Корогодська Алла Миколаївна. Жаростійкий барійвміщуючий цемент з підвищеними захисними властивостями від іонізуючого випромінювання

brief description

Корогодська Алла Миколаївна. Жаростійкий барійвміщуючий цемент з підвищеними захисними властивостями від іонізуючого випромінювання: дис... канд. техн. наук: 05.17.11 / Національний технічний ун-т "Харківський політехнічний ін-т". - Х., 2004

Корогодська А.М. Жаростійкий барійвміщуючий цемент з підвищеними захисними властивостями від іонізуючого випромінювання. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.11 технологія тугоплавких неметалічних матеріалів. Національний технічний університет Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2004.
Дисертація присвячена питанням розробки та отримання на основі сполук трикомпонентної системи СаО-BaO-SiO2жаростійких спеціальних цементів поліфункціонального призначення, які можуть бути використані для створення високоміцних жаростійких захисних та корозійностійких бетонів. Одержанню спеціальних цементів передувало теоретичне дослідження трикомпонентної системи СаО-BaO-SiO2. Здійснено триангуляцію системи при передбачуваній температурі синтезу 13000С. Базуючись на проведених теоретичних дослідженнях отримано високоміцні (міцність на стиск до 58 МПа), захисні (розрахунковий коефіцієнт масового поглинання до 203 см2/г) та корозійностійкі (коефіцієнт сульфатостійкості 1,31) цементи з жаростійкістю до 15000С. Створено ресурсо- та енергозберігаючу технологію отримання жаростійких кальційбарійсилікатних цементів на основі техногенних відходів. Захисні бетони з різними заповнювачами, отримані на основі розробленого цементу характеризуються високою міцністю (межа міцності на стиск до 59 МПа), низьким порушенням міцності в інтервалі температур 2010000С (до 15 19 %) і можуть застосовуватися при температурах служби до 14000С.

У результаті виконання дисертаційної роботи вирішено науково-практичну задачу одержання жаростійких барійвміщуючих цементів на основі композицій системи СаО-ВаО-SiО2, здатних протистояти дії жорсткого іонізуючого випромінювання. За результатами проведених досліджень зроблено наступні висновки:
1. Розроблено фізико-хімічні основи одержання жаростійкого високоміцного кальційбарійсилікатного цементу із сировинної суміші, що складається з вуглекислого барію, крейди і кварцового піску. Отримані цементи характеризуються високими міцністними показниками: міцність на стиск 4060 МПа, міцність на згин 5 7 МПа після 28 діб тверднення, є швидкосхоплюючими початок від 1 ч. 45 хв., кінець від 3 ч. 15 хв; швидкотужавіючими міцність на стиск через 1 добу тверднення - 38,4 МПа; гідравлічними в'яжучими з водоцементним відношенням від 0,34 до 0,45; з високим коефіцієнтом масового поглинання гамма-випромінювання - 203 см2/г і коефіцієнтом сульфатостійкості 1,3, що у 1,5 рази вище ніж у портландцемента. Жаростійкість отриманих цементів складає 15300С, термостійкість більш 15 теплозмін, ступінь розміцнення в інтервалі температур 20 10000С - 23 - 24 %, температура початку деформації під навантаженням 14100С, коефіцієнт теплопровідності 0,130,14 Вт/мК, термічний коефіцієнт лінійного розширення (9,13-11,62)10-6град-1.
2. Вперше розраховано вихідні термодинамічні константи двох потрійних сполук системи СаО-ВаО-SiО2, відсутні в довідковій літературі, і створено скоректовану термодинамічну базу даних силікатів кальцію і барію, які входять до складу системи.
3. Проведено дослідження системи СаО-ВаО-SiО2, виконано повну її триангуляцію при температурі 13000С; надано теоретичну оцінку спрямованості протікання взаємних реакцій та експериментально встановлено пари співіснуючих фаз, стабільних при зазначеній температурі і наведено геометро-топологічну характеристику системи. Встановлено, що система розбивається на 16 елементарних трикутників, які значно відрізняються між собою за геометричними показниками. Визначено перспективну область системи СаО-ВаО-SiО2, придатну для одержання поліфункціональних в’яжучих матеріалів.
4. Теоретично розраховано та експериментально визначено умови тверднення потрійних сполук системи СаО-ВаО-SiО2. Визначено, що сполука Ba5Ca3Si4O16виявляє в'яжучі властивості в нормальних умовах і має міцність до 23 МПа після 28 діб тверднення. Сполука BaCa2Si3O9виявляє слабкі в'яжучі властивості тільки в гідротермальних умовах (до 5 МПа після автоклавної обробки).
5. Встановлено особливості протікання процесів фазоутворення в сировинній суміші, що складається з вуглекислого кальцію, вуглекислого барію і оксиду кремнію. Виявлено, що твердофазові реакції починають протікати з помітною швидкістю вже при температурі 9000С і цілком завершуються при температурі 13000С. Первинним продуктом синтезу в зазначеній сировинній суміші є трикомпонентна сполука Ba5Ca3Si4O16; кінцевими продуктами синтезу є дібарієвий і дікальцієвий силікати.
6. Вивчено процеси гідратації жаростійкого кальційбарійсилікатного цементу і встановлено, що основними продуктами гідратації є гідросилікати кальцію і барію різного ступеню основності, а також гідроксид барію, як у колоїдному, так і кристалічному стані; саме таке їх сполучення і забезпечує високі міцністні характеристики затверділому цементному каменю.
7. Створено ресурсо- і енергозберігаючу технологію одержання кальційбарійсилікатного цементу з використанням як вихідних сировинних матеріалів відходів хімічної промисловості; розроблена технічна документація (технічні умови і технологічний регламент) на виробництво дослідно-промислових партій даного цементу в умовах Харківського дослідного цементного заводу.
8. Розроблено нові склади жаростійких бетонів з високим ступенем захисту від гама-випромінювання з використанням як штучно синтезованих (моносилікат барію і хроміт кальцію), так і природних (барит, серпентиніт) заповнювачів. Визначено фізико-механічні і технічні характеристики бетонів спеціального призначення: міцність на стиск через 28 діб тверднення 44 59 МПа; поруватість 17-19 %; об'ємна вага 2820 4721 кг/м3; коефіцієнт послаблення гама-променів 0,46 0,63; ступінь розміцнення в інтервал температур 20 10000С 15 19 %; термічний коефіцієнт лінійного розширення (8,24-10,56)10-6град-1; термостійкість більш 20 теплозмін.
9. Випробуваннями, проведеними в НДІ Титан (м. Запорожжя) по стійкості розроблених бетонів до впливу високих температур і металевого розплаву магнію встановлено, що за експлуатаційними характеристиками бетонні зразки не поступаються кращим імпортним аналогам. Випробуваннями захисних бетонів проведеними на лабораторному прискорювачі електронів Кобальт” у ТОВ Кермет-У” (м. Харків) встановлено, що розроблені бетони можуть бути рекомендовані для виготовлення екранів, конструкційних виробів, які застосовуються при одночасному впливі температур до 14000С і гама-квантів, як футеровка контейнерів для поховання радіоактивних відходів. Впродовж 2 років на установці ЕЛІУС Інституту високих технологій ХНУ ім. В.Н. Каразіна експлуатується бетонний конструктивний елемент захисту від радіаційного випромінювання, отриманий з використанням синтезованого цементу, який забезпечує необхідний рівень захисту при гранично жорстких технологічних умовах роботи прискорювача, зберігаючи необхідні механічні властивості.