Промышленные полы
для любых условий эксплуатации
В каталог продукции

Наномодифицированный магнезиально-шунгитовый защитный бетон АЛЬФАПОЛ

17 Июн 2013 Магнезиально-шунгитовые смеси, Магнезиальные смеси, Шунгит

1. Вяжущие материалы и заполнители для производства защитного бетона.

Многообразие условий эксплуатации бетона в промышленном строительстве определяет широкий диапазон свойств и предъявляемых к ним требований, в том числе экологического и специального защитного характера.

Основными показателями, определяющими защитные свойства бетона, являются такие физико-химические характеристики, как плотность бетона и наличие химически связанной «гидратной» воды.

Для защиты от гамма — излучения применяют бетон на тяжелых природных и искусственных заполнителях, содержащих элементы с большим атомным номером. Это баритовые, железнорудные, чугунные, феррофосфорные и другие заполнители.

Кроме того, для ослабления нейтронного излучения, сопутствующего гамма-излучению, бетон должен содержать хороший поглотитель нейтронов, например, гидратированную химически связанную воду.

Для изготовления защитного бетона могут использоваться любые вяжущие материалы. Наибольшее распространение в качестве вяжущего получил портландцемент. Соответствующие рекомендации даны в советских /1, 2/, американских (Дейвис, Орвил, Роквелл и др.), немецких (Яэгер, Айзенлоор и др.) публикациях.

Однако наиболее перспективным направлением является, на наш взгляд, использование в бетоне магнезиального цемента, в составе которого содержится большее (в два раза) по сравнению с портландцементом количество химически связанной воды, как это следует из приведенной химической формулы магнезиального цемента — 3(5) МgО х МgСl2 х 11(13) Н2О. Данные, приведенные в табл.1 /1/ наглядно подтверждают это высказывание.

Количество воды, химически связанной цементом
Таблица 1

Цемент Количество связанной воды , % массы цемента в течение
1 мес 12 мес
Портландцемент 15 20
Шлакопортландцемент 15 20
Гипсоглиноземистый 28 32
Глиноземистый 25 30
Магнезиальный 35 40

В литературе /1/ имеются указания на широкое применение магнезиального цемента для защиты ядерных установок (бетон «Брук Хавен», США).

Известно также, что магнезиальные горные породы и попутные продукты горнорудной промышленности имеют пониженную радиационную проницаемость при воздействии гамма — и нейтронного излучения. Массовые коэффициенты ослабления гамма-излучения уменьшаются на 1.5-3.0 %; толщина слоя половинного ослабления гамма-излучения снижается на 15-30 % по сравнению с глиной, гранитом, базальтом. Бетон на заполнителях из магнезиального сырья отличается повышенной плотностью (2900 — 3200 кг/м3) и имеет толщину слоя половинного ослабления гамма-излучения 6.3-6.4 см, что на 14-18 % ниже обычного бетона, и уступает лишь бетону с добавкой хрома /3/.

В СССР и России не существовало до недавнего времени теоретической основы и надежной технологии изготовления магнезиального бетона. Большой вклад в практическое применение и теоретическое обоснование применения магнезиальных строительных материалов внес коллектив Санкт-Петербургской компании АЛЬФАПОЛ, производящий такие составы с 1998 года. Теоретическая база разработана коллективом авторов под руководством академика В. В. Зуева, опубликована в 2006 г. в монографии «Кристаллоэнергетика, как основа оценки свойств твердотельных материалов, включая магнезиальные цементы»/7/.

2. Нанобетон. Наночастицы. Наномодификаторы. Фуллерены.

Как уже отмечалось, свойства бетона в широком спектре его характеристик и как защитного материала, определяются в значительной степени его структурой на микроскопическом уровне и зависят от характера и величины деформаций, сопротивления разрушению материала, капиллярной проницаемости и явлений тепломассообмена /4/.

Условно нанобетоном можно назвать такой материал, который содержит в своём составе наноструктуры.

Принято частицы, размерами от 1 до 100 нанометров называть наночастицами.

По мнению ведущих ученых мы постепенно входим в нанопространство, связанное с применением нанотехнологий, в котором действуют другие законы, отличные от законов квантово — физического мира с его молекулами, атомами и электронами. Нанотехнологии качественно отличаются от традиционных, поскольку микроскопические явления, пренебрежимо слабые в привычных масштабах, становятся намного значительнее свойств и взаимодействий отдельных атомов и молекул (например, силы Ван-дер-Ваальса, квантовые эффекты).

Можно ли приложить эти новые преставления о материи к области материаловедения, в частности, к строительным материалам? Очевидно, ответ положительный.

На сегодняшний день в этом направлении имеется значительное продвижение Как показывает практика, даже простое уменьшение размера частиц в материале (например, в цементе) может значительно улучшить его характеристики. У обычного портландцемента удельная поверхность частиц составляет приблизительно 2500 см2/г. Такой цемент вступает в химическую реакцию с водой лишь на четверть своего объёма. Чтобы устранить этот недостаток, можно измельчать материал до возможно малых размеров непосредственно перед использованием. Уже в области размеров частиц от 50 до 100 мкм начинается изменение признаков коллоида в дисперсной системе (цемент — наполнитель — заполнитель) в водной среде — прекращение броуновского движения и резкое снижение величины свободной поверхностной энергии, что связано с установлением фазового равновесия внутри системы /4,5/. Это соответствующим образом влияет на формирование структуры цементного камня.

Однако дополнительное измельчение цемента до микрочастиц является весьма дорогостоящим и экономически невыгодным предприятием.

Можно двигаться в другом направлении, используя в качестве добавок известные наномодификаторы. Это более перспективно и используется в заметных объёмах.
Наиболее известным и широко используемым наномодификатором в строительном деле является микрокремнезем, побочный продукт при производстве ферросилиция и металлического кремния с размером коллоидных частиц 10-5 — 10-3 м /4/. Экспериментально установлено, что действие микрокремнезема весьма эффективно для улучшения свойств защитного бетона, используемого для изготовления контейнеров при захоронении радиоактивных отходов и отработанного ядерного топлива /6/.

Установлено, что наночастицы в виде нанотрубок имеются в таком природном минерале, как хризолитовый асбест. Возможно, наличием нанотрубок можно объяснить упрочняющее действие, какое оказывает асбест на цементную матрицу (изделия — асбошифер, асбестоцементные трубы и т.д.)

Содержит нанотрубки и минерал серпентинит. На основе этого минерала, измельчённого до наноразмерного состояния, изготавливают так называемые ремонтно-восстановительные составы (для восстановления изношенных металлических трущихся поверхностей).

Особое место по использованию для производства нанобетонов занимают фуллероиды — одно, и многослойные нанотрубки. Это фуллереноподобные вещества, значительно более дешевые, чем фуллерены, и применяются уже достаточно широко.

Фуллерен имеет каркасную структуру, очень напоминающую футбольный мяч, состоящий из «заплаток» пяти — и шестиугольной формы. Если представить, что в вершинах этого многогранника находятся атомы углерода, то мы получим самый стабильный фуллерен С60. В молекуле С60, которая является наиболее известным, а также наиболее симметричным представителем семейства фуллеренов, число шестиугольников равно 20. При этом каждый пятиугольник граничит только с шестиугольниками, а каждый шестиугольник имеет три общие стороны с шестиугольниками

Структура фуллерена

Рис 1. Структура фуллерена

Представители фуллеренов

Рис 2. Представители фуллеренов С60, С70, С90

Фуллерены являются веществами, хотя и высокоэффективными как упрочнители цементных материалов, однако очень дорогими и поэтому в широкой практике не используются.

Нанотрубка — это молекула из более миллиона атомов углерода, представляющая собой трубку с диаметром около нанометра и длиной несколько десятков микрон. В стенках трубки атомы углерода расположены в вершинах правильных шестиугольников.

Структура нанотрубки

Рис 3. Структура нанотрубки

3. Вода — природный наномодификатор.

Самым распространенным примером наноструктур является вода. Почти вся биосфера нашей планеты (да и наш организм) состоит на 65% из воды.

По мнению ведущих ученых / В. Казначеев. Энергия и информация/, «вода важнейшее связующее звено, которое реализует информационно-энергетическую передачу космоса на живое вещество»/. Что и как именно воспринимает из космоса вода, когда она находится в клетке, в нашей крови или в наших нейронах? Если подходить к изучению воды с точки зрения кластеров (наноструктур), то можно объяснить все ее свойства /Мартин Чаплин. Кластеры — структурные единицы. «Не существует другой гипотезы, которая позволяла бы понять природу воды»/.

Когда начали изучать возможные структуры в воде, то оказалось, что структуры кремниевых пород и возможные структуры воды подобны друг другу, т. е. в каком-то смысле оксид кремния — та же вода, только невероятно медленно меняющая свои структурные свойства /В. Воейков. МГУ. Горящая вода/.

Вода, как первичная наноструктура, является матричной основой в дисперсных цементных системах, при затвердевании которых образуется камнеподобный материал, зачастую не уступающий по своим свойствам природным минералам.

Таким образом, микроскопический уровень материалов включает в качестве матричной основы связующего структурированную (псевдотвердую) воду, имеющую высокую энергию связи. К примеру энергия испарения воды в первом адсорбционном слое (монослое) составляет 8000 кал/моль /3/. Большинство исследований в области твердения вяжущих веществ посвящено механизму гидратации и изучению продуктов гидратации. Однако несмотря на проводимые в этой области серьезные исследования (работы В.В.Дерягина, Л.И. Хейфица, И.Н. Ахвердова, Е.И. Шмитько и др.), единой и общепринятой теории твердения цемента до сих пор не разработано в силу чрезвычайной сложности этого многофакторного процесса.

Таким образом, можно утверждать, что наночастицы (НЧ) и наноструктуры (НС) присутствуют на Земле, в природе, в воде , в минералах изначально.

4. Применение шунгита в защитном радиационностойком бетоне на магнезите и портландцементе.

Быстро развивающимся направлением строительной нанотехнологии в России является производство строительных материалов с использованием шунгита.

Шунгитовая порода группы III представляет собой природный композит, состоящей из 26-30 % углерода и 56-60% силикатных частиц. Характерной особенностью шунгитового углерода является также наличие глобул, типа фуллероидов, содержащих в своем составе фуллереноподобные наночастицы (одно и многослойные нанотрубки, нанобаррели, нанолуковицы, наноконусы и т.п.) /8/.

Кроме того, матрица аморфного углерода шунгитовой породы Зажогинского месторождения включает в себя нанокристаллические частицы оксида кремния в виде микрокристаллитов альфа кварца с небольшой примесью корунда, размерами около 60 нм (см. ниже микрофотографию шлифа кускового материала шунгита /7/). Известно, что при старении оксид кремния распадается на кластеры из Si и SiO2, содержащие до 1020 см-3 парамагнитных центров. Известно также, что электронный парамагнитный резонанс (эффект Зеемана) — резонансное поглощение радиоволн — обусловлен квантовыми переходами между магнитными подуровнями парамагнитных атомов и ионов. Спектры ЭПР наблюдаются главным образом в диапазонах сверхвысоких частот. Наличие парамагнитных центров — это один из возможных вариантов объяснения эффекта поглощения шунгитом радиоволн в высокочастотном диапазоне.

Прожилки параллельно-шестоватых агрегатов кварца в основной массе (черное) шунгита. Проходящий свет, николи скрещены, увеличение 300x

Рис 4. Прожилки параллельно-шестоватых агрегатов кварца в основной массе (черное) шунгита. Проходящий свет, николи скрещены, увеличение 300x.
Шунгитовые порошки разной тонины помола весьма перспективны в качестве наполнителя в резине, полимерах, мастиках, замазках, красках, а также в качестве наполнителя при изготовлении защитного бетона. В качестве наполнителя преимущественно используются порошки шунгитовой породы группы III, в силу своей уникальности по структуре (см. выше), а также технологичности при измельчении /8/.

В соответствии с существующей на сегодняшний день научной концепцией структура модифицированного защитного бетона — консерванта должна быть газопроницаемой (для отвода продуктов радиационного разложения воды) и водонепроницаемой, препятствующей миграционно-диффузионным процессам проникновения радионуклидов в окружающую среду после их захоронения. Состав такого бетона известен /6/. Портландцемент М500 — 37%, высокодисперсный шунгит — 13%, шунгитовый песок — 32%, высокодисперсный порошок карбида бора 2%, модифицирующие добавки и вода — остальное. /. В качестве примера можно привести производство защитного модифицированного бетона — консерванта для захоронения радиоактивных отходов с гарантированной надежностью, сроком до 300 лет.

Однако, как отмечает автор, при введении тонкодисперсных порошков в цементные смеси возникает ряд проблем, таких, как образование пыли, сложность обеспечения на обычном смесительном оборудовании равномерного распределения микрочастиц в цементной смеси, особенно в малых количествах.

Кроме того, как выяснил автор, адгезия между частицами шунгита и цементным камнем практически отсутствует, и поэтому эти частицы можно рассматривать как условные поры в цементном монолите. Кроме того, при перемешивании дисперсий шунгита с цементом очень трудно получить однородную (гомогенную) смесь. Механизм перемешивания подобен механизму перемешивания цемента с машинным маслом /6/.

