Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 26 июля, печатный экземпляр отправим 30 июля
Опубликовать статью

Молодой учёный

Жидкостекольные композиты специального назначения

Технические науки
04.08.2014
586
Поделиться
Библиографическое описание
Антонова, Е. А. Жидкостекольные композиты специального назначения / Е. А. Антонова, А. М. Данилов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2014. — № 12 (71). — С. 67-69. — URL: https://moluch.ru/archive/71/12286/.

Рассматриваются композиты для защиты от ионизирующего излучения на основе отходов стекольной промышленности. Определяются рецептурно-технологические параметры с использованием методов планирования эксперимента.

Ключевые слова: защита от радиации, жидкостекольные композиты, состав, рецептура, свойства.

В ядерной энергетике в основном используются бетоны на основе минеральных вяжущих с тяжелыми наполнителями. Рассматривалась возможность использования композитов на основе жидкого стекла с традиционными наполнителями и заполнителями: кварцевого песка, гранита, базальта и др. Однако они обладают малой плотностью, что можно устранить при использовании в качестве наполнителя отходов производства стекла (содержит до 70 % оксида свинца). Идея создания таких материалов связана с именем А. П. Прошина [1]. В предлагаемых ниже материалах использовались: в качестве связующего — натриевое жидкое стекло (силикатный модуль m=2,81; содержит - 30,2 %; - 11,1 %; со свойствами сильной щелочи); отвердителя —  и  (технический порошок); наполнителя — отходы производства стекла  (; состав по массе: ,  — 0,5,  — 1,27,  — 27, – 70,9). Вводились легирующие добавки: оксид свинца (); барит  (; удельная поверхность 170–180 ). Наполнитель, ускоритель твердения и добавки тщательно перемешивались, затем вводилось жидкое стекло при дополнительном перемешивании (3–5 мин) до однородности смеси. Свойства композитов изучались на образцах-цилиндрах (диаметр — 30 мм, высота — 20–50 мм), призмах (мм) по традиционным методикам после хранения образцов в течение 28 суток в естественных условиях. Удельную поверхность определяли с использованием ; плотность жидкого стекла — ареометра при температуре ; содержание , ; плотность; прочность композита — по известным методикам; сопротивление удару — на копровой установке; радиационную стойкость (изменение прочности образцов на сжатие при поглощенной дозе -излучения) — на установке ГУРХ-1000. Линейный коэффициент ослабления -излучений определяли облучением материала радиоактивным источником  с поправками на непараллельность пучка. Регистрация осуществлялась сцинтилляционным -детектором на основе кристалла  и фотоумножителя . Коэффициент ослабления -излучения определяли по интенсивности пучка -квантов от источника без образца и после прохождения через образец с учетом фона [2].

Деформационные свойства определялись внедрением конусообразного индентора; линейная усадка — с использованием ИЗА-2; водопоглощение и водостойкость — по известным методикам. При структурном анализе получались рентгенограммы на дифрактометре ДРОН-2; использовался метод инфракрасной спектроскопии (диапазон частот: 400–4000 см-1; идентификация спектрального состава — по спектрам поглощения).

Для выбора гранулометрического состава отходов стекла ТФ-110 в композите определялись функции чувствительности, полученные методами математического планирования эксперимента [3]:

- плотность композита; . , ,  — процентное содержание заполнителей с указанными диаметрами в мм. Адекватность проверялась по критериям Фишера и Стьюдента при надежности — 0,95. В результате оптимизации был получен гранулометрический состав по фракциям: , , ,.

В результате исследований защитных свойств относительно -излучения получен композит с параметрами:

-       линейный коэффициент ослабления -излучения — 0,3 см-1 при энергии фотонов 0,662 МэВ;

-       макроскопическое сечение выведения нейтронов деления — до 0,093 см-1;

-       плотность — 4130 кг/м3;

-       твердость — 400 МПа;

-       модуль деформации — 35000 МПа;

-       модуль упругости — 39000 МПа;

-       коэффициент теплопроводности — 0,42 Вт/м0К;

-       водопоглощение — 1,5 % (после трехмесячного пребывания образцов в воде);

-       коэффициент водостойкости — до 0,91;

-       температура размягчения — 6000С;

-       пористость — до 7 %.

-       Композит содержит (по массе):

-       жидкое стекло — 7,94 %;

-       наполнитель — 79,37 %;

-       ускоритель твердения  — 0,79 %;

-       оксид свинца — 11,9 %;

-       В:H по массе — 1:11,5;

-       добавка от массы наполнителя — 15 %

(давление прессования — 50 МПА).

Наблюдалось повышение твердости до поглощенной дозы 3,6 МГр, а при последующем увеличении дозы до 8,4 МГр — понижение твердости до 40 %; снижение прочности на сжатие после поглощенной дозы -облучения до 8,4 МГр — до 20 %. Образование новых кристаллических фаз по данным рентгеновского анализа при -облучения не было обнаружено. Процесс кристаллизации происходил медленно; преобладали в структуре композита аморфные фазы даже по истечении двух лет. Данные инфракрасной спектроскопии показали уменьшение количества воды в композитах с возрастанием поглощенной дозы облучения (с 2,5 МГр); данные термического анализа показали устойчивость композита к -облучению.

Опытная эксплуатация композиционного материала показала его эффективность при защите конструкций от ионизирующих излучений.

Литература:

1.      Прошин А. П. и др.Разработка и управление качеством строительных материалов с регулируемыми структурой и свойствами для защиты от радиации // Идентификация систем и задачи управления Sicpro¢ 03: Труды II Международной конференции. — М.: ИПУ РАН. 2003.– С.2437–2460. ISBN 5–201–14948–0.

2.      Соломатов В. И. и др. Композиционные материалы на основе жидкого стекла для защиты от радиации // Материалы научно-практической конференции «Долговечность строительных материалов и конструкций». — Саранск: Изд-во Мордов.ун-та. — 2000. — 148 с.

3.      Планирование эксперимента. Обработка опытных данных: монография / И. А. Гарькина [и др.]; под ред. проф. А. М. Данилова.– М.: Палеотип, 2005. — 272 с.

Можно быстро и просто опубликовать свою научную статью в журнале «Молодой Ученый». Сразу предоставляем препринт и справку о публикации.
Опубликовать статью
Ключевые слова
защита от радиации
жидкостекольные композиты
состав
рецептура
свойства
Молодой учёный №12 (71) август-1 2014 г.
Скачать часть журнала с этой статьей(стр. 67-69):
Часть 1 (cтр. 1 - 127)
Расположение в файле:
стр. 1стр. 67-69стр. 127

Молодой учёный