радиационно-защитный материал

Формула изобретения

Радиационно-защитный материал, содержащий заполнитель в виде свинцовой дроби, наполнитель, связующее вещество, включающее основные ингредиенты и модифицирующую добавку, отличающийся тем, что модифицирующая добавка состоит из хлорида трехвалентного металла, смеси триглицеридов жирных кислот и метилцеллюлозы при следующем соотношении компонентов материала, мас.%:

порошок магнезиальный каустический	9-11
водный раствор хлористого магния	4,3-5,5
хлорид трехвалентного металла	0,1-0,5
смесь триглицеридов жирных кислот	0,1-0,3
метилцеллюлоза	0,015-0,020
наполнитель	5-15
заполнитель (свинцовая дробь с диаметром 3 мм)	остальное

при этом наполнитель выполнен в виде чугунной дроби с диаметром 1,0-1,5 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления строительных деталей, изделий и конструкций, предназначенных для защиты от ионизирующих излучений.

Известен радиационно-защитный материал, в котором в качестве заполнителя используют марганцевые ферросплавы, а в качестве связующего вещества - цемент и тетраборат натрия при заданных соотношениях компонентов. Способ получения его заключается в смешении заполнителя и связующего, формировании полученной смеси с последующим полусухим прессованием, термообработкой (105-110°С) и обжигом (700-800°С) в течение 12-36 часов (Патент РФ 2285303 по кл. МПК G21F 1/06 от 24.11.2004, БИ № 28).

Известный материал обладает высокими прочностными характеристиками: предельная прочность при сжатии - до 54 МПа, предельная прочность при изгибе - до 13 МПа. Существенным недостатком этого изобретения является низкий коэффициент линейного ослабления -лучей (0.163-0.169 см^-1). Кроме того, технология получения материала, включающая этапы прессования, термообработки, длительного обжига, достаточно сложна: ее нельзя использовать для получения изделий сложных конфигураций и массогабаритных конструкций.

Наиболее близким к изобретению является особо тяжелый бетон для защиты от воздействия ионизирующих излучений, имеющий следующий состав, мас.%:

Сера	6.46-6.61
Сажа	0.02-0.03
Парафин	0.02-0.03
Асбестовое волокно	0.13-0.28
Наполнитель (ферроборовый шлак)	10.68-10.93
Заполнитель (свинцовая дробь с диаметром 3-4 мм)	82.14-82.67

В качестве связующего вещества используют серу, а в качестве модифицирующей добавки - сажу и парафин (Патент РФ 2294029 по кл. МПК G21F 1/00, С04В 28/36 от 02.06.2003, БИ № 5 (прототип)).

Изготовление бетона включает операции:

- плавление серы при температуре 150-160°С;

- отдельное нагревание наполнителя при 140-150°С;

- перемешивание смеси наполнителя с расплавленной серой;

- нагревание заполнителя до 140-150°С и перемешивание его с приготовленной смесью;

- выдержку полученной смеси при 150-160°С в течение 15 минут;

- укладывание смеси в формы и вибрирование 10-15 с.

Этот материал имеет коэффициент линейного ослабления -излучения, равный 0.490-0.495 см^-1, коэффициент влагостойкости равен 1, а морозостойкости - F 200.

Однако материал обладает низким пределом прочности при изгибе из-за наличия в нем серы и низкой трещиностойкостью. Технология получения материала сложна, она включает этапы раздельного нагревания компонентов и приготовление смеси в расплавленной сере, работы с расплавами серы - химически вредное производство.

Кроме того, известны связующие вещества, в качестве основных ингредиентов которых используют порошок магнезиальный каустический и водный раствор хлористого магния, а также модифицирующие добавки (Каминскас А.Ю. Технология строительных материалов на магнезиальном сырье. Вильнюс, 1987, с.344).

Однако применение магнезиальных связующих веществ ограничено ввиду их низкой водостойкости, что не позволяет использовать их и при создании радиационно-защитных материалов.

Задачей изобретения является повышение коэффициента линейного ослабления -излучения, прочности материала при сохранении его водо- и морозостойкости.

Это достигается тем, что в радиационно-защитном материале, содержащем заполнитель в виде свинцовой дроби, наполнитель, связующее вещество, включающее основные ингредиенты и модифицирующую добавку, в нем модифицирующая добавка состоит из хлорида трехвалентного металла, смеси триглицеридов жирных кислот и метилцеллюлозы при следующем соотношении компонентов материала, мас.%:

порошок магнезиальный каустический	9-11
водный раствор хлористого магния	4.3-5.5
хлорид трехвалентного металла	0.1-0.5
смесь триглицеридов жирных кислот	0.1-0.3
метилцеллюлоза	0.015-0.020
наполнитель	5-15
заполнитель (свинцовая дробь с диаметром 3 мм)	остальное

при этом наполнитель выполнен в виде чугунной дроби с диаметром 1.0-1.5 мм.

Хлорид трехвалентного металла и смесь триглицеридов жирных кислот препятствуют проникновению воды в магнезиальную массу вещества, обеспечивая высокую водо- и морозостойкость материала.

При введении модифицирующей добавки в эту магнезиальную вяжущую массу протекает реакция гидролиза хлорида трехвалентного металла с образованием труднорастворимых основных солей, а триглицериды жирных кислот создают вокруг их гидрофобную оболочку. Эти ассоциированные образования закупоривают капилляры и поры магнезиальной массы, препятствуя проникновению в нее воды.

Метилцеллюлоза выполняет в веществе стабилизирующую и водоудерживающую функцию.

Радиационно-защитный свинцовый заполнитель в виде свинцовой дроби с диаметром 3 мм и чугунный наполнитель, выполненный в виде дроби с диаметром 1.0-1.5 мм, позволили создать массу со средней плотностью от 8000 до 11000 кг·м^-3 , обеспечивающей высокий коэффициент линейного ослабления ионизирующего излучения. Кроме того, чугунный наполнитель выполняет армирующую функцию, повышая прочность материала. Это обусловлено тем, что магнезиальное вяжущее вещество имеет более высокую адгезию к чугуну по сравнению с адгезией к свинцу.

При получении радиационно-защитного материала в качестве связующего вещества используют порошок каустического магнезита, ГОСТ 1216-87 «Порошки магнезиальные каустические», с долей активного оксида магния в нем от 0.80 до 0.95, солевой ингредиент в виде водного раствора технического хлористого магния, ГОСТ 7759-73 «Магний хлористый технический», с плотностью 1.19-1.3 г·см^-3 и модифицирующую добавку, состоящую из хлорида трехвалентного металла, смеси триглицеридов жирных кислот и метилцеллюлозы. Модифицирующую добавку получают путем смешения хлорида трехвалентного металла в количестве 0.1-0.5, смеси триглицеридов жирных кислот в количестве 0.1-0.3, в качестве которых используют, например, триглицериды рицинолевой, пальметиновой и стеариновой кислот, и метилцеллюлозы в количестве 0.015-0.020 от общей массы материала.

При этом количества триглицеридов указанных кислот находятся в соотношении:

триглицериды рицинолевой кислоты	80-90%
триглицериды пальметиновой кислоты	6-9%
триглицериды стеариновой кислоты	1.6-4.6%

от общей массы триглицеридов. Эти триглицериды являются основными ингредиентами многих растительных масел, что позволяет использовать их в модифицирующей добавке. Наполнитель и заполнитель выполнены в виде дроби соответственно из чугуна и свинца с диаметрами 1.0-1.5 мм и 3 мм.

Вначале перемешивают порошок магнезиальный каустический с долей активного магния 0.80-0.95 с водным раствором хлористого магния плотностью 1.19-1.30 г·см^-3 до образования вяжущей массы. Затем в эту массу вводят модифицирующую добавку и перемешивают до ее равномерного распределения в массе. После чего в массу вводят наполнитель в виде чугунной дроби и заполнитель в виде свинцовой дроби заданных диаметров и перемешивают в смесителе в течение 10-15 минут. Далее из смесителя массу переносят в подготовленную форму для изготовления изделия той или иной конфигурации. Полученную массу отверждают в естественных условиях при комнатной температуре. За 1 сутки масса набирает прочность от 30 до 50% от максимального значения, а полный набор прочности происходит за 28 суток.

Настоящее изобретение поясняется конкретными примерами 1-3, которые не являются единственно возможными, но подтверждают получение заявленного технического результата.

Пример 1. Для изготовления радиационно-защитного материала массой 1000 кг берут 90 кг порошка каустического магнезита с долей активного магния 0.83, 43 кг водного раствора хлористого магния плотностью 1.19 г·см^-3, 1 кг хлорида трехвалентного металла, 1 кг смеси триглицеридов жирных кислот, 0.15 кг метилцеллюлозы, 50 кг чугунной дроби диаметром 1 мм и 815,85 кг свинцовой дроби диаметром 3 мм.

Вначале перемешивают порошок магнезиальный каустический с водным раствором хлористого магния до образования вяжущей сметанообразной массы. После чего в эту массу вводят модифицирующую добавку, полученную путем смешения 1 кг хлорида трехвалентного металла, 1 кг смеси триглицеридов жирных кислот, в качестве которой использовано растительное масло, и 0.15 кг метилцеллюлозы, и перемешивают в течение 5-10 минут. Далее в полученную массу вводят чугунный наполнитель и свинцовый заполнитель и перемешивают в смесителе в течение 10-15 минут. После чего эту массу переносят в форму для отверждения при комнатной температуре.

Технические характеристики радиационно-защитного материала представлены в таблице. Измерения коэффициента линейного ослабления -излучения проводились, как и в прототипе, при энергии квантов 1 МэВ.

Пример 2. Для изготовления радиационно-защитного материала массой 1000 кг берут 100 кг порошка каустического магнезита с долей активного магния 0.83, 49 кг водного раствора хлористого магния плотностью 1.24 г·см^-3, 2,5 кг хлорида трехвалентного металла, 2 кг смеси триглицеридов жирных кислот, 0.17 кг метилцеллюлозы, 100 кг чугунной дроби диаметром 1.30 мм и 746.33 кг свинцовой дроби диаметром 3 мм. Далее изготавливают радиационно-защитный материал по вышеописанной в примере 1 технологии.

Пример 3. Для изготовления радиационно-защитного материала массой 1000 кг берут 110 кг порошка каустического магнезита, 55 кг водного раствора хлористого магния плотностью 1.30 г·см ^-3, 5 кг хлорида трехвалентного металла, 3 кг смеси триглицеридов жирных кислот, 0.2 кг метилцеллюлозы, 150 кг чугунной дроби диаметром 1.5 мм и 676.8 кг свинцовой дроби диаметром 3 мм. Далее изготовление материала осуществляют аналогично вышеописанной технологии.

Сопоставление описанного технического решения и прототипа показывает, что созданный материал по величине коэффициента линейного ослабления -излучения превосходит прототип на 8.2-10.1%, а по прочности при сжатии - на 20-30%, материал трещиноустойчив, нехрупок и сохраняет высокие показатели по водо- и морозостойкости. Технология получения материала проста и является экологически чистой.