Библиографическое описание:

Антонова Е. А., Данилов А. М. Жидкостекольные композиты специального назначения // Молодой ученый. — 2014. — №12. — С. 67-69.

Рассматриваются композиты для защиты от ионизирующего излучения на основе отходов стекольной промышленности. Определяются рецептурно-технологические параметры с использованием методов планирования эксперимента.

Ключевые слова: защита от радиации, жидкостекольные композиты, состав, рецептура, свойства.

В ядерной энергетике в основном используются бетоны на основе минеральных вяжущих с тяжелыми наполнителями. Рассматривалась возможность использования композитов на основе жидкого стекла с традиционными наполнителями и заполнителями: кварцевого песка, гранита, базальта и др. Однако они обладают малой плотностью, что можно устранить при использовании в качестве наполнителя отходов производства стекла (содержит до 70 % оксида свинца). Идея создания таких материалов связана с именем А. П. Прошина [1]. В предлагаемых ниже материалах использовались: в качестве связующего — натриевое жидкое стекло (силикатный модуль m=2,81; содержит - 30,2 %; - 11,1 %; со свойствами сильной щелочи); отвердителя —  и  (технический порошок); наполнителя — отходы производства стекла  (; состав по массе: ,  — 0,5,  — 1,27,  — 27, – 70,9). Вводились легирующие добавки: оксид свинца (); барит  (; удельная поверхность 170–180 ). Наполнитель, ускоритель твердения и добавки тщательно перемешивались, затем вводилось жидкое стекло при дополнительном перемешивании (3–5 мин) до однородности смеси. Свойства композитов изучались на образцах-цилиндрах (диаметр — 30 мм, высота — 20–50 мм), призмах (мм) по традиционным методикам после хранения образцов в течение 28 суток в естественных условиях. Удельную поверхность определяли с использованием ; плотность жидкого стекла — ареометра при температуре ; содержание , ; плотность; прочность композита — по известным методикам; сопротивление удару — на копровой установке; радиационную стойкость (изменение прочности образцов на сжатие при поглощенной дозе -излучения) — на установке ГУРХ-1000. Линейный коэффициент ослабления -излучений определяли облучением материала радиоактивным источником  с поправками на непараллельность пучка. Регистрация осуществлялась сцинтилляционным -детектором на основе кристалла  и фотоумножителя . Коэффициент ослабления -излучения определяли по интенсивности пучка -квантов от источника без образца и после прохождения через образец с учетом фона [2].

Деформационные свойства определялись внедрением конусообразного индентора; линейная усадка — с использованием ИЗА-2; водопоглощение и водостойкость — по известным методикам. При структурном анализе получались рентгенограммы на дифрактометре ДРОН-2; использовался метод инфракрасной спектроскопии (диапазон частот: 400–4000 см-1; идентификация спектрального состава — по спектрам поглощения).

Для выбора гранулометрического состава отходов стекла ТФ-110 в композите определялись функции чувствительности, полученные методами математического планирования эксперимента [3]:

- плотность композита; . , ,  — процентное содержание заполнителей с указанными диаметрами в мм. Адекватность проверялась по критериям Фишера и Стьюдента при надежности — 0,95. В результате оптимизации был получен гранулометрический состав по фракциям: , , ,.

В результате исследований защитных свойств относительно -излучения получен композит с параметрами:

-       линейный коэффициент ослабления -излучения — 0,3 см-1 при энергии фотонов 0,662 МэВ;

-       макроскопическое сечение выведения нейтронов деления — до 0,093 см-1;

-       плотность — 4130 кг/м3;

-       твердость — 400 МПа;

-       модуль деформации — 35000 МПа;

-       модуль упругости — 39000 МПа;

-       коэффициент теплопроводности — 0,42 Вт/м0К;

-       водопоглощение — 1,5 % (после трехмесячного пребывания образцов в воде);

-       коэффициент водостойкости — до 0,91;

-       температура размягчения — 6000С;

-       пористость — до 7 %.

-       Композит содержит (по массе):

-       жидкое стекло — 7,94 %;

-       наполнитель — 79,37 %;

-       ускоритель твердения  — 0,79 %;

-       оксид свинца — 11,9 %;

-       В:H по массе — 1:11,5;

-       добавка от массы наполнителя — 15 %

(давление прессования — 50 МПА).

Наблюдалось повышение твердости до поглощенной дозы 3,6 МГр, а при последующем увеличении дозы до 8,4 МГр — понижение твердости до 40 %; снижение прочности на сжатие после поглощенной дозы -облучения до 8,4 МГр — до 20 %. Образование новых кристаллических фаз по данным рентгеновского анализа при -облучения не было обнаружено. Процесс кристаллизации происходил медленно; преобладали в структуре композита аморфные фазы даже по истечении двух лет. Данные инфракрасной спектроскопии показали уменьшение количества воды в композитах с возрастанием поглощенной дозы облучения (с 2,5 МГр); данные термического анализа показали устойчивость композита к -облучению.

Опытная эксплуатация композиционного материала показала его эффективность при защите конструкций от ионизирующих излучений.

Литература:

1.      Прошин А. П. и др.Разработка и управление качеством строительных материалов с регулируемыми структурой и свойствами для защиты от радиации // Идентификация систем и задачи управления Sicpro¢ 03: Труды II Международной конференции. — М.: ИПУ РАН. 2003.– С.2437–2460. ISBN 5–201–14948–0.

2.      Соломатов В. И. и др. Композиционные материалы на основе жидкого стекла для защиты от радиации // Материалы научно-практической конференции «Долговечность строительных материалов и конструкций». — Саранск: Изд-во Мордов.ун-та. — 2000. — 148 с.

3.      Планирование эксперимента. Обработка опытных данных: монография / И. А. Гарькина [и др.]; под ред. проф. А. М. Данилова.– М.: Палеотип, 2005. — 272 с.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle