Магнезиально-баритовые строительные материалы

Наиболее простым и технологичным способом защиты от излучений является применение минеральных растворных смесей для устройства экранирующих полов и штукатурной отделки стен и потолков.

При выборе строительного материала для защиты от излучений должны быть тщательно взвешены все технико-экономические показатели имеющихся на строительном рынке материалов.

К материалам, применяемым для устройства защиты, предъявляются определенные требования:

• высокая плотность материала для устройства защитных покрытий возможно меньшей толщины с сохранением эффективной защиты от гамма-излучений;
• высокое содержание водорода в составе материала для замедления нейтронов, например, в виде химически связанной воды;
• минимальная усадка материала для исключения появления усадочных трещин;
• высокая огнестойкость;
• водонепроницаемость и газонепроницаемость.

Кроме того, защитные материалы должны быть безвредными для здоровья людей,  экономичными и удобоукладываемыми. Универсального материала, отвечающего всем этим требованиям, не существует.

В СанПиН 2.6.1.1192-03  « Радиационная безопасность. Гигиенические требования к устройству и эксплуатации рентгеновских кабинетов, аппаратов и проведению рентгенологических исследований» рекомендуется   для помещений, в которых находятся источники радиоактивных излучений,  использовать для отделки стен, полов и потолков кроме стали, обычный бетон, баритобетон, пенобетон и т.д., то есть  материалы, приготовленные на портландцементе.  Наибольшее распространение для целей защиты от излучений получили баритовые бетоны.

Соответствующие свинцовые эквиваленты для баритобетона приведены в таблице 3.

Свинцовые эквиваленты строительных материалов, используемых для защиты от рентгеновского излучения (СанПиН таблица № 3)

Баритовый бетон имеет в среднем в полтора раза больший удельный вес, чем обычный бетон, и поэтому более эффективен для защиты от гамма-излучений. Высокое эффективное сечение захвата тепловых нейтронов обеспечивает большую эффективность баритового бетона и для защиты от нейтронного потока.

Как показывают исследования, приведенные в специальной отечественной и зарубежной литературе, например: «Л.Н. Комаровский. Строительные материалы для защиты от излучений ядерных реакторов и ускорителей. М. Атомиздат.1958 г.» баритовый бетон защищает эффективнее, чем обычный бетон, при использовании его от нейтронного потока средних и низких энергий. Однако, при высоких энергиях (более 90 Мэв) применение баритового бетона не дает преимуществ перед обычным бетоном.

Реальной альтернативой баритовому и обычному бетонам на цементном вяжущем, являются магнезиальные баритовые строительные материалы, разработанные ООО «АЛЬФАПОЛ», которые выпускаются в виде сухих строительных смесей (АЛЬФАПОЛ М – БАРИТ, АЛЬФАПОЛ ШТ – БАРИТ) и успешно применяются в отечественном строительстве. Использование защитных материалов на магнезиальном вяжущем позволяет значительно расширить спектр полезных характеристик. Эти материалы производятся из отечественного сырья – баритового концентрата и каустического магнезита. Магнезиальное вяжущее  (более известное, как цемент Сореля) содержит в своем составе свыше 40% химически связанной воды (источника водорода) и является превосходным материалом для бетонной защиты реакторов (см. «Л.Н. Комаровский. Строительные материалы для защиты от излучений ядерных реакторов и ускорителей. М. Атомиздат.1958 г.», с. 71, рис. 10, с.72).

Исследованию и разработке материалов на магнезиальном вяжущем технологическая служба ООО «АЛЬФАПОЛ» посвятила более 17 лет. В 2005-2006 годах была проделана серьёзная исследовательская работа по объяснению и количественному описанию свойств магнезиальных материалов с точки зрения современных энергетических подходов («В.В. Зуев, Л.Н. Поцелуева, Ю.Д. Гончаров. Кристаллоэнергетика, как основа оценки свойств твердотельных материалов, включая магнезиальные цементы,. СПб,2006»). В этой работе был дан сравнительный анализ магнезиального и кальциево-силикатного  цементов, рассчитаны для них энергетические характеристики и свойства, которые доказывают явное преимущество магнезиального цемента по сравнению с портландцементом по удельным массовым энергетическим параметрам Em  и Wm (см. там же)

При сопоставимых плотностях бетонов (магнезиального и на портландцементе), магнезиальный бетон обладает заметными преимуществами  по защите от гамма-излучений и по ослаблению потока нейтронов по сравнению с обычным бетоном. Необходимо также отметить, что при сравнимой конструкционной прочности, магнезиально-баритовый бетон имеет минимальную усадку, низкую водопроницаемость и газопроницаемость, является огнестойким и экологически безопасным. Неоспоримым достоинством магнезиальных материалов является быстрый темп набора прочности. Обычно в возрасте одних суток прочность бетона достигает 30-50 %, а в возрасте 7 суток 60-90 % от нормативного значения. К незаменимым качествам магнезиального баритового бетона и баритовой штукатурки следует отнести возможность уменьшения толщины слоя материала, с сохранением защитных (экранирующих) функций.

По результатам испытаний материалов, выпускаемых производственным предприятием АЛЬФАПОЛ для защиты от рентгеновского излучения, были определены свинцовые эквиваленты баритовой магнезиальной штукатурки и магнезиального баритобетона. В таблицах 1 и 2 приведены численные значения  свинцовых эквивалентов этих материалов.

Табл. 1

Свинцовые эквиваленты  АЛЬФАПОЛ ШТ-БАРИТ баритовой радиационно-защитной штукатурки

Табл.2

Свинцовые эквиваленты  АЛЬФАПОЛ  М -БАРИТ  барито-бетонный радиационно — защитный пол

Сравнение свинцовых эквивалентов  баритобетона  и магнезиальных баритовых материалов показывает значительные преимущества (двукратное уменьшение толщины защиты) магнезиальных баритовых материалов по сравнению с традиционным баритобетоном при использовании этих материалов для защиты от нейтронного потока средних и низких энергий (75 кВ).  При высоких энергиях (более 100 кВ) применение магнезиально-баритового бетона по толщине защитного слоя не дает ощутимых преимуществ по сравнению с обычным бетоном, также, как и в случае с баритобетоном.  Однако в этом случае строители получают существенные преимущества по расходу строительного материала. Например, расход сухой смеси для магнезиальной баритовой штукатурки приблизительно  на 20% меньше по сравнению с барито-бетонной штукатуркой. Соответственно, уменьшается и стоимость материала.

Таким образом, уменьшение толщины защитного слоя и расхода сухой смеси с учетом других положительных качеств магнезиальных материалов является  неоспоримым преимуществом применения магнезиальных баритовых материалов для защиты от радиоактивных излучений.