЕКОЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ОТВЕРЖДЕННЫХ  ХЛОРИДОМ БАРИЯ

Аннотация

В работе представлены результаты исследования влияние степени наполнения радиационно-защитных жидкостекольных материалов, отвержденных хлоридом бария, на среднюю плотность комопзиционного материала.

Ключевые слова: средняя плотность, жидкое стекло, хлорид бария, степень наполнения

Grishina A.N.¹, Korolev E.V.²

¹PhD in technical science; ² Doctor of technical science, professor, Moscow State University of Civil Engineering

THE AVERAGE DENSITY OF FILLING COMPOSITIONS BASED ON WATER GLASS AND BARIUM CHLORIDE FOR PROTECTION RADIATION

Abstract

This paper presents an results of study of the influence the numder of filler on the average density in compositions based on water glass and barium chloride.

Keywords: average density, water glass, barium chloride, filling degree

Одними из важнейших характеристик радиационно-защитных материалов, позволяющих прогнозировать его эксплуатационные свойства, являются параметры состояния. Они позволяют прогнозировать защитные характеристики материала, а также стойкость в различных эксплуатационных средах. Для композитов от защиты от гамма-излучения одним из показателей, определяющих эффективность ослабления энергии излучения, является  средняя плотность материала [1]. Кроме того, известно, что материалы с низкой средней плотностью и высокой пористостью обладают низкими значениями механических и эксплуатационных свойств, что ограничивает область их применения. Использование в составе жидкостекольного композита высокоплотного наполнителя позволяет увеличить среднюю плотность, уменьшает количество дефектов в структуре, что повышает прочностные характеристики материала. Эти показатели особенно важны для жидкостекольных дисперсно-наполненных материалов, отвержденных хлоридом бария, так как к изделиям и конструкциям, изготовленным на их основе, вследствие специфичности области применения – защита от ионизирующих излучений – предъявляются повышенные требования по плотности.

Известно, что увеличение количества наполнителя в материале приводит к повышению величины средней плотности материала. При этом средняя плотность композита с увеличением концентрации твердой фазы теоретически должна стремиться к плотности вводимого наполнителя. Однако при достижении определенной степени наполнения, вяжущего становится недостаточно для смачивания всей поверхности наполнителя. Это приводит к недоуплотнению смеси при выбранных технологических параметрах и образованию пустот и пор [2]. Поэтому средняя плотность композиционных материалов, в том числе и жидкостекольных, имеет экстремальный характер (рисунок 1).  

Рис.1 – Зависимость средней плотности жидкостекольных материалов, отвержденных хлоридом бария, от степени наполнения: * – борат цинка;  – свинцовый сурик;

∆ – смесевой наполнитель на основе свинцового сурика^[1] (совмещение компонентов перемешиванием (способ № 1));

¤ – смесевой наполнитель на основе свинцового сурика (совмещение компонентов совместным помолом (способ №2))

Таблица 1 – Состав смесевого наполнителя

Компонент смесевого наполнителя	Соотношение масс компонентов в смесевом наполнителе
Цинк	1948,5
Хром	10846
Медь	1
Марганец	125
Железо	11475
Ферроборовый шлак	4147
Борат цинка	555
Ангидрит	4476
Сурик свинцовый	6,8∙108

Анализ рисунка 1 показывает, что изменение средней плотности жидкостекольных материалов от степени наполнения описывается математической моделью:

,

(1)

где  – объемная доля наполнителя; a, b и с – эмпирические коэффициенты, значения которых  приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Значения эмпирических коэффициентов

Наполнитель	Значения эмпирических коэффициентов
	а, 10–4, м3/кг	b, 10–3, м3/кг	с, 10–3, м3/кг
Свинцовый сурик	8,8	–4,0	6,9
Борат цинка		–2,3	6,5
Смесевой наполнитель на основе свинцового сурика (совмещение компонентов по способу №1)		–3,1	3,9
Смесевой наполнитель на основе свинцового сурика (совмещение компонентов по способу №2)		–3,0	4,2

Вид модели  свидетельствует о доминирующем влиянии структурного процесса, то есть заполнения пустот сетки гидросиликатов бария [3, 4] частицами наполнителя.

Анализ таблицы 2 показывает, что значения коэффициента а не зависят от вида наполнителя и характеризуют среднюю плотность жидкостекольного вяжущего:

Расчетные значения средней плотности жидкостекольного вяжущего составляет  , а экспериментальное – 1150 кг/м³, то есть ошибка 1,2 %. Значения коэффициента b зависят от вида наполнителя: с увеличением плотности материала наполнителя величина возрастает (рисунок 2).

Рисунок 2 – Зависимость значения коэффициента b от плотности наполнителя

 Снижение плотности материала происходит из-за воздухововлечения в процессе перемешивания и оценивается коэффициентом с; высокие значения этого коэффициента указывают на повышенное воздухововлечение и недостаточную смачиваемость поверхности наполнителя жидким стеклом. Анализ таблицы 2 показывает, что максимальное значение коэффициента с характерно для свинцового сурика. Это объясняется плохой его смачиваемостью жидким стеклом вследствие наличия на поверхности слоя вещества группы алканов (парафин, стеарин или другие). Введение сульфанола позволяет улучшить смачиваемость поверхности сурика, поэтому значения коэффициента с снижаются на 39…43 %. При этом способ совмещения компонентов наполнителя не оказывает существенного влияния на его значения.

Таким образом, установлены закономерности влияния вида и количества наполнителя на среднюю плотность жидкостекольных композитов, отвержденных хлоридом бария. При прочих равных условиях (вид и дисперсность наполнителя) управление структурообразованием жидкостекольных композитов, отвержденных хлоридом бария, осуществляется улучшением смачиваемости поверхности наполнителя и применением интенсивных технологий совмещения компонентов.