Напротив, магнезиальный цемент, как это будет показано ниже, имеет более высокую адгезию к шунгиту. Санкт-Петербургская компания АЛЬФАПОЛ выпускает несколько видов бетонных и растворных строительных смесей на магнезиальном вяжущем с шунгитом. Причем, соотношение основных компонентов вяжущее/шунгит существенно отличается от составов на портландцементе: магнезит — до 10%, шунгит — до 85% /9/.

5. Краткие сведения о защитных свойствах магнезиально-шунгитовых строительных смесей. Сравнительные характеристики с бетонами на портландцементе

При затворении каустического магнезита (MgO) концентрированным раствором бишофита (MgCl2) в начале гидратации кристаллизуется неустойчивое метастабильное соединение 5MgO∙MgCl2∙13H2O, которое постепенно переходит в конечную устойчивую фазу 3MgO∙MgCl2∙11H2O с большим количеством химически связанной воды. Высокая прочность этого соединения обусловлена его текстурой, отличающейся взаимным прорастанием спиралевидных трубчатых нитевидных агрегатов /10/, наблюдаемых в сканирующем электронном микроскопе (Установка Geolco JSM, США университет штата Иллинойс).

К достоинствам магнезиального цемента также следует отнести быстрый темп нарастания прочности. Обычно в возрасте одних суток прочность бетона и растворов достигает 30-50%, а в возрасте 7 суток 60-90% от максимального значения.

В отличие от магнезиальных составов, бетон и растворы на основе портландцемента, как известно, имеют замедленное твердение, неоднородный состав и конгломератное строение. Образующиеся в процессе гидратации портландцемента кристаллические и коллоидные новообразования с течением времени высыхают и уплотняются, что сопровождается усадкой цементного камня /11/.

В отношении магнезиального цемента была проделана успешная, на наш взгляд, исследовательская работа по объяснению и количественному описанию его свойств с точки зрения современных энергетических подходов /7/. В этой работе проведен сравнительный анализ магнезиального и кальциево-силикатного цементов по рассчитанным для них энергетическим характеристикам и свойствам.
В частности, особо следует подчеркнуть явное преимущество магнезиального цемента (по сравнению с портландцементом) по удельным массовым энергетическим параметрам Em и Wm, что сближает его с весьма стабильными минералами /12/ (таблица 2) которые являются наиболее устойчивыми природными химическими соединениями в составе земной коры, а также верхней мантии.

Сравнительная характеристика свойств магнезиального и кальциево-силикатного цементов
Таблица 2

Удельные энергии атомизации
Магнезиальный цемент Кальциево-силикатный
Em,кДж/г 36,27 Em,кДж/г 25,69
Удельные энергии сцепления остовов и электридов
Wm, МДж/г, 0,81 Wm, МДж/г 0,58

Как следствие, магнезиальный цемент характеризуется высокими параметрами максимальной частоты колебания атомов νm (таблица 3), что, по-видимому, является ключом к объяснению повышенных защитных (экранирующих) свойств материалов на основе магнезиального цемента в смеси с шунгитом от гамма-излучений /7/ и воздействия электромагнитных излучений радиочастотного диапазона.

Энергетические и частотные характеристики графита, шунгита, магнезиального цемента и портландита
Таблица 3

Вещество Ea,кДж/моль Em,кДж/г Р,г/см3 Ev,кДж/см3 vm,ТГц
Графит 718,6 59,8 2,27 136 23,2
Шунгит 700 58,3 1,95 114 23,7
Магнезиальный цемент 15021 36,3 1,86 67,5 17,6
Гиллебрандит 29791 25,7 2,69 69 14

ПРИМЕЧАНИЕ. Для графита приведены данные согласно (Мамыров, 1991), для остальных соединений — рассчитанные параметры.

Из данных таблицы 3 однозначно следует вывод, что по параметрам удельной массовой энергии атомизации (Em) и частотным характеристикам (νm) магнезиальный цемент превосходит традиционный цемент типа портландита (гиллебрандит). Этот вывод подтверждают исследования фирмы АЛЬФАПОЛ, выполненные в аккредитованных лабораториях. Изготовленные с применением магнезиального цемента с шунгитовым и баритовым наполнителями защитные изолирующие панели (экраны, штукатурные и напольные смеси) способны обеспечивать многократное ослабление воздействия гамма-излучения /13/. Причем, магнезиально-шунгитовые и магнезиально-баритовые составы имеют примерно одинаковый коэффициент ослабления гамма-излучения.

