шлакощелочное вяжущее для радиационно-защитных строительных материалов

Формула изобретения

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

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

Описание изобретения к патенту

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Литература

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

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

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

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