Возможное объяснение этому эффекту следует искать, как уже указывалось, в высоких параметрах Em и νm шунгита и магнезиального цемента.

Если принять состав защитных экранов состоящими на 15% из магнезиального цемента и на 85% из шунгита, то средние параметры такого материала будут следующими: Em = 55 кДж/г, νm = 22,7 ТГц. Для сравнения, по приведенной выше рецептуре радиационно-защитного бетона на портландцементе (37%/ 45% цемент/шунгит), можно вычислить параметры Em = 35,7 кДж/г, νm = 15,9 Тгц, соответственно. Сравнение не в пользу портландцемента. Обращает на себя внимание (таблица 3) близость (совместимость) не только частотных характеристик, но также плотностей шунгита и магнезиального цемента, что по-видимому является благоприятным фактором при изготовлении защитных материалов из смесей этих веществ.

Согласно данным Мамырова Э.М. /14/ наиболее высокие параметры νm характерны для самых высокоэнергоплотных неорганических веществ (минералов) — алмаза (νm = 26,9 ТГц) и графита (νm = 23,16 ТГц). Шунгит, как весьма специфическая природная форма углерода, представляет собой хаотическую, беспорядочную сетку гибридных ковалентных spx-связей атомов углерода. Поэтому шунгит является перспективным природным материалом для выполнения защитных (экранирующих от различного рода излучений) функций, например, электромагнитных полей /15/.

Таким образом, превосходство защитных свойств магнезиально-шунгитовых материалов над портландцементным бетоном с шунгитовым наполнителем можно считать теоретически обоснованным с точки зрения современных энергетических подходов.

Кроме того, не следует забывать, что тонкомолотый шунгит включает в себя нанокристаллические частицы оксида кремния в исходной матрице аморфного углерода, что, по видимому, отвечает за резонансное поглощение радиоволн в высокочастотном диапазоне.

6. Применение магнезиально — шунгитовых строительных смесей для нейтрализации радона и гамма — излучения

Современные магнезиально-шунгитовые строительные материалы в виде сухих строительных смесей (штукатурные составы и напольные покрытия), разработанные компанией «АЛЬФАПОЛ», обладают уникальной комбинацией свойств и оптимальными эксплуатационными характеристиками, что позволяет использовать их для решения следующих задач по обеспечению радиационной безопасности:

  • снижения уровня облучения людей радоном (продуктами распада) и другими природными радионуклидами;
  • защиты персонала от воздействия всех видов источников ионизирующих излучений;
  • при изготовлении контейнеров для радиоактивных отходов, а также для герметизации газовыделяющих радиоактивных веществ;
  • омоноличивания твердых радиоактивных отходов;
  • отверждения жидких радиоактивных отходов.

Сухая смесь выпускается в заводской упаковке. Качество продукции контролируется аккредитованной заводской лабораторией. Технология нанесения (укладки) не отличается от работы с обычными цементными растворами. Изготавливается по патенту на изобретение № 2233255. Санитарно-эпидемиологическое заключение № 78.01.06.574.П.011790.06.08. ТУ 5745-004-82166262-2004.

6.1. Радон. Защита от природных источников излучения.

Известно, что природные источники ионизирующего излучения создают более 2/3 суммарной дозы, получаемой населением. При этом наибольшую долю в облучение населения вносят радон (Rn), а именно продукты его распада.

Разработан магнезиально-шунгитовый материал «АЛЬФАПОЛ КР», предназначенный для изготовления стяжек пола с целью уменьшения поступления радона в воздух помещений. Причем, количество шунгита варьируется в пределах всего 1-2%. Материалы на основе магнезита обладают высокой износоустойчивостью, прочность на сжатие достигает 60-70 МПа. Стяжки пола могут быть выполнены в жилых (подвальных), производственных помещениях, в местах с превышением уровня выделения радона из почвы. Санкт-Петербургским институтом радиационной гигиены им. Рамзаева проведена серия экспериментальных исследований радонозащитных характеристик ряда рецептур.

Характеристики материала «АЛЬФАПОЛ КР» представлены в таблице 4 , в которой для сравнения приведены данные литературы по числовым значениям коэффициента диффузии и длины диффузии радона в различных средах. Для сравнения: по значению коэффициента диффузии «АЛЬФАПОЛ КР» превосходит тяжелый бетон примерно в 100 раз, а по длине диффузии в десять.

Сравнительные радонозащитные характеристики различных материалов
Таблица 4

Материал, среда(слой 1см) Коэффициент диффузии радона D, (см2 /сек) Длина диффузии радона l, (см)
Воздух 1,0х10-1 218,0
Вода 1,0х10-5 2,2
Бетоны тяжелые 3,5х10-4 13,0
Бетоны легкие 1,4х10-3 26,0
Кирпич 4,7х10-4 15,0
«АЛЬФАПОЛ КР» (5,0 ± 1,1) x 10-6 1,54 (1,4 ÷ 2,9)

6.2. Защита от техногенных ионизирующих излучений.

Экспериментальная оценка кратности ослабления гамма-излучения проводилась для диапазона энергий 0,122…0,0595 МЭВ, соответствующего рентгеновскому излучению рентгеновских аппаратов с анодным напряжением в диапазоне 122…59,5 кВ. Результаты экспериментальной оценки кратности ослабления гамма-излучения образцами № 1-3 толщиной 10мм представлены в таблицах 5, 6 /14/.

6.3. Сравнительная оценка кратности ослабления гамма-излучения магнезиально — шунгитовой и магнезиально — баритовой штукатуркой.

Результаты экспериментальной оценки кратности ослабления гамма-излучения. Радионуклид америций -241- энергия 0,0595 МЭВ
Таблица 5

№п/п

Образец штукатурки

МЭД, мкГр/ч

МЭД, мкГр/ч

Кратность ослабления

1

Баритовая (на КБ-5)

0,11

0,01

11,0

2

Баритовая (на КБ-3)

0,11

0,01

11,0

3

ШТ-1 (на шунгите)

0,11

0,01

11,0

В таблицах 5,6 под №1- состав АЛЬФАПОЛ ШТ-БАРИТ на баритовом концентрате КБ-5;; под №2 — состав АЛЬФАПОЛ ШТ-БАРИТ на баритовом концентрате КБ-3 ; под №3 состав АЛЬФАПОЛ ШТ-1 на шунгите. Все составы имеют равные процентные соотношения — вяжущее/заполнитель, (10%/85%).

Кратность ослабления гамма-излучения для энергии 0,0595 МЭВ (что соответствует рентгеновскому излучению рентгеновских аппаратов с анодным напряжением 59,5кВ) для образцов штукатурки № 1-3 практически не отличается.

Результаты экспериментальной оценки кратности ослабления гамма-излучения. Радионуклид кобальт-57 — энергия 0,122 МЭВ
Таблица 6

№ п/п

Образец штукатурки

МЭД, мкГр/ч

МЭД, мкГр/ч

Кратность ослабления

1

Баритовая (на КБ-5)

0,12

0,03

4,0

2

Баритовая (на КБ-3)

0,12

0,04

3,0

3

ШТ-1 (на шунгите)

0,12

0,06

2,0

Кратность ослабления гамма-излучения образцами штукатурки 1,2 значительно не отличается для энергии 0,122 МЭВ, что соответствует рентгеновскому излучению рентгеновских аппаратов с анодным напряжением 122кВ. Учитывая погрешность методики измерения мощности (30%) при оценке кратности ослабления для образцов штукатурки на концентратах КБ-5 и КБ-3 можно принять в качестве среднего значения величины кратности ослабления- 4,0 ± 30,0 %. Несколько ниже кратность ослабления для штукатурки ШТ-1 на шунгитовом заполнителе.

Учитывая полученные результаты измерений, следует применять наиболее оптимальный состав штукатурки для разных источников излучения.

Фирмой АЛЬФАПОЛ разработаны Рекомендации по защите от излучения рентгеновских аппаратов со стандартизированными значениями анодного напряжения от 90 до 125 кЭв /17/.

Рекомендации используются для проектирования экологически безопасных помещений в соответствии с требованиями НРБ-99.

Расчет требуемой толщины магнезиально-баритовой штукатурки (стяжки пола) для ослабления рентгеновского излучения производится по таблице 7.

Базовая сухая строительная радиационно-защитная растворная смесь «АЛЬФАПОЛ ШТ-БАРИТ» изготавливается на основе магнезиального вяжущего и затворителя — бишофита. Мелким наполнителем служит шунгит и баритовый утяжелитель с содержанием BaSO4- 90%. Содержание барита в сухой смеси до 89%, шунгита до 5%, остальное — магнезит и модифицирующие добавки. Состав запатентован.

Оценка требуемой толщины защиты с использованием магнезиально-баритовой смеси /16/.
Таблица 7

Помещение, территория ДМД, мкГр/ч Толщина защиты, «ШТ-БАРИТ»/свинец, мм
Расстояние до источника излучения, м

1,5

2,5

3,5

5,0

7,0

Жилые помещения, смежные с процедурной рентгеновского кабинета

0,3

50,7/4-6

41,0/3-4

35,1/3-4

22,9/2-3

22,6/1- 1,4

Палаты стационара, смежные по вертикали и горизонтали с процедурной рентгеновского кабинета

1,3

25,5/3-4

28,0/2-3

22,0/1-1,4

15,5/ 0,5-0,7

9,4/-

Помещения, смежные по вертикали и горизонтали с процедурной рентгеновского кабинета, имеющие постоянные рабочие места персонала группы Б

2,5

37,3/2-3

22,1/1-1,4

16,1/0,5-0,7

9,4/-

3,1/-

Территория, прилегающая к наружным стенам процедурной рентгеновского кабинета

2,8

30,3/2-3

21,1/-

9,1/-

8,3/-

2,3/-

Примечание: 1. Толщина эквивалентной свинцовой защиты (r = 11,34 г/см3) приведена в знаменателе дроби.

7. Технические характеристики магнезиально — шунгитовых строительных материалов для нейтрализации радона, гамма и рентгеновского излучения

7.1. АЛЬФАПОЛ КР. Растворная напольная радонозащитная самовыравнивающаяся несущая магнезиальная сухая смесь М400, Пк4

Для устройства радонозащитного износоустойчивого монолитного покрытия пола.

Основные технические характеристики:

 

Толщина одного слоя от 5 до 40 мм
Расход материала на слой 10 мм 15 кг на 1м2
Время пригодности раствора к использованию 40 мин.
Предел прочности на сжатие, не менее 40 МПа
Придел прочности при изгибе, не менее 10 МПа
Прочность сцепления с бетоном, не менее 2 МПа
Истираемость, не более 0,7 г/ см2
Морозостойкость, марка F200
Фракции, максимально 0,63 мм
Теплопроводность 0,96 Вт/м˚С
Длина диффузии радона, l, см 1,54 (1,4± 2,9)
К-т диффузии радона, D, см2 (5,0± 1,1)х10-6
Норма радиационной безопасности (НРБ-99) 1 класс
Удельная эффективная активность радионуклидов 70±20 Бк/кг
Категория горючести, ГОСТ 30244-94 НГ
Коррозионная стойкость, ГОСТ27677-88 бензин, мин. масло

7.2. АЛЬФАПОЛ ШТ-БАРИТ. Радиационно-защитная магнезиально — баритовая сухая штукатурная смесь М200, Пк24

Для защиты от гамма и рентгеновского излучения под любые виды покрытий.

 

Толщина одного слоя от 5 до 20 мм
Расход материала, при толщине10 мм 19 кг на 1м2
Время пригодности раствора к использованию 40 мин.
Срочность на сжатие, не менее 20 МПа
Прочность сцепления с бетоном, не менее 1 МПа
Фракция, максимальная 1,25 мм
Усадка, не более 0,5 мм/м
Морозостойкость, марка F 35
Норма радиационной безопасности (НРБ-99) 1 класс
Удельная эффективная активность радионуклидов 73 ± 18 Бк/кг
Негорючий материал, марка, ГОСТ 30244-94 НГ

7.3. АЛЬФАПОЛ М-БАРИТ Растворная напольная радиационно-защитная магнезиально — баритовая сухая смесь М200, Пк2

Для защиты от гамма и рентгеновского излучения под любые виды покрытий.

 

Толщина одного слоя от 10 до 40 мм
Расход материала на слой 10 мм 21 кг на 1м2
Время пригодности раствора к использованию 40 мин.
Предел прочности (на сжатие), не менее 20 МПа
Предел прочности при изгибе, не менее 7 МПа.
Прочность сцепления с бетоном, не мене 1 МПа.
Фракция, максимально 1,25 мм.
Теплопроводность 0,96 Вт/м 0С
Нормы радиационной безопасности (НРБ-99) 1 класс
Категория горючести, ГОСТ 30244-94 НГ
Удельная эффективная активность радионуклидов 73 ± 18 Бк/кг

7.4. АЛЬФАПОЛ ШТ-1. Защитная радиоэкранирующая магнезиально — шунгитовая сухая штукатурная смесь М150, Пк2

Для устройства монолитной радиоэкранирующей антиэлектростатической штукатурки.

 

Толщина одного слоя от 10 до 15 мм
Расход материала на слой 10 мм 14 кг на 1м2
Время пригодности раствора к использованию 40 мин.
Прочность на сжатие, не менее 20 МПа
Прочность сцепления с бетоном, не менее 1,0 МПа
Паропроницаемость, мг/м* час* Па 0,024
Фракция максимальная 3 мм
Теплопроводность, 0,96 Вт/м˚С
Морозостойкость, марка F 35
Норма радиационной безопасности (НРБ-99) 1 класс
Удельная эффективная активность радионуклидов 73±18 Бк/кг
Удельное объемное электрическое сопротивление, ГОСТ 12. 4..124-8 не более 107 Ом-м
Удельное поверхностное электрическое сопротивление, ГОСТ 12. 4..124-8 не более 109 Ом-м

Коэффициенты экранирования указываются в паспорте-сертификате.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. В. Б. Дубровский 3. Аблевич. Строительные материалы и конструкции защиты от ионизирующих излучений. Совместное издание СССР-ПНР М. Стройиздат 1983.
  2. А.П. Прошин, В.С. Демьянова, Д.В. Калашников. Особо тяжелый высокопрочный бетон для защиты от радиации с использованием вторичных ресурсов. Пенза.
  3. С.В. Максимов, П.Г. Комохов. и др. Учебное пособие «Материалы для конструирования защитных покрытий». Изд. Ассоциации строительных вузов, М. 2000.
  4. П.Г. Комохов. Структура и гиперзащитные свойства бетона. Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 2003, №5, с. 292-296.
  5. Г.И. Фукс. Основные направления развития современной коллоидной химии. Ж. Успехи коллоидной химии. Ташкент. «ФАН», 1987, с. 10-27.
  6. П.Г. Комохов. Защитный бетон от радиации, Цемент. Бетон. Сухие строительные смеси. Международное аналитическое обозрение. Ж. 1.(02),2008.
  7. В.В. Зуев, Л.Н. Поцелуева, Ю.Д. Гончаров. Кристаллоэнергетика, как основа оценки свойств твердотельных материалов (включая магнезиальные цементы). СПб, 2006.
  8. Ю.К. Калинин, А.И. Калинин, Г.А. Скоробогатов. Шунгиты Карелии. СПб, 2008.
  9. Л.Н. Поцелуева, Ю.Д. Гончаров. Сухая строительная смесь. Патент на изобретение №2233255, 2003.
  10. Маткович Б., Рогич В. Дополнительный доклад» Модифицированный магнезиальный цемент». Тр. VI международного конгресса по химии цемента.М.,1974.
  11. Т.В.Кузнецова, М.М. Сычев и др., Специальные цементы. СПб, 1997.
  12. В.В.Зуев, Г.А. Денисов, Н.А. Мочалов и др. Энергоплотность как критерий оценки свойств минеральных и других кристаллических веществ. М..: Полимедиа, 2000.
  13. Протокол испытаний по оценке кратности ослабления гамма-излучения образцами сухих строительных смесей ТМ АЛЬФАПОЛ. ФГУН «НТЦ АТЛАС». СПб. 2008.
  14. Э.М. Мамыров. Удельная энергия атомизации и физические свойства минералов и горных пород. Бишкек: Илим, 1991, 236с.
  15. Отчет о научно-исследовательской работе «Исследования по оценке эффективности экранирования электромагнитных полей магнезиально-шунгитовым материалом АЛЬФАПОЛ ШТ-1». МО РФ. в/ч 70170, СПб. 2005.
  16. Рекомендации по применению магнезиально-баритовой штукатурки «АЛЬФАПОЛ ШТ-Барит» для устройства и эксплуатации рентгеновских кабинетов. ООО АЛЬФАПОЛ. СПб. 2007.
  17. СП 2.6.1.758-99 Ионизирующее излучение, радиационная безопасность. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99).
  18. СанПиН 2.6.802.-99 Ионизирующее излучение, радиационная безопасность. Гигиенические требования к устройству и эксплуатации рентгеновских кабинетов, аппаратов и проведению рентгенологических исследований. Санитарные правила и нормативы.
  19. ГОСТ Р 51532-99 Средства защиты от рентгеновского излучения в медицинской диагностике. Часть 1. Определение ослабляющих свойств материалов.

Обзор подготовили:

Заместитель генерального директора ООО «АЛЬФАПОЛ» Рыжов А.С.

Научный консультант к.х.н. Поцелуева Л.Н.

Оставьте свой комментарий